珊瑚钙化机制对海洋升温和高温事件的响应

Ocean warming and global-scale thermal stress events are pressing threats to coral reefs, which could disrupt the symbiosis between corals and zooxanthellae, and then inhibit coral calcification. However, it remains poorly understood how coral calcification mechanism react to these thermal-induced physiological changes in corals. In this study, we try to use a novel geochemical approach (δ11B and B/Ca) to reconstruct the seasonal and long-term variations of carbonate chemistry of the calcifying fluid in modern massive Porites corals from the northern South China Sea. By doing so, we intend to investigate how coral calcification mechanism respond to the long-term warming and short-term thermal stress events like those of 1998 and 2016. The findings can potentially help us to better understand how and whether corals could acclimatize and/ or adapt to the warming oceans.

全球变暖导致的海洋持续升温和不断频发的高温事件是威胁珊瑚礁可持续发展的重要因素之一。在高温胁迫下，珊瑚与共生虫黄藻之间的互惠关系会被打破，使珊瑚失去重要的能量和物质来源，导致钙化生长受到限制、甚至停止。然而对于珊瑚具体的钙化机制是如何响应这些高温胁迫所造成的珊瑚生理活动的改变，以及其机制是什么，目前的认识还存在很大的不足。本项目针对这一问题，选取南海北部现代滨珊瑚为研究对象，利用珊瑚骨骼中硼同位素地球化学体系 (δ11B和B/Ca) 来重建珊瑚钙化流体中碳酸系统的化学组成，试图从珊瑚无机钙化的角度入手，来解析珊瑚钙化机制如何响应长期的海洋升温过程和近年来多发的高温事件。这将为更好的认识珊瑚礁对气候环境变化的适应性，以及预测珊瑚礁未来演变趋势、制定珊瑚礁可持续发展保护措施等提供重要依据。

全球变暖导致的海洋持续升温和不断频发的高温事件是珊瑚礁面临的主要环境胁迫之一，已导致全球多次大规模的珊瑚白化现象。然而高温胁迫所造成的珊瑚-虫黄藻共生关系破裂是如何作用于珊瑚钙化，即内部钙化流体组成如何受到高温影响，以及珊瑚是否存在一定的适应机制来应对温度压力仍存在认识不足。此外，在海洋酸化背景下，长期海水pH和碳酸钙饱和度的下降也同样影响着珊瑚钙化生长，及其响应和应对高温胁迫的能力。本研究尝试通过地球化学（如Sr/Ca、δ11B、B/Ca、δ13C等）的方法来解析珊瑚钙化机制，即内部钙化流体组成（pHcf和DICcf），是如何响应短期高温事件和长期的海洋升温。利用采自南海北部（西沙七连屿）和澳洲西北部（Kimberley region）的滨珊瑚岩芯，来探究工业革命以来气候环境变化对珊瑚钙化生长和内部钙化流体组成的影响，以及近40年以来高温事件对珊瑚钙化机制的影响。研究结果表明，滨珊瑚可以通过调节内部钙化流体组成，即pHcf和DICcf，来维持一个相对稳定的碳酸钙饱和度，以应对温度压力的胁迫。在长期升温和暖化的作用下，尽管受海水pH影响珊瑚内部钙化流体pHcf逐渐下降，但DICcf受温度升高影响较小，依然能够维持相对稳定的内部碳酸钙饱和度，得以持续钙化。对于南海北部开放海域的滨珊瑚来说，长期的海洋升温和酸化并未显著影响珊瑚的生长速率和钙化速率，但珊瑚骨骼密度响应海水温度升高和pH下降而呈现出长期降低的趋势。这说明在气候变化的作用下，珊瑚骨骼将会越来越稀疏，从而影响其抵抗风浪的能力。进一步分析近40年以来的珊瑚骨骼生长与热压力的关系发现，西沙滨珊瑚骨骼并未出现明显的压力条带，但部分珊瑚存在生长间断面，表明珊瑚曾经历过短暂的死亡随后恢复生长。通过骨骼密度的异常值判断发现西沙珊瑚的高密度生长并非对应高温事件，说明升温并不是影响西沙珊瑚生长的主要环境因素。这也与长期的珊瑚生长速率（钙化速率）与温度的关系基本一致，都指示南海北部珊瑚生长的退化并非主要由气候环境变化引起。