珊瑚也广泛用来监测水体环境的变化,其中对海洋环境污染方面的监测是国际上非常关注的主题南沙群岛珊瑚礁记录之近1000年来的强风暴活动历史之一,如珊瑚中Pb和Cd等含量的变化清楚地记录了工业化进程对海洋环境的污染状况.南海北部大亚湾珊瑚(1976~1998年)研究显示其能够比较好地记录大亚湾海域重金属含量的年际变化,并识别出1979和1991年为2个重金属含量比较高的年份.大亚湾珊瑚(1976~2007年)Fe/Ca,Mn/Ca,Zn/Ca,P/Ca和Ba/Ca的研究则显示,珊瑚Fe/Ca和Mn/Ca比值的增加清楚地记录了大亚湾核电站修建过程中大量陆源物质对水体环境的影响;Zn/Ca的增加则显示工业排污增加对水体环境的影响;珊瑚P/Ca能指示海水的磷含量以及营养化状况;Ba/Ca则记录了低温压力对相对高纬度珊瑚生长的抑制作用.室内模拟实验则研究了Cu和Zn含量增加对珊瑚虫黄藻密度和光合作用的影响,显示重金属污染对珊瑚共生藻的光合作用有明显的抑制作用,最终导致珊瑚死亡.

　　对海南万泉河口和香港靠近珠江口附近水域珊瑚稀土元素的含量研究则发现,珊瑚稀土元素含量与海平面变化升高之间有明显的负相关关系,这是因为当海平面快速上升时,河口附近的珊瑚受到来自河流的陆源物质影响减弱,而受到海水中低REE含量和相对富集的重稀土的配分模式影响显著.南沙群岛永暑礁珊瑚δ13C则发现可以反映日照时数、总云量和降雨量等的变化.

　　3、南海珊瑚礁对历史时期气候变化的响应规律

　　全球珊瑚礁在退化已是不争的事实,如2008年全球仅46%的珊瑚礁处于相对健康状态.全球而言,珊瑚礁退化的最主要原因是珊瑚礁白化,即五彩缤纷的珊瑚失去共生虫黄藻或虫黄藻失去色素而变白的一种生态现象.目前研究一致认为ElNi.o加剧、全球变暖导致的海水温度上升是珊瑚礁白化的最主要原因,如1998年ElNi.o高温导致世界珊瑚礁退化了16%,几乎影响到了世界所有珊瑚礁区,在大堡礁一些连续生长了约1000年的珊瑚也在这一事件中死亡.有生态学者预测到2100年热带海洋升温1~3℃,珊瑚礁很可能是因为全球环境变化导致珊瑚礁白化而失去的第一个生态系统.但包括珊瑚记录在内的大量证据显示,中全新世海温比现在高1~2℃,而当时珊瑚并没有因为高温而灭绝,因此了解珊瑚对过去高温等气候环境的响应规律将有助于更好地了解现代高温与珊瑚白化的关系.南海珊瑚礁的研究显示,不管高温导致的珊瑚礁热白化还是低温导致的冷白化,历史上都曾经反复出现过,珊瑚礁并没有因此而灭绝,显示珊瑚本身对极端气候事件的潜在的适应能力.

　　3.1近200年来南海南部珊瑚礁的热白化历史

　　现代高温导致的珊瑚礁热白化最早报道于1982年,对此之前珊瑚对高温的响应知之甚少.为了寻找指示历史时期珊瑚礁白化的标志,珊瑚礁研究者在南海展开了一系列的研究,包括珊瑚共生虫黄藻的密度、珊瑚对极端温度的抵抗力等.对南海珊瑚共生虫黄藻的研究发现,珊瑚共生虫黄藻密度的种间差异是导致珊瑚抵抗白化能力的重要因素:枝状珊瑚共生虫黄藻密度低,因此容易白化;而块状珊瑚共生虫黄藻密度高,因此不容易白化;叶片状珊瑚的虫黄藻密度和抵抗白化的能力均介于二者之间.

　　这一结论在野外观察和室内模拟实验中获得了很好的验证,即块状珊瑚对高温表现出最强的适应能力,最不容易白化,这也许可以部分解释为什么块状珊瑚可连续生长数百年.从这个意义上说,大型块状珊瑚的死亡可指示过去极端环境事件.

　　这种能够指示过去极端环境事件的死亡了的大型块状珊瑚在南海南部南沙群岛的珊瑚礁中广泛分布.Yu等对这些死亡的大型块状珊瑚进行了细致的生态调查,并分别从永暑礁和美济礁钻取27个死亡的块状珊瑚样品进行高精度年代测定,进而确定了它们的死亡年代,也就是这些死亡的、顶面完好保存的块状珊瑚最表面的年代.结果表明,这27个珊瑚的死亡都发生在过去200年内;在定年误差范围内这些珊瑚的死亡年代基本上与历史上已知的ElNi.o高温年份相对应.分析各种可能导致珊瑚死亡的原因,包括低温、淡水、火山活动、珊瑚天敌、珊瑚疾病和人类影响(污染、旅游、养殖、过度捕捞、炸鱼等)等,Yu等提出这些珊瑚的死亡是历史时期强白化的产物,也就是说高温引起的现代珊瑚热白化其实并不是新的生态现象,而是至少在过去200年来反复发生的珊瑚对环境变化的一种自然响应.但迄今为止还没有发现更早以前发生过珊瑚礁热白化的证据.

　　3.2中全新世高温期南海北部珊瑚冷白化事件

　　冷白化是指低温导致的珊瑚礁白化现象.2003年7月在澳大利亚大堡礁南部曾经出现过低温导致珊瑚礁大面积白化,这是在现代暖期中发生的异常生态现象.但南海北部雷州半岛的珊瑚礁记录显示,这种异常的珊瑚礁冷白化现象在中全新世高温期曾经反复发生.记录中全新世高温期冷气候事件(雷州事件)的角孔珊瑚礁剖面,由至少9层覆盖度>90%的角孔珊瑚组成,层与层之间的间断面清楚而平整.角孔珊瑚Sr/Ca和骨骼密度的研究揭示,这些珊瑚的死亡和间断面的形成是大幅度(>7℃)的冬季降温事件所致,Sr/Ca温度显示当时的最低温很可能在10.7℃以下.结合现代珊瑚热白化的特点,即珊瑚失去共生的虫黄藻或虫黄藻失去色素而变白,Yu等提出中全新世雷州半岛大片角孔珊瑚的死亡必然会导致虫黄藻的丢失、必然会导致大面积的珊瑚变白,因此是一种严重的白化现象;这种白化是由冬季突然降温引起的,因此是冷白化.这是第1个关于历史时期珊瑚礁冷白化的证据.该剖面显示7.5~7.0kaBP期间的高温期珊瑚冷白化每20~50年发生一次,至少发生过9次,白化后珊瑚礁的恢复一般需要20~30年.

　　2008年初华南经历了近50年来罕见的极端低温事件,持续32天.南海北部大亚湾海区2008年2月平均SST低于14℃,连续多天最低SST为12.3℃左右.生态调查结果显示这样的低温抑制了大亚湾海区珊瑚的生长活动,但并没有产生致命的影响,显然还需要更大幅度的降温才会导致大面积珊瑚的白化和死亡,这也佐证更大幅度的降温(如低达珊瑚Sr/Ca记录的10.7℃)是导致中全新世雷州半岛珊瑚冷白化和死亡的原因.

　　3.3中全新世高温期珊瑚的死亡与恢复

　　为了了解中全新世高温期珊瑚的死亡与恢复.Yu等对海南三亚中全新世(6000~7000aBP)2块保存有死亡间断面和1块保存了死亡面的块状珊瑚进行了深入研究,包括测定珊瑚死亡和恢复的年代、死亡的季节和死亡前的温度状况等.结果表明这2个大型块状珊瑚死亡后恢复的时间分别为(41±18)和(31±28)a,大体表明中全新世高温期珊瑚死亡后在约10~20年的时间内可以恢复生长.珊瑚骨骼Sr/Ca,Mg/Ca和生长率显示,这3块珊瑚分别死亡于春季和秋季,与当时的夏季高温(Sr/CaSST=~31~32℃)没有明显的关系,显示块状珊瑚对中全新世高温的适应性.

　　4、结论

　　(1)广泛分布的南海珊瑚礁在近50年来处于严重退化之中,其中活珊瑚覆盖度下降~80%,系加剧全新世高温期海南珊瑚死亡与恢复的年代的人类活动与变暖的气候共同作用所致;迄今为止南海几乎没有原始状态的珊瑚礁;南海珊瑚钙化率和碳酸钙生产力均下降;南海珊瑚礁在夏季表现为大气CO2的源.

　　(2)南海珊瑚礁记录了全新世多种环境信息,如中、晚全新世高分辨率的温度过程与极端低温气候事件、千年尺度的ElNi.o活动强弱变化、千年-百年尺度的多期相对高海平面的波动、近4000年来周期性的强风暴活动、东亚季风的强弱、海水酸度和污染状况等,这些信息将有助于认识过去及现代气候环境变化的规律性.