随着全球變暖，冰蓋融水和海洋熱膨脹加劇，其導緻的海平面快速上升對島礁以及沿海城市造成影響越來越大。未來海平面變化的趨勢、幅度和速率備受國際學術界和全社會的關注。重建海平面的精細變化過程一直是全球變化研究的熱點和難點問題。
近日，中國科學院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質重點實驗室（OMG）珊瑚礁及其環境記錄學科組科研人員聯合國内相關機關專家，在珊瑚氧穩定同位素（δ18O）記錄海平面變化研究上取得新進展。相關研究成果近日發表在國際期刊Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology（《古地理學、古氣候學、古生态學》）上。研究成果顯示，1900年以來南海海平面上升了150毫米。
□ 通過濱珊瑚δ18O研究海平面變化
科學家通常用造礁濱珊瑚來研究過去環境變化。相比觀賞珊瑚的千姿百态、鮮豔美麗，濱珊瑚其貌不揚、可生長數百年，具有生長速率高、年生長層清晰、可開展高精度鈾系（U-Th）測年，以及對周圍海水環境變化響應敏感等優勢。濱珊瑚由此成為海洋環境變化的絕佳天然記錄者，特别是造礁濱珊瑚在南海廣泛發育，為重建海平面變化提供了有利條件。
本次論文第一作者是OMG實驗室研究員施祺團隊的陶士臣博士。陶士臣告訴記者，珊瑚骨骼主要成分是CaCO3。珊瑚生長過程中吸收海水中的鈣和碳酸根離子沉澱形成珊瑚骨骼。海水中氧（O）的同位素包括氧16（16O）和氧18（18O）就進入到珊瑚骨骼中。珊瑚骨骼中18O和16O的多少受海洋環境變化的影響。
（用于定量重建的西沙群島濱珊瑚）
δ18O是指兩種氧穩定同位素的比率: 18O: 16O。δ18O測量可以幫助人們了解農業與土壤科學、生态學、海洋科學、水文學、古生物學以及食品和飲料行業。“我們根據δ18O的變化，來判斷當時的環境情況，通過δ18O序列，進一步判斷環境的長期變化過程，比如海平面變化等。” 陶士臣告訴記者。
據陶士臣介紹，珊瑚δ18O變化，主要是由周圍海水的δ18Oseawater和海溫（SST）共同決定的，與海水自身氧穩定同位素（δ18O）呈正相關，與海溫負相關。
通常，當全球變暖時，海水吸熱，産生水體熱膨脹，海平面上升；海水吸熱，海溫也上升，這種情況珊瑚記錄到的δ18O偏輕；另外一方面，全球變暖時，冰蓋融化，冰融水進入海洋，海平面上升。同時，因冰融水的δ18Oicewater相對于海水的δ18Oseawater更為偏輕，造成海水自身氧同位素偏輕，珊瑚δ18O也會偏輕。即冰融水注入造成海平面上升和珊瑚氧同位素偏輕。這些變量的關系反之依然。
□ 南海海平面呈現加速上升趨勢
不過陶士臣告訴記者，在不同的時間尺度上，珊瑚δ18O與海溫的相關性是不同的。比如南海的珊瑚δ18O，在季節（也即每年12個月的周期變化上）、年代際–多年代際尺度（十幾年–幾十年，甚至更長時間範圍）上，與海溫負相關；在年際尺度（比如幾年範圍内的變化）上，珊瑚氧同位素與海溫正相關，這可能主要與厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）的調節有關。
珊瑚δ18O也與降雨量與海水鹽度存在關系。陶士臣說，在年際、年代際以及多年代際尺度上，南海的珊瑚δ18O與海平面和降雨量負相關，與鹽度（鹽度與海水自身的δ18O密切相關）正相關。
在本次研究中，科學家綜合分析了南海濱珊瑚δ18O與器測的海平面、海溫、鹽度、降雨之間的關系，确定了南海海平面與珊瑚δ18O的統計關系，以及控制機理。
他們利用珊瑚δ18O定量重建了公元1850年以來的南海海平面變化曆史。研究結果顯示，在1850–1900年時段，海平面的平均下降速率為0.73毫米/年；随着全球升溫，在1900–2015年時段的上升速率為1.31毫米/年。
（定量重建的1850年來南海海平面變化曆史及其與相關記錄的比較）
陶士臣說，他們根據1980–2015年珊瑚δ18O與海平面建立定量的轉換函數，然後根據轉換函數，将1850–2015年這一時段的珊瑚δ18O序列轉換為海平面序列，再根據重建的海平面序列的變化特征，劃分為不同的時段，比如1850–1900年，1900–2015年。
“對這些時段的海平面，分别計算其線性斜率，也即及海平面的年均變化速率，比如：在1900–2015年時段的上升速率為1.31 ± 0.06毫米/年。1.31 mm/年*116年≈150 mm。”陶士臣向記者介紹了他們得出“1900年以來南海海平面上升了150毫米”結論的研究方法。
此外研究還發現，1993年以來的上升速率為3.75毫米/年，南海海平面呈現加速上升趨勢。研究認為，1850–1950年的南海海平面變化可能是太陽活動和溫室氣體共同作用的結果，而1950年代以來，溫室氣體可能主導着海平面的快速上升。
本研究首次将珊瑚δ18O用于定量重建年分辨率的海平面變化，為今後開展不同時期的海平面變化研究提供了新的方法。
文、圖/廣州日報·新花城記者：龍锟 通訊員：李淑、徐曉璐
廣州日報·新花城編輯：蘇琬茜