引言

當(dāng)我們提到海綿，或許你會(huì)想到海底的軟軟生物，但你知道嗎？在深海中，有一種硬海綿就像地球的“時(shí)間膠囊”，默默記錄著數(shù)百年來(lái)的氣候變化。這種硬海綿不僅是海洋生物中的古老成員，還幫助科學(xué)家們揭示了全球變暖的“前世今生”。今天，我們就來(lái)揭秘這種海洋“氣候記錄器”——長(zhǎng)壽命硬海綿，以及它如何成為人類(lèi)了解氣候變暖的關(guān)鍵工具。

什么是長(zhǎng)壽命硬海綿？

長(zhǎng)壽命硬海綿（Ceratoporella nicholsoni等物種）是一類(lèi)生活在深海中的特殊海洋生物，通常棲息在溫暖的熱帶海域如加勒比海。它們的顯著特點(diǎn)是可以存活數(shù)百年甚至上千年，因此得名“長(zhǎng)壽命”硬海綿。硬海綿的骨骼由碳酸鈣（CaCO?）構(gòu)成，形成類(lèi)似樹(shù)木年輪的沉積層，每一層都記錄了它們所處環(huán)境的詳細(xì)信息，特別是海水的溫度和化學(xué)成分。

硬海綿的外形與常見(jiàn)的軟海綿不同，它們的骨架非常堅(jiān)硬，表面覆蓋著微小的孔道。這些孔道不僅幫助硬海綿進(jìn)行過(guò)濾和營(yíng)養(yǎng)吸收，還通過(guò)每一層逐年積累的沉積，長(zhǎng)期記錄下了環(huán)境條件的變化。它們有著強(qiáng)大的適應(yīng)能力，能夠在海洋深處光線極少的環(huán)境中生存，依賴(lài)海水中的微小浮游生物和有機(jī)物獲取能量。

一種生長(zhǎng)在加勒比海的珊瑚狀海綿， Ceratoporella nicholsoni ，可以作為 300 年前海水溫度的替代指標(biāo)。來(lái)源：Kristen Grace/佛羅里達(dá)博物館

硬海綿如何成為“氣候溫度計(jì)”？

硬海綿的骨骼中含有鍶（Sr）和鈣（Ca），這兩者的比例對(duì)海水溫度變化極其敏感。科學(xué)家們通過(guò)分析硬海綿骨骼中的鍶鈣比（Sr/Ca），可以追蹤到過(guò)去幾百年甚至上千年的海洋溫度變化。當(dāng)海水溫度上升時(shí)，硬海綿骨骼中的鍶含量會(huì)減少，溫度降低時(shí)則鍶含量增加。這種精確的記錄使硬海綿成為了一種天然的“氣候溫度計(jì)”，幫助科學(xué)家揭示過(guò)去氣候的變化軌跡。

通過(guò)電子顯微鏡的分析，科學(xué)家們得以深入觀察硬海綿的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，尤其是其沉積層和孔洞的分布。圖中的部分元素可能表示了硬海綿的不同層次和孔洞結(jié)構(gòu)，通過(guò)這些孔洞和層次，硬海綿不斷生長(zhǎng)并積累環(huán)境信息。黃色部分代表的是硬海綿的有機(jī)組織或外層結(jié)構(gòu)，藍(lán)色部分則可能代表硬海綿內(nèi)部的碳酸鈣（CaCO3）骨架結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)對(duì)海洋溫度變化非常敏感，可以通過(guò)它們的沉積來(lái)記錄過(guò)去海洋溫度的變化。每一層的形態(tài)和厚度都可能反映了硬海綿生長(zhǎng)時(shí)期的環(huán)境條件，因此，科學(xué)家通過(guò)分析這些結(jié)構(gòu)，推測(cè)出不同時(shí)間段的海洋溫度變化。

圖：加勒比硬海綿內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

科學(xué)家如何通過(guò)硬海綿測(cè)算溫度？

《自然氣候變化》近期發(fā)表了一篇研究，科學(xué)家通過(guò)采集加勒比海深海中的長(zhǎng)壽命硬海綿（Ceratoporella nicholsoni）的骨骼樣本，并利用230Th/238U同位素測(cè)年法確定了這些骨骼沉積層的年代。部分樣本的記錄甚至可以追溯到300年前。通過(guò)分析硬海綿骨骼中的鍶鈣比（Sr/Ca），研究團(tuán)隊(duì)成功將骨骼層的沉積與海水溫度的變化聯(lián)系起來(lái)。

研究發(fā)現(xiàn)，全球變暖的跡象早在19世紀(jì)60年代就已出現(xiàn)，遠(yuǎn)早于傳統(tǒng)儀器記錄的20世紀(jì)后期。這表明，工業(yè)革命以來(lái)的人類(lèi)活動(dòng)對(duì)氣候的影響比我們?cè)日J(rèn)為的更早開(kāi)始。研究還揭示，在過(guò)去300年中，地球氣溫的上升速度比此前的氣候模型預(yù)測(cè)更快，尤其是在20世紀(jì)后期，海洋和陸地的溫度變化速度發(fā)生了顯著分離，陸地溫度上升的速度幾乎是海洋的兩倍。

根據(jù)該研究，全球變暖的幅度已經(jīng)超過(guò)了1.5°C的臨界點(diǎn)，這意味著我們已超出《巴黎氣候協(xié)定》設(shè)定的目標(biāo)。如此快速的升溫不僅加劇了全球氣候變暖的影響，也顯著增加了極端天氣事件的頻率和強(qiáng)度，帶來(lái)更多不可預(yù)見(jiàn)的環(huán)境和社會(huì)挑戰(zhàn)。

圖：自1850年以來(lái)的全球海面和陸空溫度異常情況

硬海綿的“氣候洞察”對(duì)未來(lái)的啟示

通過(guò)硬海綿溫度計(jì)，科學(xué)家不僅確認(rèn)了過(guò)去幾百年的氣候變化，還對(duì)未來(lái)幾十年的氣溫走勢(shì)做出了預(yù)測(cè)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，科學(xué)家預(yù)計(jì)到本世紀(jì)20年代末，全球變暖將突破2°C，這比之前的預(yù)測(cè)要提前近20年。這意味著未來(lái)極端氣候事件可能會(huì)更加頻繁，全球變暖的影響將更快地顯現(xiàn)。

長(zhǎng)壽命硬海綿就像地球深處的記錄者，默默地記錄著數(shù)百年來(lái)海洋的溫度變化。它們?yōu)槲覀兘沂玖巳蜃兣恼鎸?shí)歷史，并幫助我們理解未來(lái)氣候變化的趨勢(shì)。通過(guò)這種獨(dú)特的“海綿溫度計(jì)”，科學(xué)家們可以更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)全球變暖的影響，并為應(yīng)對(duì)氣候變化提供重要的數(shù)據(jù)支持。通過(guò)硬海綿溫度計(jì)，科學(xué)家不僅確認(rèn)了過(guò)去幾百年的氣候變化，還對(duì)未來(lái)幾十年的氣溫走勢(shì)做出了預(yù)測(cè)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，科學(xué)家預(yù)計(jì)到本世紀(jì)20年代末，全球變暖將突破2°C，這比之前的預(yù)測(cè)要提前近20年。這意味著未來(lái)極端氣候事件可能會(huì)更加頻繁，全球變暖的影響將更快地顯現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] Willenz, P., Hartman, W.D. Micromorphology and ultrastructure of Caribbean sclerosponges. Mar. Biol. 103, 387–401 (1989). https://doi.org/10.1007/BF00397274

[2] McCulloch, M.T., Winter, A., Sherman, C.E. et al. 300 years of sclerosponge thermometry shows global warming has exceeded 1.5?°C. Nat. Clim. Chang. 14, 171–177 (2024). https://doi.org/10.1038/s41558-023-01919-7

來(lái)源：石頭科普工作室

編輯：未

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