硬海绵——地球的另类温度计

引言

当我们提到海绵，或许你会想到海底的软软生物，但你知道吗？在深海中，有一种硬海绵就像地球的“时间胶囊”，默默记录着数百年来的气候变化。这种硬海绵不仅是海洋生物中的古老成员，还帮助科学家们揭示了全球变暖的“前世今生”。今天，我们就来揭秘这种海洋“气候记录器”——长寿命硬海绵，以及它如何成为人类了解气候变暖的关键工具。

什么是长寿命硬海绵？

长寿命硬海绵（Ceratoporella nicholsoni等物种）是一类生活在深海中的特殊海洋生物，通常栖息在温暖的热带海域如加勒比海。它们的显著特点是可以存活数百年甚至上千年，因此得名“长寿命”硬海绵。硬海绵的骨骼由碳酸钙（CaCO₃）构成，形成类似树木年轮的沉积层，每一层都记录了它们所处环境的详细信息，特别是海水的温度和化学成分。

硬海绵的外形与常见的软海绵不同，它们的骨架非常坚硬，表面覆盖着微小的孔道。这些孔道不仅帮助硬海绵进行过滤和营养吸收，还通过每一层逐年积累的沉积，长期记录下了环境条件的变化。它们有着强大的适应能力，能够在海洋深处光线极少的环境中生存，依赖海水中的微小浮游生物和有机物获取能量。

一种生长在加勒比海的珊瑚状海绵， Ceratoporella nicholsoni ，可以作为 300 年前海水温度的替代指标。来源：Kristen Grace/佛罗里达博物馆

硬海绵如何成为“气候温度计”？

硬海绵的骨骼中含有锶（Sr）和钙（Ca），这两者的比例对海水温度变化极其敏感。科学家们通过分析硬海绵骨骼中的锶钙比（Sr/Ca），可以追踪到过去几百年甚至上千年的海洋温度变化。当海水温度上升时，硬海绵骨骼中的锶含量会减少，温度降低时则锶含量增加。这种精确的记录使硬海绵成为了一种天然的“气候温度计”，帮助科学家揭示过去气候的变化轨迹。

通过电子显微镜的分析，科学家们得以深入观察硬海绵的内部结构，尤其是其沉积层和孔洞的分布。图中的部分元素可能表示了硬海绵的不同层次和孔洞结构，通过这些孔洞和层次，硬海绵不断生长并积累环境信息。黄色部分代表的是硬海绵的有机组织或外层结构，蓝色部分则可能代表硬海绵内部的碳酸钙（CaCO3）骨架结构。这些结构对海洋温度变化非常敏感，可以通过它们的沉积来记录过去海洋温度的变化。每一层的形态和厚度都可能反映了硬海绵生长时期的环境条件，因此，科学家通过分析这些结构，推测出不同时间段的海洋温度变化。

图：加勒比硬海绵内部结构图

科学家如何通过硬海绵测算温度？

《自然气候变化》近期发表了一篇研究，科学家通过采集加勒比海深海中的长寿命硬海绵（Ceratoporella nicholsoni）的骨骼样本，并利用230Th/238U同位素测年法确定了这些骨骼沉积层的年代。部分样本的记录甚至可以追溯到300年前。通过分析硬海绵骨骼中的锶钙比（Sr/Ca），研究团队成功将骨骼层的沉积与海水温度的变化联系起来。

研究发现，全球变暖的迹象早在19世纪60年代就已出现，远早于传统仪器记录的20世纪后期。这表明，工业革命以来的人类活动对气候的影响比我们原先认为的更早开始。研究还揭示，在过去300年中，地球气温的上升速度比此前的气候模型预测更快，尤其是在20世纪后期，海洋和陆地的温度变化速度发生了显著分离，陆地温度上升的速度几乎是海洋的两倍。

根据该研究，全球变暖的幅度已经超过了1.5°C的临界点，这意味着我们已超出《巴黎气候协定》设定的目标。如此快速的升温不仅加剧了全球气候变暖的影响，也显著增加了极端天气事件的频率和强度，带来更多不可预见的环境和社会挑战。

图：自1850年以来的全球海面和陆空温度异常情况

硬海绵的“气候洞察”对未来的启示

通过硬海绵温度计，科学家不仅确认了过去几百年的气候变化，还对未来几十年的气温走势做出了预测。根据这些数据，科学家预计到本世纪20年代末，全球变暖将突破2°C，这比之前的预测要提前近20年。这意味着未来极端气候事件可能会更加频繁，全球变暖的影响将更快地显现。

长寿命硬海绵就像地球深处的记录者，默默地记录着数百年来海洋的温度变化。它们为我们揭示了全球变暖的真实历史，并帮助我们理解未来气候变化的趋势。通过这种独特的“海绵温度计”，科学家们可以更加准确地预测全球变暖的影响，并为应对气候变化提供重要的数据支持。通过硬海绵温度计，科学家不仅确认了过去几百年的气候变化，还对未来几十年的气温走势做出了预测。根据这些数据，科学家预计到本世纪20年代末，全球变暖将突破2°C，这比之前的预测要提前近20年。这意味着未来极端气候事件可能会更加频繁，全球变暖的影响将更快地显现。

参考文献

[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

来源：石头科普工作室

编辑：未

转载内容仅代表作者观点

不代表中科院物理所立场

如需转载请联系原公众号