海洋热浪如何影响海床?

Marine heatwaves can have a devastating impact on marine life, including coral reefs, fish, and other invertebrates.
Marine heatwaves can have a devastating impact on marine life, including coral reefs, fish, and other invertebrates.Image: Pexels/Francesco Ungaro
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  • 由于气候变化,海洋热浪正变得越来越频繁和强烈。

  • 这些热浪可能对珊瑚礁造成广泛破坏,但它们也可能对海床产生重大影响。

  • 它们可能导致海床动物死亡、扰乱食物网,并使海床生物群落的组成发生变化。

  • 关于海洋热浪对海床的影响,我们仍有许多未知之处,但很明显,它们对海洋生态系统构成了重大威胁。

我们大多数人都知道陆地上热浪的感受:连续数日的酷热。但海洋也会出现热浪。当水温超过季节性阈值并持续五天或更长时间时,即为海洋热浪。海洋热浪在夏季造成的破坏最为严重,此时海洋本身已处于最温暖的时期,但一年中的任何时候都可能发生。

温室气体所截留热量的90%以上已进入我们的海洋。因此,海洋热浪变得越来越强烈和频繁也就不足为奇了。今年的情况尤为惊人。从今年4月起,全球平均海水温度一直处于有记录以来的最高水平。

自20世纪80年代以来,卫星通过实现海水温度的每日测量,彻底改变了海洋科学。但卫星是从高空进行观测的,无法看到水面以下正在发生的情况。

我们的最新研究探究了深层海水中正在发生的情况。结果表明,海洋热浪并不仅限于海面。在最具破坏性的海洋热浪中,热量可以一直穿透至海底。值得注意的是,有些热浪只影响海床。

我们通常认为海洋热浪是表层的极端高温,会导致珊瑚白化和珊瑚死亡,如本图所示,即2022年西澳大利亚宁格洛礁(Ningaloo reef)的白化现象。Image: Joel Johnsson

为什么深层海洋热浪很重要?

虽然我们通常只能在海洋表层看到海洋生物,但生命延伸至整个海洋深处。在大陆架(即大陆的沉没部分)较浅的海床上,栖息着鱼类、海带床、海绵、冷水珊瑚、贝类和甲壳类动物。

这些浅海的平均深度不足100米。大陆架尽头通常会突然陡降进入深海,那里的海面与海床之间相隔数公里的海水。

海洋热浪会对覆盖大陆架的海域中的生物造成损害。这里的生物与表层生物一样,对极端温度敏感。但对它们而言,“极端”的含义与我们所理解的并不相同。如果你习惯了12℃的水温,那么15℃的热浪可能是毁灭性的。

海洋热浪来袭时可能致命。2021年,超过十亿只海洋生物在单次热浪期间死亡,地点位于美国西部和加拿大沿岸附近。今年北半球夏季,极端热浪袭击了海洋的大片区域。

能够移动的鱼类和其他生物会迁移,游向两极或潜入更深的水域以寻找较凉的水体。无法迁移的生物则只能忍受或死亡。热浪可引发迁徙。新物种会迁入以寻求庇护,并可能改变生态系统。

我们对深层海洋热浪了解甚少

与深海数公里的水深相比,覆盖大陆架的海域相对较浅。即便如此,无法看清水下正在发生的情况,无论是借助卫星还是高频雷达。

海洋是一个恶劣的环境。仪器要承受高压、腐蚀性的咸水,以及牡蛎和海绵等海洋生物附着其上的影响。这也是我们关于海面以下温度长期趋势的数据非常有限的原因之一。但这些记录对于计算一年中特定时段的典型温度以及确定何为极端温度至关重要。

澳大利亚是少数长期生成此类宝贵数据的地区之一。在东南部沿海外,分布着许多海洋系泊装置,即一组漂浮的传感器集合,锚定于海底。其中一个自1993年起便开始测量从海面至海底65米深处的每日温度。

除沿海系泊装置外,该海洋学仪器还用于测量海水的温度和盐度。Image: Amandine Schaeffer, CC BY-ND

我们早前的研究发现,深层海洋热浪实际上可能更为强烈,并且持续时间更长,与海面相比。但原因何在?

在我们的最新研究中,我们仔细分析了温度数据。我们发现,海洋热浪有多种类型,且成因各不相同。我们还发现,某些类型的海洋热浪在特定季节更有可能发生。

例如,冬季海洋热浪通常贯穿从海面到海床的整个水层。它们是在强劲、深层且温暖的东澳大利亚洋流向西蜿蜒流向海岸时形成的。当该洋流越过大陆坡时,会将温暖的海水带至大陆架上方并靠近海岸。

夏季,澳大利亚的海洋会出现两种截然不同的热浪。第一种出现在晴空万里的天气中。云层稀少,更多太阳热量进入海洋。当风力较弱、海水因蒸发而散热减少时,也可能出现此类热浪。这些热浪局限于海面及其下方几米范围内。

另一种是第二类热浪,一种非常奇特的热浪系统,仅出现在靠近海床的区域。当强风形成洋流,将较浅的温暖海水推向海底时便会产生这种热浪。在东海岸,这些洋流来自南方的寒风。因此,即使您正在南大洋的寒风中瑟瑟发抖,海床可能正经历着酷热的热浪。这些热浪可能对生态系统破坏最大,却几乎不为人所察觉。

该图显示了影响沿海水域的不同类型海洋热浪(以红色表示的异常高温)Image: 作者提供,CC BY-ND

海洋热浪并非同一种类

我们的研究表明,海洋热浪有不同的类型。这一点很重要,因为它将使我们更好地预测海洋何时即将遭遇热浪。同时,它还将使我们能够预判水柱的哪些部分即将受到影响,以及哪些生态系统将受到冲击。

当然,减缓海洋变暖并防止海洋热浪破坏生态系统,意味着必须大幅削减碳排放。但在我们为此努力的同时,这些认识可以为我们争取时间,寻找策略以减少海底的死亡数量,以及减轻对依赖这些生态系统存续的旅游业和渔业所造成的损害。

海洋吸收大量热量。但这如何有助于应对气候变化呢?
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