海岸下的“冷泉”，悄悄庇護全球珊瑚不被熱死！| 海潮天下·前沿

關鍵信息導讀：

• 海底地下水排放（SGD）向珊瑚礁沿線的熱帶海岸注入了較冷的底層水（溫度可低至5°C）。

• 從熱應激緩解上看，潮汐泵送作用使SGD顯著減少了珊瑚暴露于高溫近岸水域的時間（減少幅度可達46%），這些高溫水域通常會引發珊瑚白化和死亡。

• 深入理解和有效管理淺層沿海地下水，作為冷水底層水的傳遞媒介，并且需關注其可能含有來自陸地的營養物質或污染物，對評估珊瑚礁健康的凈效應至關重要。

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近年來，全球珊瑚礁的健康狀況日益堪憂。由于海洋溫度升高，珊瑚白化現象日益頻繁，許多珊瑚礁面臨著生存危機。但是，最近的一項研究揭示了一個令人意外的發現：海底地下水排放（SGD）或許正為珊瑚礁提供了一種溫度庇護，幫助它們抵御熱應激帶來的威脅。

紋形鹿角珊瑚（Pocillopora meandrina），也稱為多曲杯形珊瑚、簇狀珊瑚，俗稱花椰菜珊瑚，是一種廣泛分布于印度-太平洋和太平洋地區的珊瑚物種。這種珊瑚棲息在淺層礁石環境中，是珊瑚礁生態系統中的常見成員。攝影：Brocken Inaglory（CC BY-SA 4.0）

海潮天下（Marine Biodiversity）小編讀到一篇最新研究，美國地質調查局（USGS）的研究人員與美國國家公園管理局、夏威夷大學、加州大學伯克利分校、斯坦福大學、NOAA、夏威夷水生資源部、科哈拉中心以及夏威夷島西部的多個家庭合作，沿夏威夷島西岸進行了為期三年的觀測。他們測量了近岸水溫和珊瑚健康指標，發現在地下水滲漏區域形成了局部低溫避難所。這些區域的水溫比離岸和深層海水低1至5攝氏度。在經歷極端海洋熱浪導致的大規模白化后，這些冷水避難所的珊瑚白化現象更少，健康指標有所改善，珊瑚恢復率也更高。該研究于2025年10月7日發表在《海洋科學前沿》（Frontiers in Marine Science）期刊上。

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▲上圖：這個地圖展示了研究區域內海底地下水排放（SGD）的關鍵水文地質特征和觀測點位：白色三角形標記了已測繪的地下水滲漏點位置；藍色三角形表示估算的海底地下水排放通量；橙色箭頭指示了地下水溫度的流向或影響范圍；而白色方塊則標注了進行珊瑚健康和水溫測量的主要研究地點。圖源：Grossman, E. E., Oberle, F. K., & Storlazzi, C. D. (2025).

海底地下水排放（SGD）是指地下水通過海灘、或海底滲透進入海洋的現象。研究表明，SGD為珊瑚礁所在的近岸水域注入了相對較冷的水，能夠有效地降低海水溫度，緩解珊瑚遭受高溫帶來的熱應激。

夏威夷島的西海岸線主要由全新世到晚更新世的火山巖構成，其特點是海浪暴露程度低到中等，并且處于微潮汐狀態。該海岸屬于干旱氣候，年降雨量僅在250至500毫米之間，地表徑流非常罕見，僅在強降雨時才會出現。盡管地表干燥，但大量的地下水卻通過復雜的地下含水層和裂隙系統，沿著島嶼的淹沒側翼排放入海。研究人員在夏威夷島西海岸卡瓦伊海（Kawaihae）和普烏霍努阿歐霍瑙瑙（Pu’uhonuao Hōnaunau）之間約100公里的范圍內，共選擇了12個研究區域的31個站點。在2004~2014年期間，這些站點進行了水文特性和珊瑚健康指標的配對測量。

夏威夷島西海岸六個關鍵研究區域（A至F）的詳細采樣點分布。圖中的不同符號代表了不同的測量類型：白色方塊為固定傳感器的部署位置；黑色圓圈表示進行CTD剖面測量的位置；黃色圓圈突出顯示了重點CTD剖面陣列；而金色線條則標記了進行珊瑚覆蓋率和白化等底棲調查的樣線。圖源：Grossman, E. E., Oberle, F. K., & Storlazzi, C. D. (2025).

在夏威夷島西海岸的這個研究中，科學家發現SGD能使近岸水溫降低1~5°C，形成類似于河口的水域環境，鹽度降至20 PSU，正是像紋形鹿角珊瑚（Pocillopora meandrina）、團塊濱珊瑚（Porites lobata）和夏威夷表孔珊瑚（Montipora capitata）等珊瑚物種所需的棲息地條件。

這項研究基于2003~2014年間的實地數據，利用近岸傳感器和垂直深度剖面分析了SGD的作用。研究表明，SGD不僅通過降溫降低了珊瑚的熱應激暴露，還減少了珊瑚白化的發生頻率。尤其是在2014~2015年間的極端海洋熱浪事件中，靠近SGD冷水源的珊瑚表現出了更強的恢復力。這些區域的珊瑚群體比遠離冷泉的珊瑚更少遭受熱應激，也能更快地從白化中恢復。

此外，這個研究還發現，SGD對珊瑚的影響不僅限于溫度調節，還涉及水體的營養狀況。盡管SGD可以為珊瑚提供冷水庇護，但如果地下水中的營養物質濃度過高，可能對珊瑚健康產生負面影響。因此，SGD的作用并非單一的溫度調節，還需要考慮營養物質的平衡。人類活動（尤其是農業和城市開發），往往會使地下水中的營養物質濃度上升，這可能加劇水質惡化、并對珊瑚造成壓力。

USGS研究地質學家、該研究的主要作者Eric Grossman表示，改善地下水管理不僅對珊瑚礁至關重要，對于像夏威夷西部這樣依賴地下水進行市政供水的干旱地區的人們來說，也同樣重要。這些地區正面臨全州性干旱、未來更強烈的干旱預測、海平面上升導致的鹽水入侵以及城市發展帶來的日益增長的壓力。

本圖展示了2014–2015年海洋熱浪后，珊瑚礁對海底地下水排放（SGD）的依賴性。紅色半圓表示較低的珊瑚損失，綠色半圓表示較高的恢復率，這些區域均集中在高通量SGD滲漏點（深藍色三角形）附近。圖示強調了由地下水驅動的低溫區（低于27°C）對珊瑚在極端熱應激下的關鍵保護作用。圖源：Grossman, E. E., Oberle, F. K., & Storlazzi, C. D. (2025).

這一發現，為人類理解珊瑚的適應機制提供了新的視角。

盡管SGD的冷水作用在緩解熱應激方面具有積極意義，但它的效果也受到地下水質量和流量變化的影響。尤其是在加勒比海、印度-太平洋等熱帶沿海地區，這些地區的地下水輸入量較大，珊瑚礁生態系統對地下水變化敏感。例如，島嶼地區的地下水流量在過去幾十年里發生了變化，部分地區由于人類活動導致地下水流量減少，這可能削弱了SGD對水溫的調節作用。

未來，隨著全球氣候變化加劇，地下水對珊瑚礁的影響可能變得更加復雜。如何在全球變暖的大背景下利用這一自然調節機制，將成為珊瑚保護研究的重要方向之一。同樣地，保護和管理沿海地下水資源，尤其是在熱帶珊瑚礁地區，可能是緩解熱應激、提高珊瑚韌性的重要措施。

讀而思

【思考題】讀而時思之，舉一而反三

Q1、海底地下水排放（SGD）長期影響下形成的獨特溫度和鹽度梯度（如鹽度低至20 PSU）是否對珊瑚，如紋形鹿角珊瑚、團塊濱珊瑚等，施加了選擇性壓力？相比于離岸、或無SGD影響區域的同種珊瑚，這些“避難所”內的珊瑚群體在熱耐受基因表達、表觀遺傳學標記或共生藻群落結構（如Symbiodiniaceae的優勢種群）上，是否存在顯著的本地適應性差異？

Q2、鑒于SGD提供的熱閾值緩解（減少高達46%的高溫暴露），這些區域是否作為氣候避難核心，充當了氣候驅動的物種遷徙和區域珊瑚礁生態系統連接度的源頭、或跳板？如何利用拉格朗日顆粒追蹤模型 (Lagrangian Particle Tracking Model，流體力學中一種常用的方法) 結合SGD通量數據，來預測其對珊瑚幼蟲散布和熱帶海岸漁業資源的影響？

Q3、既然天然的地下水能有效降溫，那么在沒有SGD的地方，人類是否能通過某種工程技術，例如利用深層海水或地熱冷卻系統，在面臨嚴重白化威脅的珊瑚礁區域人為地創造類似的一些低溫環境，來幫助珊瑚度過極端熱浪？這種人工干預，成本高不高？風險又是什么？

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聲明：本文僅代表資訊，供讀者參考，不代表平臺觀點。

論文出處 | Grossman, E. E., Oberle, F. K., & Storlazzi, C. D. (2025).

文 | 王海詩

編輯 | 海潮君

日期 | 2025年12月7日

參考資料
感興趣的海潮天下（Marine Biodiversity）讀者可以參看該研究的全文：
Grossman E E, Oberle F K J, Storlazzi C D. Submarine groundwater discharge creates cold‐water refugia that can mitigate exposure of heat stress in nearshore corals[J]. Frontiers in Marine Science, 2025, 12: 1621298.
https://www.frontiersin.org/journals/marine-science/articles/10.3389/fmars.2025.1621298/full
https://www.usgs.gov/programs/cmhrp/news/submarine-groundwater-discharge-cools-heat-stressed-reefs-hawaii