海底热带雨林——暖水珊瑚礁

( 曹青 天津海运职业学院 天津市 300350)

摘要：本文介绍了暖水珊瑚礁的形态、形成、生态系统，揭示了暖水珊瑚礁生态系统的重要意义，对暖水珊瑚礁进行生动形象的科普，并呼吁人们对其进行保护。

关键字：暖水珊瑚礁；共生；生态系统

将近五亿年前，珊瑚就出现在地球上了。珊瑚形态各异，最常见的是树枝形的鹿角珊瑚，还有像裸露大脑的脑珊瑚，像卷心菜的多叶珊瑚，像一个巨大桌子的苔表珊瑚，像灵芝的石芝珊瑚，像蜂窝的蜂巢珊瑚……性格也不尽相同，有一碰就会合上的“含羞珊瑚”，还有可以自由变性的蘑菇珊瑚……许多珊瑚个体色彩绚丽，可以做装饰品，有的珊瑚品种还有惊艳的荧光效果。其中宝石级珊瑚为红色、粉红色、橙红色，具有玻璃光泽至蜡状光泽，不透明至半透明。红色是由于珊瑚在生长过程中吸收深海海水中1%左右的氧化铁而形成的，但是这个过程十分漫长，有“千年珊瑚万年红”的说法。

我们通常所说的珊瑚，一般指珊瑚虫形成的枝干状的物体，看起来那么像岩石或是植物。珊瑚包括造礁石珊瑚、软珊瑚和冷水珊瑚（深海珊瑚）。最为人所熟知的珊瑚是由造礁石珊瑚形成的暖水珊瑚礁。其表层是一层活体珊瑚虫，以及其共生的藻类细胞虫黄藻，主体部分是死去珊瑚虫的碳酸钙骨骼。造礁石珊瑚生长在热带浅海地带，那里阳光充沛，海水温暖。珊瑚礁长成什么样的形态，主要是由骨骼的形态决定的。软珊瑚不形成造礁石珊瑚一样的外骨骼，只形成骨针束，整体是软的，但是体内也有共生的藻类。而在没有阳光、水深从几百米到几千米、水温4℃~12℃的深海冷水中，尤其是海山迎流面，则有冷水珊瑚林。但是它们不能和单细胞藻类共生了，只能依靠浮游动物、上层掉落的有机物残渣为“食”。

暖水珊瑚礁是如何形成的呢？暖水珊瑚礁是一个美丽的共生奇迹，是动物（珊瑚虫）与植物（虫黄藻）通力合作完成的。可以形成珊瑚礁的珊瑚虫叫做造礁珊瑚虫。珊瑚虫是“建造师”，它们通过一个个“前辈”珊瑚虫死后遗留下来的骨骼层层堆叠在一起累积建造“毛坯房”。与珊瑚虫共生的虫黄藻是“粉刷匠”，为其披上五颜六色的“外衣”。

珊瑚虫是海洋里的一种低级动物，大小如米粒，体态玲珑，形态像花朵一样，顶端由一圈圈的触手构成，如同花瓣，而圆筒般的柱部则好比花的子房。珊瑚虫吸收溶解在海水中的碳酸钙，以此来制造自己的骨骼。有的珊瑚虫喜欢独居，有的珊瑚虫则喜欢群居。群居珊瑚虫们分泌的钙质相连形成一个整体，并不断扩大。无数活着的珊瑚虫聚集生长在死珊瑚虫的骨骼上，钙质逐层累积，这些钙质与其他生物碎屑一起，日积月累，就形成了珊瑚礁。这个过程非常缓慢，未成礁的珊瑚群落形成大概需要50年，岸礁大概要一万年，而珊瑚岛礁需要几千万年。

虫黄藻是珊瑚虫体内的一种单细胞藻，是珊瑚虫的“房客”。虫黄藻获得了安定的生活环境，也用自己的颜色为“房东”“美容”，进一步“美化”“居住环境”。虫黄藻用珊瑚虫排泄出的二氧化碳和其他废物作原料，通过光合作用，制造出氧气和有机物——这正是珊瑚虫所需要的。珊瑚虫除了食用虫黄藻“交”的“房租”，还捕食浮游生物。

暖水珊瑚礁等生态群落本身就是巨大的资源宝库。暖水珊瑚礁生态系统也被称为海底“热带雨林”，栖息了上百万种生物种类，暖水珊瑚礁生物群落包含造礁生物如珊瑚虫、礁栖植物如藻类、礁栖无脊椎动物如海绵、礁栖脊椎动物如五彩缤纷的鱼类，还经常会有大型访客如海龟等。鱼虾来往、海龟游荡，全球暖水珊瑚礁的面积占海洋面积不足0.1%，却有约1/4的生物都以此为家。高生物多样性为渔业资源和旅游资源提供了基础。

暖水珊瑚礁生态系统可以为多种生物提供水体稳定、光照充足的庇护场所、捕食场所。比如海葵和小丑鱼。海葵是固定在海底的，虽然像盛开的花朵一般美丽，但是它们触手上长满了有毒的倒刺，捕捉小鱼小虾为食。小丑鱼身上覆盖着一层特殊的黏液，可以在海葵的触角里进出自由却不会受伤。小丑鱼会从一些吃海葵的尖嘴鱼嘴下保护海葵；它们的游动会促进海葵共生藻的光合作用；有游动就会产生水流，就意味着更多的氧气，可协助海葵清理体表坏死组织、寄生虫以及泥土等杂物，加上鱼粪，一切都有利于海葵的放肆生长。一有危险，小丑鱼就躲进海葵“城堡”寻求庇护。小丑鱼可以吃海葵消化剩余的残渣，并当作海葵捕食其他鱼类的“诱饵”。除了小丑鱼，还有三斑宅泥鱼、拳击蟹、孔雀尾海葵虾等十几种生物也会生活在海葵范围内。

在环境方面，珊瑚礁的作用更加无可替代。成片的暖水珊瑚礁是天然的防波堤，可以有效消解波浪对海岸的冲击。

暖水珊瑚礁还在科学研究上具有十分重要的意义，是科学家研究气候变化的“史料馆”。海洋卫星、浮标等现代化手段不足百年历史，尺度太短。为了模拟和预测未来的气候变化，为现在阶段的重大工程提供决策依据，科学家需要了解更长时间段内的气候变化。科学家在大型珊瑚礁上，在不破坏珊瑚礁生命力的前提下钻孔取样，切片后取得X光照片，就得到了年轮结构。通过地球化学手段，测试珊瑚骨骼中铀系元素和同位素信号等，得到珊瑚的年龄、同时段海水的温度、盐度等信息。科学家从而就可以得到反演、破译地球气候变化的密码。

暖水珊瑚礁是一个宝贵的生态系统，同时也是非常脆弱的。暖水珊瑚礁会死亡，这其中既有自然因素，又有人为因素。

暖水珊瑚虫十分娇气，对水温要求十分苛刻，且水质必须洁净、透明度高，退潮时不能长时间暴露在水面之上。而虫黄藻是植物，要在浅海透光地带进行光合作用，要求阳光照射充足。然而由于海水长时间高温、海水污染、海洋细菌病毒等原因，使得珊瑚虫体内的虫黄藻离开或虫黄藻失去色素，珊瑚虫缺乏能量来源，缺乏营养而饿死，或者从骨骼上剥落下来逐渐死亡，只遗留下来白色的骨骼，这就是白化现象。如果暖水珊瑚礁“病情”不严重，还是有可能自我恢复的。如果“病情”严重没扛过去，暖水珊瑚礁就会死亡。近些年全球已经出现几次全球暖水珊瑚礁白化事件，暖水珊瑚礁面积大大减少。长棘海星也来趁火打劫。成片的长棘海星两三天就可以吃掉一片区域中珊瑚礁上的珊瑚虫，只留下白色的珊瑚骨骼。长棘海星的天敌是法螺，但是由于人类喜欢法螺美丽的外壳，美其名曰凤尾螺，对法螺大量捕杀，导致长棘海星大爆发。人类排污造成水体富营养化，氮磷等营养盐增加，刺激了双壳类、海面、蠕虫、藤壶等侵蚀生物的爆发，它们钻入珊瑚骨骼内，导致珊瑚千疮百孔，珊瑚强度下降。一次风暴，甚至在船只抛锚的冲击下，珊瑚都会从礁体剥落、碎掉，进而死亡。

破坏影响较大的还有大型拖网渔捞活动，在网底层加上铅条航行，除了人类爱吃的高经济价值鱼类被一网打尽之外，栖息海底的珊瑚、虾蟹、海中洄游的海龟都无一幸免。这种渔业活动混获的情形，导致过度浪费海洋资源，许多生物死于非命。人类的潜水活动、采挖伴礁生物也会破坏暖水珊瑚礁，造成其大量死亡。生态群落不再生机勃勃，而是成为蓝色“荒漠”。

地球上动物类的物种大多会自主移动，如马会跑、鸟会飞、鱼会游；而珊瑚虫则不像其他动物一样自主移动。只有在有性繁殖阶段才会出现短暂几天，至多十几天的浮游期，如同花粉或孢子在空中飞扬一样。其余时间俱是固定不动。所以科学家们正在研究在海底“种”暖水珊瑚，培育出珊瑚“苗”后将其“移植”到海底礁体上，形成新的有活力的珊瑚礁，恢复暖水珊瑚礁生态。

参考文献：

[1] 戴昌凤，珊瑚礁 海中的热带雨林[J]，人与生物圈，2011(01)

[2] 苏隐墨，育得百万珊瑚 “花”映美丽南海[N]，《三亚日报》，2017-12-04

[3] 同济大学海洋与地球科学学院，汪品先院士研究团队：“冷水珊瑚林”研究进展、价值及深海研究的启示[A]，https://mgg.tongji.edu.cn/bf/75/c10076a114549/page.htm

9.“由表及里”的温差能

◎ 温差能研究仪器

海洋是世界上最大的太阳能接收器。海洋受太阳照射，把太阳辐射能转化为海洋热能。6000万平方千米的热带海洋平均每天吸收的太阳能，相当于2500亿桶石油所含的热量。表层海水随深度的增加而显著递减，1000米以内变化较明显。在热带和亚热带地区，表层海水保持在25~28℃，在深度1000米处的水温约为4～5℃。

温差能是指海洋表层海水和深层海水之间的温差储存的热能。利用这种热能可以实现热力循环并发电。此外，系统发电的同时还可生产淡水、提供空调冷源等。海洋温差能的储量巨大，不存在间歇，受昼夜和季节的影响较小，不占用土地资源。具有可再生、清洁、能量输出波动小等优点。

我国位于北回归线以南的南海是典型的热带海洋，太阳辐射强烈，在开发利用温差能方面有着得天独厚的地理条件。

海洋温差发电的基本原理是将海洋表层的温海水汽化，推动涡轮发电机发电。然后再利用深层低温冷海水对蒸气进行冷却，使之还原为液体状态，构成一个循环。一般温海水与冷海水的温差在20℃以上，即可产生净电力。冷海水一般要从海平面以下600～1000米的深部抽取。深层海水无菌且富有养分，有多种用途，如产制淡水、冷冻、空调、养殖、制药等，可提高海洋温差发电以外的经济价值。

海水源热泵的工作原理是将海水中存在的大量的低位能收集起来，借助压缩机系统，通过消耗少量电能，在冬季把存于海水中的低品位能量“取”出来，给建筑物供热；夏季则把建筑物内的能量“取”出来释放到海水中，以达到调节室内温度的目的。它的热效率高，消耗1千瓦的电能，可以获得3~4千瓦的热量或冷量。

【知识小贴士】

海山效应

海山能够与海洋中不同尺度的动力过程产生相互作用，海山区的浮游生物、游泳生物和底栖生物在生物量、丰度、多样性等方面往往高于周边的大洋生态系统和海盆生态系统，这一现象称为“海山效应”。海山广泛分布在世界各大洋中，是高品质渔业资源的富集区，还能够看到“海底花园”冷水珊瑚林生态群落。