新研究首次全面研究了珊瑚礁上的氧气损失

一项新的研究正在对海洋变暖下全球珊瑚礁的氧气损失进行前所未有的检查。由加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋学研究所的研究人员以及一个由国家和国际同事组成的大型团队领导，该研究捕获了32个不同地点的缺氧或低氧水平的当前状态，并揭示缺氧已经在许多珊瑚礁上普遍存在。

世界海洋和沿海水域氧气含量的整体下降 - 一个被称为海洋脱氧的过程 - 已经有充分的记录，但珊瑚礁上的缺氧相对没有得到充分探索。预计海洋中的氧气损失将威胁全球海洋生态系统，尽管需要更多的研究来更好地了解对热带珊瑚和珊瑚礁的生物影响。

这项研究于16月<>日发表在《自然气候变化》杂志上，是第一个记录这种规模的珊瑚礁生态系统氧气状况的研究。

“这项研究是独一无二的，因为我们的实验室与许多合作者合作编制了这个全球氧气数据集，特别关注珊瑚礁 - 以前没有人真正在全球范围内使用这么多数据集做到这一点，”海洋科学家Ariel Pezner说，现在是佛罗里达州史密森尼海洋站的博士后研究员。“我们惊讶地发现，在目前的条件下，许多珊瑚礁已经经历了我们今天所定义的缺氧。

作者发现，现在一些珊瑚礁栖息地已经出现了低氧水平，如果海洋温度因气候变化而继续变暖，预计情况会变得更糟。他们还使用了四种不同气候变化情景的模型，表明预计的海洋变暖和脱氧将在2100年之前大大增加珊瑚礁缺氧的持续时间，强度和严重程度。

该分析由Pezner领导，当时她还是斯克里普斯海洋学的博士生，在那里她与生物地球化学家Andreas Andersson一起在斯克里普斯沿海和开放海洋生物地理化学研究(SCOOBY)实验室工作。

Pezner及其同事使用自主传感器数据来探索，夏威夷，巴拿马，巴尔米拉，和其他地方水域32个不同珊瑚礁地点的12个不同珊瑚礁地点的氧气变异性和缺氧暴露。许多数据集是使用SeapHOx传感器收集的，这些传感器最初由斯克里普斯海洋学研究员Todd Martz实验室开发。这些和其他自主传感器部署在不同的珊瑚礁栖息地，每30分钟测量一次温度，盐度，pH值和氧气水平。

SCOBY实验室和合作伙伴收集了大部分数据，以表征不同珊瑚礁环境中的海水化学和珊瑚礁代谢。国际合作伙伴在促进研究后勤和进入许多研究地点方面发挥了重要作用。几位贡献者还分享了他们自己的研究数据。在斯克里普斯海洋学，Martz实验室，史密斯实验室和Tresguerres Lab都为这项研究做出了重大贡献。

从历史上看，缺氧的定义是水中氧气的非常特定的浓度截止 - 每升氧气不到两毫克 - 这是1950年代确定的阈值。研究人员指出，一个通用阈值可能不适用于所有环境或所有珊瑚礁或所有生态系统，他们探索了四种不同缺氧阈值的可能性：弱(5毫克/升)、轻度(4毫克/升)、中度(3毫克/升)和严重缺氧(2毫克/升)。

基于这些阈值，他们发现这项研究中超过84%的珊瑚礁经历了“弱至中度”缺氧，13%的珊瑚礁在数据收集期间的某个时候经历了“严重”缺氧。

正如研究人员所预期的那样，由于夜间呼吸和白天光合作用，所有地点的氧气在清晨最低，在下午中午最高。Pezner说，在珊瑚礁上的主要生产者有阳光的白天，它们进行光合作用并产生氧气。但是在晚上，当没有阳光时，没有氧气产生，珊瑚礁上的一切都在呼吸 - 吸入氧气并呼出二氧化碳 - 导致氧气环境减少，有时陷入缺氧。

该研究的资深作者Andersson说，这是一个正常的过程，但随着海洋温度的升高，海水可以容纳更少的氧气，而对氧气的生物需求会增加，加剧这种夜间缺氧。

“想象一下，你是一个习惯了海平面条件的人，然后每天晚上你都必须去落基山脉的某个地方睡觉，那里的空气氧气较少。这类似于这些珊瑚在夜间和清晨经历缺氧时所经历的情况，“安德森说。“而在未来，如果这些缺氧事件的持续时间和强度变得更糟，那么它可能就像每晚睡在珠穆朗玛峰上一样。

研究人员发现，随着全球气温持续上升，海洋热浪变得更加频繁和严重，珊瑚礁上的低氧状况可能会变得更加普遍。利用气候模型的预测，研究小组计算出，到2100年，在所有变暖情景下，对这些珊瑚礁的缺氧观测总数将增加，从一种情景下的13%至42%增加到97%至287%在更极端的情况下相对于现在。

研究人员表示，在不同季节和更长的时间尺度上对珊瑚礁进行持续和额外的氧气测量对于建立基线条件，跟踪潜在的缺氧事件以及更好地预测未来对珊瑚礁生态，健康和功能的影响将是“必要的”。

“基线氧气条件在我们的珊瑚礁栖息地之间差异很大，这表明'缺氧'的单一定义可能不适用于所有环境，”Pezner说。“确定哪些阈值是相关的，对于预测珊瑚礁在变暖和氧气损失下可能如何变化非常重要。

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