海洋不仅在“发烧”，还得了“三高”！生物大灭绝的剧本正在上演？

大院er可能还记得，今年年初，中国科学院大气物理研究所成里京研究员（我博士期间的导师）领导的国际合作团队发布了2024年度的全球海洋“体检报告”。报告呈现出一个严峻的事实——海洋上层2000米海洋热含量再次达到历史新高，海洋变暖已然成为了地球的新常态。

然而，持续变暖仅仅是海洋面临问题的冰山一角。我们的最新研究表明，在过去60年间，全球海洋的多项关键指标正在多个海域、甚至千米深处同步发生复合式的剧变。这意味着，气候变化正在以前所未有的速度重塑海洋的环境。 

我们的最新发表论文发现，海洋已经存在显著的复合气候状态变化

我们的海洋怎么了？

对于海洋来说，在温度这一核心参数以外，盐度、溶解氧、酸碱度（pH）也是衡量海洋物理与生物地球化学状态的关键指标。如果把海洋比作一个人，温度相当于人的体温，盐度好比血压，溶解氧就像血氧含量，pH则类似血液酸碱平衡。任何单一指标的偏离都可能意味着健康状况的变化，更不用说如果多项指标同步发生偏离，那么其带来的风险显然要严重得多。

就像人体的各项生理指标，海洋的物理化学指标能反映它的“健康”状况（图片为AI生成，仅供示意）

根据近60年来累计的大量海洋观测资料，我们给全球海洋做了一次全面的“长期体检”。结果显示，在相当大比例的上层海水中，情况已经从“某一项指标缓慢偏离”发展为“多项指标在同一片区域内同时偏离”。在一些海域，海水不仅明显变暖，同时还出现了溶解氧含量下降（脱氧）、海水的酸碱度降低（酸化）和盐度异常（变咸或变淡）的复合型变化。这就好比一个人同时患上了高血压、高血脂和糖尿病，“三高”叠加带来的风险可想而知。

海洋正经历前所未有的气候剧变，速度远超我们的想象

如果说在全球气候变化的大背景下，海洋变暖是大势所趋，那么为什么海洋还会发生脱氧、酸化和盐度变化呢？

酸化其实很好理解：海洋就像一块巨大的海绵，吸收了人类排放到大气中约30%的二氧化碳。中学化学知识告诉我们，当二氧化碳溶于水时，会形成碳酸，释放出氢离子，导致海水pH值下降。

溶解氧降低则是一个简单的物理问题：气体在液体中的溶解度随温度升高而降低，海水越热，它能溶解的氧气就越少。想象一下你打开一瓶常温的可乐，气泡（二氧化碳）会疯狂冒出，而冰镇可乐的气泡则相对稳定。

盐度变化和变暖同样密切相关：这就像煮汤，火开大了，水汽蒸发加快，汤会变咸。类似地，海水变暖会增强蒸发作用，当水汽进入大气，而盐分留在海水中时，局部海域的盐度就会上升。

海洋的“发烧”+“三高”——变暖、酸化、脱氧、盐度变化这四个指标可以通过联合、叠加、因果效应等复杂相互作用，使海洋生态系统承受的环境压力呈现“1+1>2”的协同效应。变暖是能量的失衡，脱氧是呼吸的遏制，酸化是化学环境的崩塌，盐度变化是水循环的剧烈波动，海洋正经历一场“全身性”的系统变化。

根据统计，全球上层1000米的海洋中，大约每三块区域就有一块出现了至少两项指标的明显异常。在某些特定区域，三、四项指标同时发生异常的情况也并不罕见，甚至在深海1000米这些原本我们本以为相对稳定的区域，同样出现了多项指标异常。例如，在副热带北太平洋、副热带北大西洋、阿拉伯海、墨西哥湾和地中海等海域，都已经出现至少三个指标同时异常的特征。这些区域并不是远离人类活动的无人区，相反，它们往往与渔业资源、珊瑚礁分布和沿海经济活动密切相关。

1980-2023年海洋复合变化的演变过程。不同颜色代表复合变化的“转变时间（相对于1960-1989年平均）”与“方向”

难承其重的海洋生物

在海洋的复合变化中，最先也是最直接承受冲击的，毫无疑问是海洋中的动植物。在多项指标同时偏离的海域，如果异常偏离的强度大、持续时间长、范围广，那么海洋环境及其生态系统面对“发烧+三高”的暴露度会显著提高，进而使一些海洋生物表现出更高的脆弱性，其适应气候变化的能力将会面临严重的挑战。

例如，对于“好动”的鱼类生物类群来说，如果只是某一项指标缓慢发生偏离，它们通常还有一定的适应空间和时间，比如水温略有升高时，可以通过改变栖息地或地理位置来应对。但当升温、缺氧、酸化等多种不利条件同时出现且深入到海洋的中层区（200-1000m）时，它们的生存处境就会变得更加艰难：变暖导致代谢加快，需要更多氧气，可海洋变暖又导致海水脱氧，使其陷入“又热又喘不过气”的绝境。指标偏离还深入到海洋的中层区（200-1000米），生物向深层或冷水区进行“气候避难”的迁徙路径也可能会被切断。

一头抹香鲸妈妈带着小抹香鲸在海洋中游弋（图片来源：Gabriel Barathieu）

大部分“好动”的海洋生物尚且能通过游动，在一定程度上适应气候变化，而对于珊瑚、软体动物等游动能力较弱、甚至无法游动的生物而言，处境要严峻得多。在海洋多项指标同步偏离的复合变化面前，它们无法寻找新的避难所，已经或即将面临着区域性种群灭绝的威胁。

海洋多项指标相互作用及其对生态系统影响的示意图（图片来源：参考文献[1]）

如果不加干预，海洋的未来会怎样？

海洋上一次出现类似变暖、脱氧、酸化以及盐度异常的“地狱模式”，还要追溯到2.514亿年前。在那场被称为“大灭绝之母”的二叠纪-三叠纪灭绝事件中，地球上70%的陆生脊椎动物和96%的海洋生命灭绝。美国科学院院士迈克尔·曼（Michael Mann）在他的新著《脆弱时刻》中，将导致这场大灭绝的元凶——变暖、酸化、缺氧和硫化氢中毒直呼为“末日四骑士”（出自《新约圣经》，分指瘟疫、战争、饥荒、死亡）。他更指出，在那场大灭绝事件中，人们应该问的问题不应该是“为什么96%的海洋生命灭绝？”，而是“怎么可能还有4%的生物幸存下来？”

二叠纪末生物大灭绝事件想象复原图（图片来源：Julio Lacerda）

如今，当我们审视海洋，会发现那场大灭绝中的“末日四骑士”中，变暖、酸化、缺氧三位已然降临。而第四位骑士——硫化氢中毒，这块“大灭绝的最后拼图”，也已经悄然出现。在黑海海底，氧气的缺失引发了生物地球化学的连锁反应——海洋生物产生的有机碎片不再通过有氧过程来消耗，转而滋养了那些能从硫氧化物中获取氧气的细菌，排挤掉了从有机物中获取氧气的细菌，并在代谢过程中释放出致命的硫化氢。目前，黑海已经出现明显的分层、脱氧和海底硫化氢扩散的症状——这仿佛是末日剧本的早期章节，正被缓缓翻开。

海洋地狱模式（图片为AI生成，仅供示意）

海洋是我们赖以生存的家园，生物化学指标的偏离并不是遥远的科学概念，而是与我们的生产生活息息相关。渤海、黄海、东海和南海以及西北太平洋的黑潮暖流，是我国渔业活动最重要的海域。带鱼、小黄鱼、墨鱼以及多种虾蟹等常见经济物种，对水温和含氧量都较为敏感。在海洋变暖、缺氧、酸化等多种因素的共同作用下，一些传统渔业资源可能会出现波动，渔获的丰歉也可能不再完全遵循以往的经验规律。这意味着传统的捕捞区域可能正在发生改变，渔船可能需要前往更远的海域，或付出更高的成本才能达到原来类似的产量，渔民收入的稳定性也因此受到挑战。

当然，海洋变化的影响，并不仅限于生态系统和渔业生产。长期以来，海洋是地球气候系统重要的“空调”和“碳库”，它吸收了人类排放造成的大量额外热量，也吸收了相当一部分排放到大气中的二氧化碳，帮助减缓了气候变暖的速度。然而，当海洋自身在温度、含氧量、酸碱度等多方面同时出现明显偏离时，它吸收热量和碳的能力可能被削弱。这就意味着，原本可以被海洋“消化”的一部分热量和二氧化碳，可能会滞留在大气或其他地球系统的介质中，可能使我们未来经历更多的极端天气事件，例如热浪、强台风和极端暴雨。

从这个意义上讲，尽管海洋表面看上去依旧平静，但其内部正经历着巨大的变化，其影响范围之大、变化速度之快，远超我们的想象。这些变化已经并将持续给海洋生态系统及人类福祉带来风险，面对这一现实，人类未来需要对海洋复合变化进行长期、系统的监测（例如由我国科学家牵头的2025年度的海洋气候状态评估报告即将在2026年1月发布），评估与应对，以减轻其对海洋生态系统和海洋可持续发展的影响。

气候变化引发的复合气候状态变化的其中一个负面影响是海洋生物多样性的改变。图为菲律宾巴拉望的珊瑚白化后的场景，可以看到大量珊瑚礁的死亡。（摄影：朱江）

参考文献：

[1] Tan, Z., K. v. Schuckmann, S. Speich, L. Bopp, J. Zhu, and L. Cheng*. (2025): Observed large-scale and deep-reaching compound ocean state changes over the past 60 years. Nature Climate Change.  https://www.nature.com/articles/s41558-025-02484-x

[2] Cheng L. J. et al. 2025: Record High Temperatures in the Ocean in 2024. Advances in Atmospheric Sciences, https://doi.org/10.1007/s00376-025-4541-3

 [3] Michael Mann, Our Fragile Moment—How Lessons from Earth’s Past Can Help Us Survive the Climate Crisis. 2023. PublicAffairs. 320pp.

[4] Peter Schwartzstein, “The Black Sea Is Dying, and War Might Push it Over the Edge,” Smithsonian Magazine, May 11, 2016, https://www.smithsonianmag.com /science-nature/black-sea-dying-and-war-might-push-it-over-edge-180959053/.

[5] Wong, J., Munnich, M. & Gruber, N. Column-compound extremes in the global ocean. AGU Adv. 5, e2023AV001059 (2024).

谭哲韬，中国科学院大气物理研究所博士，现为巴黎高等师范学院-巴黎文理大学博士后。