随着全球变暖，冰盖融水和海洋热膨胀加剧，其导致的海平面快速上升对岛礁以及沿海城市造成影响越来越大。未来海平面变化的趋势、幅度和速率备受国际学术界和全社会的关注。重建海平面的精细变化过程一直是全球变化研究的热点和难点问题。
近日，中国科学院南海海洋研究所边缘海与大洋地质重点实验室（OMG）珊瑚礁及其环境记录学科组科研人员联合国内相关单位专家，在珊瑚氧稳定同位素（δ18O）记录海平面变化研究上取得新进展。相关研究成果近日发表在国际期刊Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology（《古地理学、古气候学、古生态学》）上。研究成果显示，1900年以来南海海平面上升了150毫米。
□ 通过滨珊瑚δ18O研究海平面变化
科学家通常用造礁滨珊瑚来研究过去环境变化。相比观赏珊瑚的千姿百态、鲜艳美丽，滨珊瑚其貌不扬、可生长数百年，具有生长速率高、年生长层清晰、可开展高精度铀系（U-Th）测年，以及对周围海水环境变化响应敏感等优势。滨珊瑚由此成为海洋环境变化的绝佳天然记录者，特别是造礁滨珊瑚在南海广泛发育，为重建海平面变化提供了有利条件。
本次论文第一作者是OMG实验室研究员施祺团队的陶士臣博士。陶士臣告诉记者，珊瑚骨骼主要成分是CaCO3。珊瑚生长过程中吸收海水中的钙和碳酸根离子沉淀形成珊瑚骨骼。海水中氧（O）的同位素包括氧16（16O）和氧18（18O）就进入到珊瑚骨骼中。珊瑚骨骼中18O和16O的多少受海洋环境变化的影响。
（用于定量重建的西沙群岛滨珊瑚）
δ18O是指两种氧稳定同位素的比率: 18O: 16O。δ18O测量可以帮助人们了解农业与土壤科学、生态学、海洋科学、水文学、古生物学以及食品和饮料行业。“我们根据δ18O的变化，来判断当时的环境情况，通过δ18O序列，进一步判断环境的长期变化过程，比如海平面变化等。” 陶士臣告诉记者。
据陶士臣介绍，珊瑚δ18O变化，主要是由周围海水的δ18Oseawater和海温（SST）共同决定的，与海水自身氧稳定同位素（δ18O）呈正相关，与海温负相关。
通常，当全球变暖时，海水吸热，产生水体热膨胀，海平面上升；海水吸热，海温也上升，这种情况珊瑚记录到的δ18O偏轻；另外一方面，全球变暖时，冰盖融化，冰融水进入海洋，海平面上升。同时，因冰融水的δ18Oicewater相对于海水的δ18Oseawater更为偏轻，造成海水自身氧同位素偏轻，珊瑚δ18O也会偏轻。即冰融水注入造成海平面上升和珊瑚氧同位素偏轻。这些变量的关系反之依然。
□ 南海海平面呈现加速上升趋势
不过陶士臣告诉记者，在不同的时间尺度上，珊瑚δ18O与海温的相关性是不同的。比如南海的珊瑚δ18O，在季节（也即每年12个月的周期变化上）、年代际–多年代际尺度（十几年–几十年，甚至更长时间范围）上，与海温负相关；在年际尺度（比如几年范围内的变化）上，珊瑚氧同位素与海温正相关，这可能主要与厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）的调节有关。
珊瑚δ18O也与降雨量与海水盐度存在关系。陶士臣说，在年际、年代际以及多年代际尺度上，南海的珊瑚δ18O与海平面和降雨量负相关，与盐度（盐度与海水自身的δ18O密切相关）正相关。
在本次研究中，科学家综合分析了南海滨珊瑚δ18O与器测的海平面、海温、盐度、降雨之间的关系，确定了南海海平面与珊瑚δ18O的统计关系，以及控制机理。
他们利用珊瑚δ18O定量重建了公元1850年以来的南海海平面变化历史。研究结果显示，在1850–1900年时段，海平面的平均下降速率为0.73毫米/年；随着全球升温，在1900–2015年时段的上升速率为1.31毫米/年。
（定量重建的1850年来南海海平面变化历史及其与相关记录的比较）
陶士臣说，他们根据1980–2015年珊瑚δ18O与海平面建立定量的转换函数，然后根据转换函数，将1850–2015年这一时段的珊瑚δ18O序列转换为海平面序列，再根据重建的海平面序列的变化特征，划分为不同的时段，比如1850–1900年，1900–2015年。
“对这些时段的海平面，分别计算其线性斜率，也即及海平面的年均变化速率，比如：在1900–2015年时段的上升速率为1.31 ± 0.06毫米/年。1.31 mm/年*116年≈150 mm。”陶士臣向记者介绍了他们得出“1900年以来南海海平面上升了150毫米”结论的研究方法。
此外研究还发现，1993年以来的上升速率为3.75毫米/年，南海海平面呈现加速上升趋势。研究认为，1850–1950年的南海海平面变化可能是太阳活动和温室气体共同作用的结果，而1950年代以来，温室气体可能主导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变化，为今后开展不同时期的海平面变化研究提供了新的方法。
文、图/广州日报·新花城记者：龙锟 通讯员：李淑、徐晓璐
广州日报·新花城编辑：苏琬茜