气候变化对珊瑚礁和海洋环境的影响

海洋环境的重要性

据估计,地球表面70%的面积都是海洋,1 这是最具生产力的生境,包括所有已知物种的75%都在海洋。人类对这个独特的环境至今仍未得到普遍探查,它依然隐藏在世人视线之外,但这个环境对调节全球温度至关重要,因为它也是氧气的主要生成者。珊瑚礁大约只占全球海床洋底0.5%的面积,是造礁石珊瑚的碳酸钙遗骸沉积数千年后积累而成的三维空间复杂结构。这些礁石时常被称为“海上雨林”。这种比喻低估了珊瑚礁的复杂性,因为它对动植物产生的多样性超过热带雨林,它能通过复杂的食物网循环养分,并能提供食物链中所有层次物种所需的食物。

历来,海洋联系着各种主要交通运输、提供粮食来源以及成为众人喜爱的娱乐场所。多数大城市都沿着海岸发展,使其成为贸易集散地。这些城市的增长表现在今日世界人口的相对比例(大约80%)上,他们都居住在离海岸线100千米以内的地区,但依赖海洋维持生计(大约35亿人)。2 事实上,世界最穷的人能否存活与海洋密切有关。海洋的经济重要性见证于以渔业、旅游业和近海保护提供的生态系统服务以及它作为原材料来源发挥的作用。这种对海洋的依赖程度现在受到全球气候变化所导致的各种环境条件的威胁。

气候变化的证据

政府间气候变化专门委员会第四次评估报告(气候专委会,2007年)3 提出了强有力的证据,显示上世纪全球变暖大都是人类活动造成的,例如燃烧化石燃料、毁树伐林和将土地转为农用等。远至1850年以来的温度记录显示,全球平均温度上升了0.8℃,而进一步分析更显示,自二十世纪70年代以来,每十年的平均温度都比前十年高。全球二氧化碳(CO2)浓度也显示上升,从19世纪中期工业革命开始时的280ppm,上升到21世纪初约388ppm。预期全球变暖的趋势将持续不变;据气候专委会估计,全球在2100年的平均温度将比工业化前的温度高2.5-4.7℃。4

预期发生的环境变化

为了评估气候变化对珊瑚礁和海洋环境产生的影响,我们需要审视预期发生的环境变化以及评价海洋生物适应这种变化的能力。5 各种气候模式表明,海面温度预计将上升1至3℃,海平面将上升0.18至0.79米。区域天气模式可能会发生改变,导致暴风雨频传并且更为严峻,特别是热带气旋。此外,海洋环流模式也会有改变,由于吸收了CO2的缘故,预期pH值将会下降。6

对海洋环境的影响

海洋生物尽管经过几百万年的演化,但在今日条件下,必需适应变化快速的新环境。海洋生物将受到它们生活环境两个主要方面变化的影响,即自然生境和粮食供应的变化以及海洋化学特性的变化。海洋植物——主要是浮游植物——是形成食物链基层食物的初级生产者。预期在比较温暖的水体中,这些植物的数量会逐渐减少,有效降低了提供给食物链上其他各种动物所需的养分。此外,温度是许多海洋动植物生命周期的重要触发因素,使开始摄食、生长和繁殖的步调时常能取得一致。当这些进程的步调不一致时,在它们的食物来源消失之前,这些生物可能首当其冲。

随着海洋温度预期上升,估计这也将促使海洋生物随着它们对温度的容忍度开始移徙,耐热的物种朝北扩大范围,而不耐热的物种就开始退缩。这种海洋状况的改变将对无法移徙的物种产生不利影响,能导致它们的灭亡。海洋酸化,即海水二氧化碳含量增加导致其pH值下降,这不仅会减少浮游植物的丰度,也会降低某些海洋动物如珊瑚和贝壳类生物的钙化能力,造成它们骨骼软弱,成长受到影响。

然而,珊瑚面对的最大威胁之一可能是海洋表面温度上升所导致的珊瑚白化。当海洋温度长时间上升,造成珊瑚与虫黄藻之间的共生关系瓦解,这便会产生珊瑚白化现象。珊瑚随后排出虫黄藻、失去颜色(白化)并会濒临死亡。有些珊瑚能够复原,但免疫系统受到损伤,而在多数情况下,最终死亡。

人为压力

真正的挑战是在已经饱受直接和间接人为压力的海洋环境中,再加上这种气候变化导致的改变,这些压力都与过度捕捞和不当捕捞、沿岸开发、淤泥沉积、陆源和海洋污染有关。这此多重压力的总和把世界珊瑚礁置于巨大压力之下,目前估计,种类繁多的造礁石珊瑚物种约有三分之一濒临灭绝。全世界珊瑚礁都在急剧减少。不过,科学界认为,这种珊瑚礁的减少在进行详细的科学研究之前就已发生。7 由于难以到达珊瑚礁区,与其他学科相比,对珊瑚礁的研究仍是一门相当新颖的学科,约只能回溯50年的时间,但即使在这段短暂的时间跨度内,也已经能够观察到全世界珊瑚礁大幅减少的现象。8,9 在二十世纪80年代和90年代,由于食用优势藻类的食草物种(海胆和食草鱼类)减少、珊瑚白化和珊瑚疾病,导致珊瑚礁的面积急剧减少。10 全世界这种减少没有比加勒比地区更严重的,目前这个地区已被认为是珊瑚礁死亡的样板。追溯到二十世纪60年代的数据已经能够作出结论,珊瑚覆盖的总体面积正逐步缩小,而同时增加了肉质藻类的丰度。11,12

我们有何选项?

解决与珊瑚礁有关的问题有两种选项:适应和减缓。13 适应措施涉及为建立珊瑚生态系统的复原能力进行地方研究和养护工作,包括进行珊瑚礁的复原重整、鉴定抗压物种、减少过分捕捞和建立海洋保护区(MPAs)等活动。海洋保护区被认为是保护珊瑚礁和其他海洋环境的最佳管理工具,14 因为保护区内的禁渔区为珊瑚的成长和随后对周围海洋环境的补充提供了安全场所。不过,单凭适应措施还不够;还需要采取全球性的严肃对策,通过直接减少排放、提高能源效率、限制毁林伐木和增加碳汇等办法,减缓气候变化。此刻,减缓措施估计只能防止进一步气温变暖,要扭转目前状况被视为极不可能。15

情况预测

现在全世界珊瑚礁科学家普遍同意,海洋环境而特别是珊瑚礁正在受到气候变化的不利影响。大多数科学家认为,气候条件的变化速度可能超出珊瑚礁的适应和复原能力。16

加勒比的前景比印度洋-太平洋海域更不乐观。研究似乎表明,海胆种群的减少使海藻夺走了珊瑚的成长空间。一个可能的解决办法是维持健康的鹦哥鱼种群,使海藻的数量受到控制。尽管目前仍在进行研究,但许多珊瑚物种不显示具有适应较高水温的能力。不过,科学家已经观察到,在有些区域,特别是在太平洋的偏远地区,该地的珊瑚礁远离人类活动的影响,已显示出对海水温度上升及白化有复原能力。

在所有证据都指向珊瑚礁几乎终将灭亡的情况下,现在迫切需要海洋科学家采取积极行动,使公共社区和濒危社区共同面对这种威胁的存在。如果要在态度和行为方面作出改变,进行这种接触就必不可少。科学知识需要转变为切实解决办法,以便获得公众的支持。在更广泛的意义上,各国政府和受影响社区需要共同合作,以便制定和实施朝向长期可持续性迈进的政策。

我们正在打一场败仗?气候变化确有可能已经无法逆转。显而易见的是,解决气候变化的任何办法也是使珊瑚礁复原的办法。

 注:

   1  www.usgs.gov

   2  http://www.savethesea.org.

   3  气候专委会(ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/contents.html)。

   4  皇家学会,“气候变化:科学总结”,2010年9月,第16页。http://royalsociety.
org/policy/publications/2010/climate-change-summary-science/。

   5  Przeslawski,R.等(2008年),“在珊瑚和鱼群之外:气候变化对热带珊瑚礁的非珊瑚礁底栖无脊椎动物的影响”,全球变化生物学(2008年),14卷,2 773-2 795页,DOI:10.1111/j.1365-2486.2008.01693.x。

   6  气候专委会(ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/contents.html)。

   7  Jackson, J.,2012年,“珊瑚和珊瑚礁在快速变化的世界中的前景”,国际珊瑚礁研讨会,澳大利亚凯恩斯,2012年7月9日至13日。

   8  C. Wilkinson(等)(2004年),“世界珊瑚礁现况:2004年”,第1卷和第2卷,澳大利亚海洋科学院,澳大利亚昆士兰省汤斯维尔。

   9  Wilkinson, C.,Souter, D.等(2008年),“加勒比珊瑚礁在2005年白化和飓风后的状况”,全球珊瑚礁监测网及珊瑚礁和热带雨林研究中心,汤斯维尔,第152页。

  10  Sweatman, H.等(2011年),“评估过去20年澳大利亚大堡礁珊瑚覆盖面的丧失及其对长期趋势的影响”,珊瑚礁期刊(2011年),30:521-531.DOI 10.1007/s00338-010-0715-1。

  11  Gardner等(2003年),“加勒比珊瑚区域性的长期减少”,科学期刊,301:958-960。

  12  Jackson, J.,(2012年),“珊瑚和珊瑚礁在快速变化的世界中的前景”,国际珊瑚礁研讨会,澳大利亚凯恩斯,2012年7月9日至13日。

  13  Hoegh-Guldberg,O.,(2012年),“珊瑚礁和全球变化:解决办法在那里?”,国际珊瑚礁研讨会,澳大利亚凯恩斯,2012年7月9日至13日。

  14  Hughes, T.等(2003年),“气候变化、人类影响和珊瑚礁复原能力的科学”,301,929(2003年).doi:10.1126/science.1085046。

  15  Lowe,J.a.等(2009年),“从全球变暖的危险层面复原有多么困难?”,环境研究快报,4: 014012.doi:10.1088/1748-9326/4/1/014012。

  16  Hoegh-Guldberg, O.,(2012年),“珊瑚礁和全球变化:解决办法在那里?”,国际珊瑚礁研讨会,澳大利亚凯恩斯,2012年7月9日至13日。