本期《自然》推荐Perry团队关于珊瑚礁生长与海平面上升关系的研究。该研究通过分析大西洋西部400余个化石与现生礁体，量化了不同升温情景下礁体最大增生潜力（RAPmax）的衰减轨迹，发现若升温超过2°C，至2100年近全部礁体将处于净侵蚀状态，导致礁上水深度增加0.7–1.2米，显著加剧海岸淹没风险。研究为珊瑚礁保护与海珊瑚礁被誉为海洋中的热带雨林，不仅孕育着极高的生物多样性，更在海岸防护中扮演着天然防波堤的角色。它们通过复杂的物理结构有效消散波浪能量，保护着全球数以百万计的人口和巨额沿海资产。然而，在全球气候变化与人类活动的双重压力下，珊瑚礁生态系统正面临前所未有的危机。海平面持续上升，而珊瑚礁自身的生长能力却因海水变暖、酸化以及局部人为干扰而不断受损。这两者之间的“赛跑”结果，直接关系到未来海岸带的安全与稳定。但长期以来，科学家们对礁体生长潜力如何响应未来环境变化、以及这将如何放大海平面上升的影响缺乏清晰的认知，这限制了对沿海脆弱性的精准预测。
为了回答这些紧迫的问题，一项发表在《自然》（Nature）上的最新研究开展了深入探索。该研究由Chris T. Perry领衔的国际团队完成，他们通过分析大西洋西部（Tropical Western Atlantic, TWA）超过400个地点的化石和现代礁体沉积物，首次精确约束了珊瑚群落生态与礁体生长潜力之间的定量关系，并评估了到2100年在不同共享社会经济路径（SSP）排放情景下，礁上水深度增加的具体幅度。研究发现，若全球变暖超过2°C（对应SSP2-4.5及更高情景），到2100年近所有（至少99%）礁体将处于净侵蚀状态。礁体生长与海平面上升（SLR）的背道而驰将显著放大SLR的效应：到2060年，所有变暖情景下礁上水深度预计增加约0.3-0.5米；而在变暖超过2°C的情景下，到2100年深度增加将达0.7-1.2米。这将极大增加珊瑚礁护卫海岸的洪水风险，并改变近岸水动力和生态系统。尽管珊瑚礁恢复被视为一条重回增长的路径，但研究表明，即使结合激进的气候减缓行动，恢复措施到2100年也仅能减缓约0.3-0.4米的水深增加。
为开展这项研究，作者团队运用了几个关键技术方法。首先，他们通过对大西洋西部多个地点（包括佛罗里达群岛、墨西哥梅索美洲礁和博奈尔岛）的现代礁体进行野外调查（2016-2022年），系统收集了碳酸盐收支（G）数据。其次，他们创新性地利用该地区保存完好的中全新世和第四纪间冰期礁体化石露头的图像（共66张），通过图像处理与阈值分析技术，首次精确量化了不同珊瑚组合类型所特有的框架堆叠孔隙度（Stacking Porosity）。第三，他们耦合了多个CMIP6气候模型输出的海表温度（SST）和pH数据，模拟了在不同SSP情景下，热应力和海洋酸化对珊瑚钙化、结壳藻类（CCA）钙化以及生物侵蚀率的复合影响，并进一步预测了未来珊瑚覆盖度的变化。最后，他们将修订后的最大礁体增生潜力（RAPmax）估算值与区域海平面上升预测进行了对比分析，以评估礁上水深度的变化。
修订礁体增生速率估算
研究通过对七种主要珊瑚组合类型（包括以枝状、块状等形态为主的群落）的化石框架孔隙度分析，发现其平均值为38.3 ± 10.1%，显著低于以往研究推荐的50%均值。尤其值得注意的是，特定组合的孔隙度差异巨大：例如，以Acropora palmata为主的群落孔隙度为36.9 ± 3.4%，而以Acropora cervicornis为主的则高达55.4 ± 3.9%。使用这些修订后的、更低的孔隙度值重新计算历史数据，发现整个区域的RAPmax平均下降了12.4%，其中背风安的列斯群岛和梅索美洲礁的下降尤为显著。这种效应在珊瑚覆盖度和碳酸盐生产率最高的站点最为明显。
当代礁体增生速率估算
基于修订后的孔隙度因子，研究分析了TWA三个主要区域（佛罗里达群岛、墨西哥和博奈尔）的当代碳酸盐预算数据集。结果显示，佛罗里达群岛的平均RAPmax已接近净负值（-0.06 ± 0.40 mm yr-1，61.9%的站点处于净侵蚀状态），墨西哥站点略好（0.28 ± 1.22 mm yr-1），博奈尔相对最高（0.91 ± 1.43 mm yr-1），但这些速率都远低于该地区全新世以来的长期平均增生速率（4.8 mm yr-1）。更严峻的是，几乎没有站点的RAPmax能超过1993-2010年间的平均海平面上升速率（3.6 mm yr-1），与2040年即使是最低排放情景（SSP1-1.9）下的SLR速率相比，情况更加令人担忧。
气候变化与未来礁体增生
未来的持续变暖、更频繁严重的海洋热浪事件以及海洋酸化效应将进一步削弱礁体跟踪海平面上升的能力。通过模型预测，研究发现到2040年，即使是在最乐观的SSP1-2.6情景下，大部分礁体也将转变为净侵蚀状态（佛罗里达78.7%，墨西哥87.5%，博奈尔68.9%）。在更高排放情景下（如SSP3-7.0和SSP5-8.5），到2060年，几乎所有墨西哥的礁站（100%）和大部分其他地区的礁站都将处于净侵蚀状态。到2100年，所有子区域在所有排放情景下的平均RAPmax都将变为负值，意味着礁体的净损失。
影响与减缓方案
研究结论指出，TWA珊瑚礁在未来气候情景下缓解海平面上升影响的能力前景黯淡。礁体增生与SLR速率的分歧将放大SLR效应，导致礁上水深度显著增加。到2100年，即使在SSP1-2.6情景下，平均水深度增加也接近0.5米，而在SSP5-8.5等高排放情景下，增加幅度可超过1米，这将严重削弱礁体的海岸防护功能，增加洪水风险，并可能引发不可预见的生态后果。研究表明，大规模的珊瑚恢复可能是逆转负碳酸盐预算状态的策略，但其有效性面临巨大挑战。理论计算表明，若恢复能使礁体增生速率重回全新世的高速率（~4.8 mm yr-1），则可以显著减缓水深度增加。然而，这需要达到极高的珊瑚覆盖度（例如，枝状Acropora palmatas需要35-40%的覆盖度，而块状珊瑚群落则需要60-70%），以当前礁体的状况和恢复技术的水平来看，这极具雄心且充满不确定性。
综上所述，这项研究通过整合古环境记录、现代生态调查和未来气候预测，首次对大西洋西部珊瑚礁应对海平面上升的能力提供了精细且严峻的评估。它明确指出，除非将全球变暖控制在2°C以下并辅以大规模、有效的礁体恢复行动，否则本世纪内珊瑚礁将不可避免地失去其关键的海岸防护功能，对沿海社区和生态系统造成深远影响。研究为全球珊瑚礁保护、海岸带管理和气候适应政策提供了不可或缺的科学基础。
