深海里的“時間標尺”：冷水珊瑚解碼五百年環境演變 | 科技前線

深海環境演變過程對于全球氣候變化和人類活動具有重要意義。冷水珊瑚作為一種新興的海洋環境記錄載體，可通過U-Th定年技術建立高精度絕對年齡標尺，在示蹤深海短時間尺度的環境演變方面展現出獨特優勢。

中國科學院地質與地球物理研究所，聯合中國科學院廣州地球化學研究所、中國科學院深海科學與工程研究所，揭示了冷水珊瑚的生長速率及其不同結構（珊瑚杯和珊瑚共骨）的地球化學特征，為深入理解與研究深海環境變化提供了堅實基礎。

▲南海冷水珊瑚。他開文制圖

01

藏在骨骼里的

“時間標尺”

冷水珊瑚生活在4℃-12℃的冷水里，通常分布于缺光或無光的深海環境。2018年5月，我國在南海1400余米深處首次發現“冷水珊瑚林”。

冷水珊瑚在揭示深海古環境變化方面具有獨特的研究價值。其生長過程中發育的鈣質骨骼，能夠記錄海水的環境變化特征。

科研團隊利用“深海勇士”號深潛器，采集南海冷水石珊瑚（Enallopsammiasp.）樣品，并通過高精度U-Th定年技術，精確測定其生長速率：線性生長速率約為0.47毫米/年-0.57毫米/年，軸向生長速率約為0.014毫米/年-0.022毫米/年，顯示出顯著的生長方向差異性。

▲冷水珊瑚示意圖（a），珊瑚杯和共骨結構示意圖（d），軸向橫切面示意圖（b，c，e）

定年結果表明，該珊瑚枝的生長時期跨越了近五個世紀（公元1541年至2020年），為研究南海中深層海水環境演變提供了珍貴的“時間標尺”。

02

“生命效應”下的

元素“密碼”

科研團隊進一步對該冷水珊瑚的珊瑚杯結構和共骨結構進行了系統的地球化學指標分析。結果顯示，這兩種結構的Mg/Ca和Li/Mg比值具有一致性，但在碳、氧、硼同位素，以及Sr/Ca、B/Ca、Ba/Ca、U/Ca比值等指標上表現出顯著差異。

這種差異可能源于珊瑚的“生命效應”特征，即珊瑚不同結構的鈣化機制存在差異，進而導致了珊瑚杯和共骨結構地球化學指標的不同。

▲冷水珊瑚珊瑚杯和共骨結構的地球化學特征

03

近500年

南海環境演變重建

基于年代學和地球化學的綜合分析，科研團隊重建了南海中層海水近500年的環境演變歷史。

研究發現，該冷水珊瑚的珊瑚杯和共骨結構Ba/Ca比值均呈現持續下降趨勢，揭示了近500年來南海區域海洋營養生產力（即海洋中自養生物形成有機物的能力）的降低，或北太平洋表層和中深層海水交換過程的減弱。

▲近500年冷水珊瑚Ba/Ca比值變化及南海表層生產力和北太平洋通風條件對比；Li/Mg比值重建南海中層海水溫度及全球溫度對比

值得注意的是，利用冷水珊瑚Li/Mg比值重建的中層海水溫度顯示，20世紀以來中層海水溫度顯著上升。這一發現為人類活動對深海環境的影響提供了直接證據。

盡管冷水珊瑚的發現和研究歷史較短，但其生態價值和研究價值不可替代。此次研究為深海環境和全球變化研究提供了新路徑。

來源：中國科學院地質與地球物理研究所

責任編輯：王穎