我是中国科学院南海海洋研究所的研究员杨红强，很高兴在这里和大家聊一下如何通过珊瑚来研究古气候变化这个议题。

有研究表明，现代东太平洋厄尔尼诺变率已明显超过自然波动的界限，表现出一种从未出现过的放大趋势，而且中太平洋也有类似的趋势。关于这项研究，咱们放在后面部分详谈，下面我先来和大家科普一下有关珊瑚研究的基础知识。

很多人看到珊瑚，首先想到的是五颜六色的海底世界。但是在古气候学家眼中，珊瑚还有一个身份，它是一本不断生长的海洋日记。珊瑚属于热带海洋中极具特色的高分辨率档案：它在生长过程中会把温度、降雨、盐度和海水酸碱度等环境信息记录在骨骼里。

我们知道，现代规范化的器测气候记录只有约 150 年历史，卫星观测的时间更短。如果人们想了解几百年前、几千年前甚至更久以前热带海洋的情况就需要它的帮助，科学家通过研究这本“海洋日记”，能得知数百年前的某海域的水温、盐度、酸碱度、数千年前某地的降水情况等等，值得一提的是，甚至强厄尔尼诺是否正愈演愈烈！

珊瑚看起来像植物或者石头，实际上它是一种动物。真正帮我们记录气候的是珊瑚虫不断建造的碳酸钙骨骼。

珊瑚在活着的时候，会进行生长，并且把周围海水中的化学信息记录到骨骼里。海水温度的变化、降雨量的增加、盐度的改变、海水酸碱度的改变，都会使骨骼中某些元素或同位素的比例发生变化。经过几十年甚至上百年的时间，人们沿着珊瑚的生长方向从新到旧进行取样，这就好比是倒着翻阅一本海洋日记。

大型块状造礁珊瑚（滨珊瑚）内部会形成非常清楚的生长纹层，这些纹层看起来很像树木的年轮。科学家经常把这种现象称为“海洋里的树轮”。

一些大型块状珊瑚每年的生长速度可以达到大约 10 到 20 毫米。一株存活了 100 年的珊瑚，其骨骼中就有可能保存着大约 100 年的海洋变化。因为生长速度较快，甚至可以沿着骨骼进行毫米尺度的连续取样，把时间分辨率提高到月尺度，在一些条件下还可以更高。

所以，珊瑚记录的珍贵之处就在于两个特点同时存在：既能记录很长时间，又能把时间分得很细。

这在古气候研究中比较少见。很多地质记录能够跨越几十万年或者几百万年，不过时间分辨率大概只有几十年或几百年，珊瑚却可以说明某一年甚至某几个月海洋发生了什么情况。

得到一块珊瑚并不意味着马上就能读出气候，首先要解决一个非常关键的问题：时间在哪里？

研究人员一般会从大型块状珊瑚上沿着主要生长方向获取柱状岩芯。回到实验室后，再利用 X 射线或者 CT 扫描内部结构。那些肉眼不容易看清楚的高和低密度生长带，在图像上就会变得非常清楚。

现代活珊瑚比较容易确定年龄，因为顶部就是现在的时间。科学家沿着生长层向下进行数数，可以像数树轮那样建立逐年排列的年代序列。接着沿着主要生长轴，按照毫米或者亚毫米的间隔取出少量骨骼粉末，放入质谱仪等设备中，对其中的锶、钙和多种稳定同位素进行测量。整个过程可以总结为：通过钻取珊瑚岩芯、扫描生长纹层、建立年代、连续取样、化学分析等方法来重建气候。

但是研究几千年前已经死亡的珊瑚时，仅靠数年轮就不够。此时科学家需要为该珊瑚确定一个绝对年龄。珊瑚骨骼非常适合作为铀系同位素定年的样本，尤其是铀—钍定年方法。研究人员可以先测定这块化石珊瑚存在于距今多少年前，然后结合其内部一层层的生长纹层，将时间划分到年甚至季节。

珊瑚拥有比较精确的绝对年代和高分辨率的内部时间刻度，所以它非常适合用来研究热带海洋过去几百年到几千年的气候变化。

珊瑚骨骼当然不会直接写下当时的海水温度。科学家读取的是一种化学密码，古气候学上称为“代用指标”。其中最经典的一把“珊瑚温度计”，就是骨骼中的锶钙比，也就是 Sr/Ca。

研究表明，在特定条件下，海水温度上升会使珊瑚骨骼中的 Sr/Ca 比值下降。先利用现代珊瑚进行校准：仪器测量海水温度，同时记录同期生长珊瑚的 Sr/Ca 数值，并将两者关系建立起来。接着对化石珊瑚进行测量，可以推算出当年的海表温度。

不过珊瑚真正厉害的地方，是它记录的不只有温度。珊瑚骨骼里的氧同位素会受到海温影响，也会受到周围海水氧同位素组成的影响，后者又和降雨、蒸发、河流径流、盐度有关。

研究人员经常把两个指标结合起来使用：先通过 Sr/Ca 来估算温度，然后在氧同位素记录中尽量扣除温度的影响，剩下的部分可以用来分析盐度、降雨和淡水输入。

这有点像解一道“两元方程”：Sr/Ca 主要用来帮助我们确定温度，氧同位素里包括了温度和水文信号，把这两者结合起来，就可以把降雨的信息分离出来。当然，现实中的珊瑚没有教科书里这么简单。

Sr/Ca 不是一种可以适用于所有情况的通用温度计。不同海区、不同珊瑚种类、甚至不同个体的生理活动，都会造成差异。因此实际的古气候研究应当在当地进行校准，并且要尽量利用多个指标来进行相互验证。

珊瑚古气候研究最有趣的地方是，当时间分辨率足够高时，人们可以提出过去平均温度的问题，并且能够确定那一年雨季到来的时间、厄尔尼诺现象的强度。南海珊瑚研究就曾得到一个很有意思的结果。

研究人员对比了 Sr/Ca 记录所体现的季节性海温变化和氧同位素所反映的淡水输入变化，发现距今约 6500 年前，海南岛附近的主要雨季可能主要出现在冬季，这和现代以夏、秋季降雨为主的特征有明显差异。一块 6500 年前的珊瑚，或许能够帮助我们判断当时一年四季是怎么排列的。

西沙有一株现代珊瑚，其生长时间涵盖了 1982 年至 1983 年、1997 年至 1998 年以及 2014 年至 2016 年这三次超强厄尔尼诺事件。经研究发现，这株珊瑚较为完整地记录下了这些极强事件，不过对于普通强度厄尔尼诺的响应情况却并非都十分明确。

这说明珊瑚不是简单的厄尔尼诺计数器，它主要记录的是当地海洋对 ENSO 的响应。若将地点移至 ENSO 信号更为强烈的赤道东太平洋，情况会变得更为有趣。

2026 年一项关于加拉帕戈斯珊瑚的研究，收集了 5 座岛屿的 28 条现代和亚化石珊瑚序列，将东太平洋 ENSO 相关海温变率向前延长了大约 1000 年。

研究表明，现代东太平洋 ENSO 变率比前工业时期高大约 36.5%。不过该数字很容易被误解：它不是指厄尔尼诺发生次数增加了 36.5%，也不是指某一次厄尔尼诺升温增强了 36.5%，而是指在 20 年尺度上，冷热异常的整体摆幅变宽了。

可以把 ENSO 想象成一架不断摆动的跷跷板。过去它也会进行上下摆动，不过大多数时候幅度都比较有限。现代记录表明，这架跷跷板在冷和暖两端摆动的范围正在扩大，并且暖端表现得非常明显。珊瑚使人们可以将眼前几十年的变化放在一个千年尺度的背景上进行观察。

这正是古气候研究的价值所在，没有那 1000 年的历史底稿，很难判断最近几十年的变化到底有多特殊。

如果把珊瑚只看成一支古代温度计，其实低估了它。更准确地说，它是一座不断生长的海洋环境信息库。

比如，珊瑚骨骼里的硼同位素能够帮我们研究过去海水的 pH 值。硼在不一样的酸碱环境里会有不同的化学形态，而这种改变会体现在珊瑚骨骼的硼同位素组成上。所以分析现代珊瑚和化石珊瑚，可以重建过去海水酸碱度的变化情况。

但是，珊瑚礁中的 pH 值不只受到大气二氧化碳的影响。珊瑚和藻类进行光合作用、呼吸作用、上升流、陆源输入等过程，都会改变局地海水的化学性质。研究者需要回答的问题不仅包括过去 pH 的具体数值，还要分析这些变化中哪些属于自然过程，哪些可能与人类活动有关。

除了酸化，珊瑚还能够保存更多环境信息。Ba/Ca 能够提供陆源输入或者上升流的信息，一些重金属可以反映水体污染，氮同位素可以帮助追踪污染来源，稀土元素也能够提供陆源物质输入等线索。所以，研究人员将各种元素和同位素进行组合后，一根珊瑚岩芯里会出现：温度、降雨、盐度、洋流、海洋酸化、陆源输入，甚至人类污染的历史。从这个意义上说，从珊瑚骨骼里读取的不只有“气候史”，还有一部更加完整的海洋环境史。

各种指标均存在自身局限，并非所有珊瑚和海区都能够完整保存这些信息。现代珊瑚古环境研究越来越重视多指标联合，即对于同一件事情不能只依赖一个指标，而要让几个相互独立的证据进行互相印证。

海水温度一旦超出珊瑚可长时间承受的界限，其便有可能出现白化情况，生长速度也会降低，严重情况下甚至会停止生长或者死亡。一场极端高温事件会改变珊瑚骨骼里的地球化学组成，并且可能直接让这本“海洋日记”出现缺页。

西沙群岛那株记录多次强厄尔尼诺的珊瑚里，曾发现 1982—1983 年超强厄尔尼诺附近出现生长间断，还被认为和热白化有关。

类似的情况也出现在东太平洋加拉帕戈斯千年珊瑚记录中：现代珊瑚在 20 世纪 80 年代出现过大面积生长中断，重建曲线里因此留下了一条明显的死亡界线。该缺口代表古气候记录存在不连续，并且是极端环境事件留下的生态印记。

所以今天研究珊瑚古气候，关心的问题已经不只是：“过去的海水温度是多少？”还会继续追问：“过去出现暖期时，珊瑚是如何活下来的？”“极端高温之后，珊瑚礁需要多长时间才能恢复？”“它们在过去曾经适应过怎样的气候变化？”这些问题其实都指向同一个现实意义。

现代仪器进行观测的时间只有 100 多年，对于 ENSO、季风和年代际振荡这类本身具有长期起伏的气候系统而言，该时间长度通常并不足够。珊瑚可以把热带海洋的时间轴向前延伸几百年甚至几千年，并且保留季节和年际尺度的细节。研究过去并不是因为我们只对过去感兴趣。与之相反，只有了解自然状态下气候曾经发生的变化程度、变化速度，才更有把握判断当前正在出现的变化到底有多特殊。

所以，珊瑚并不是一位真正能够“预言未来”的预言家。它更像是替我们保存了一把很长的历史标尺。只有通过这把尺子，才可以更好地衡量今天，并且能够更清楚地认识未来会遇到什么样的海洋。