關(guān)鍵信息導(dǎo)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(yīng)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(dá)46%），這些高溫水域通常會引發(fā)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(guān)注其可能含有來自陸地的營養(yǎng)物質(zhì)或污染物，對評估珊瑚礁健康的凈效應(yīng)至關(guān)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(xiàn)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(fā)現(xiàn)：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(yīng)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(qū)的珊瑚物種。這種珊瑚棲息在淺層礁石環(huán)境中，是珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)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(zhì)調(diào)查局（USGS）的研究人員與美國國家公園管理局、夏威夷大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、斯坦福大學(xué)、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(jìn)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(biāo)，發(fā)現(xiàn)在地下水滲漏區(qū)域形成了局部低溫避難所。這些區(qū)域的水溫比離岸和深層海水低1至5攝氏度。在經(jīng)歷極端海洋熱浪導(dǎo)致的大規(guī)模白化后，這些冷水避難所的珊瑚白化現(xiàn)象更少，健康指標(biāo)有所改善，珊瑚恢復(fù)率也更高。該研究于2025年10月7日發(fā)表在《海洋科學(xué)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(qū)域內(nèi)海底地下水排放（SGD）的關(guān)鍵水文地質(zhì)特征和觀測點位：白色三角形標(biāo)記了已測繪的地下水滲漏點位置；藍(lán)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(biāo)注了進(jìn)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(jìn)入海洋的現(xiàn)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(yīng)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(gòu)成，其特點是海浪暴露程度低到中等，并且處于微潮汐狀態(tài)。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(xiàn)。盡管地表干燥，但大量的地下水卻通過復(fù)雜的地下含水層和裂隙系統(tǒng)，沿著島嶼的淹沒側(cè)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(nèi)，共選擇了12個研究區(qū)域的31個站點。在2004~2014年期間，這些站點進(jìn)行了水文特性和珊瑚健康指標(biāo)的配對測量。

夏威夷島西海岸六個關(guān)鍵研究區(qū)域（A至F）的詳細(xì)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(jìn)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(biāo)記了進(jìn)行珊瑚覆蓋率和白化等底棲調(diào)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(xué)家發(fā)現(xiàn)SGD能使近岸水溫降低1~5°C，形成類似于河口的水域環(huán)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(shù)據(jù)，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(yīng)激暴露，還減少了珊瑚白化的發(fā)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(xiàn)出了更強的恢復(fù)力。這些區(qū)域的珊瑚群體比遠(yuǎn)離冷泉的珊瑚更少遭受熱應(yīng)激，也能更快地從白化中恢復(fù)。

此外，這個研究還發(fā)現(xiàn)，SGD對珊瑚的影響不僅限于溫度調(diào)節(jié)，還涉及水體的營養(yǎng)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(yǎng)物質(zhì)濃度過高，可能對珊瑚健康產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，SGD的作用并非單一的溫度調(diào)節(jié)，還需要考慮營養(yǎng)物質(zhì)的平衡。人類活動（尤其是農(nóng)業(yè)和城市開發(fā)），往往會使地下水中的營養(yǎng)物質(zhì)濃度上升，這可能加劇水質(zhì)惡化、并對珊瑚造成壓力。

USGS研究地質(zhì)學(xué)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(guān)重要，對于像夏威夷西部這樣依賴地下水進(jìn)行市政供水的干旱地區(qū)的人們來說，也同樣重要。這些地區(qū)正面臨全州性干旱、未來更強烈的干旱預(yù)測、海平面上升導(dǎo)致的鹽水入侵以及城市發(fā)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(fù)率，這些區(qū)域均集中在高通量SGD滲漏點（深藍(lán)色三角形）附近。圖示強調(diào)了由地下水驅(qū)動的低溫區(qū)（低于27°C）對珊瑚在極端熱應(yīng)激下的關(guān)鍵保護作用。圖源：Grossman, E. E., Oberle, F. K., & Storlazzi, C. D. (2025).

這一發(fā)現(xiàn)，為人類理解珊瑚的適應(yīng)機制提供了新的視角。

盡管SGD的冷水作用在緩解熱應(yīng)激方面具有積極意義，但它的效果也受到地下水質(zhì)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(qū)，這些地區(qū)的地下水輸入量較大，珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)對地下水變化敏感。例如，島嶼地區(qū)的地下水流量在過去幾十年里發(fā)生了變化，部分地區(qū)由于人類活動導(dǎo)致地下水流量減少，這可能削弱了SGD對水溫的調(diào)節(jié)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(fù)雜。如何在全球變暖的大背景下利用這一自然調(diào)節(jié)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(qū)，可能是緩解熱應(yīng)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(qū)域的同種珊瑚，這些“避難所”內(nèi)的珊瑚群體在熱耐受基因表達(dá)、表觀遺傳學(xué)標(biāo)記或共生藻群落結(jié)構(gòu)（如Symbiodiniaceae的優(yōu)勢種群）上，是否存在顯著的本地適應(yīng)性差異？

Q2、鑒于SGD提供的熱閾值緩解（減少高達(dá)46%的高溫暴露），這些區(qū)域是否作為氣候避難核心，充當(dāng)了氣候驅(qū)動的物種遷徙和區(qū)域珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)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(xué)中一種常用的方法) 結(jié)合SGD通量數(shù)據(jù)，來預(yù)測其對珊瑚幼蟲散布和熱帶海岸漁業(yè)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(shù)，例如利用深層海水或地?zé)崂鋮s系統(tǒng)，在面臨嚴(yán)重白化威脅的珊瑚礁區(qū)域人為地創(chuàng)造類似的一些低溫環(huán)境，來幫助珊瑚度過極端熱浪？這種人工干預(yù)，成本高不高？風(fēng)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