我们能拯救珊瑚礁吗?

在不久的将来，珊瑚最坏的情况会是什么?

这是联合国教科文组织的预测:“……在一切照旧的排放情景下，到本世纪末，所有29个世界遗产地的珊瑚礁生态系统将不复存在。”

据《科学》杂志报道，2015-2017年最新的全球珊瑚白化终于结束了。然而，联合国教科文组织表示，29个世界遗产珊瑚礁中有21个已经因高温和白化而遭到破坏。当珊瑚排出通过光合作用提供营养的藻类时，就会发生白化;如果水温居高不下，珊瑚就会变白并死亡。在最近的白化之后，据估计，世界上最大的珊瑚礁生态系统——澳大利亚昆士兰大堡礁的部分地区——已经失去了三分之二的珊瑚，主要集中在北部地区。

2009年，被誉为“珊瑚教父”的查理·贝隆博士在英国皇家学会做了一场名为“大堡礁是死囚吗?”的演讲。那是八年前的事了，现在，贝隆的Facebook页面上写着:“煤矿开采是珊瑚礁的头号危险。”

关于是否应该在昆士兰建一个大型煤矿的争议仍在继续。卡迈克尔或阿达尼煤矿将是澳大利亚最大的煤矿，这将大大增加温室气体的排放。将煤炭运输到印度还需要扩大昆士兰港口，这将涉及疏浚——即遮挡阳光和使珊瑚挨饿——更不用说通过航运可能造成的水污染了。澳大利亚政府认为，新煤矿应该提供更清洁的煤炭，将受到严格的制约和平衡，并将极大地刺激当地就业。

虽然政府行动缓慢，但科学家们正在迅速采取行动。他们的技术能拯救大堡礁吗?

马特·邓巴宾博士是昆士兰科技大学的机器人专家。他也是该大学未来环境研究所自主系统的首席研究员。Dunbabin专门研究现场机器人及其应用，特别是在海洋和水生系统。作为2016年澳大利亚影响挑战赛的一部分，他的“机器人珊瑚礁保护者”原型赢得了谷歌的资助。

他说，他第一次有这个想法是在2005年，但要赶上这个技术还需要10年的时间。邓巴宾称这是“一系列进步的融合”:先进的机器学习技术(即人工智能)、足够小的图形处理器以及控制吃珊瑚的棘冠海星的生物手段。后者是通过注射致命剂量的胆盐来实现的。

这个名为RangerBot的机器人正在进行实地测试，因此它的设计还有待完善。然而，已经制造了5个RangerBots。用邓巴宾的话说，我们有一个自动水下航行器(AUV)，用来做三件关键的事情:“估计我们在水下的位置;白天和晚上都能探测和避开障碍物;以及实时海底分类，包括棘冠海星。”

多功能机器人将有一个水质探测器，一个水采样器和一个沉淀物收集装置。与此同时，机组人员可以在一台15W嵌入式电脑上观看行动。

据GBR海洋公园管理局称，当每公顷海星数量超过15只时，海星就特别危险。当营养物质的增加与繁殖季节相吻合，而且可以预见的是，当捕食者减少时，就会发生这种情况。

机器人已经在大堡礁周围的不同地点进行了测试。在一次测试中，当邓巴宾和他的团队不得不调整机器人以应对能见度降低的情况时，气旋的余波被证明是有用的。它还必须能够在夜间的人造光下看到东西。

邓巴宾认为机器人会有多有用呢?“在潜水员所做的复杂的手眼协调任务上，你永远无法与人类竞争，”他说，“但他们可以在水中花更多的时间，在水中与鳄鱼和鲨鱼呆在一起。如果数量足够多，我们肯定会在珊瑚礁规模上产生影响。”

据估计，6个机器人每年可以覆盖大堡礁约14次，而6个人类潜水员只能覆盖一半。

邓巴宾解释说，他们的最终目标是:把这项技术交给那些没有在大堡礁花费大量时间的社区团体。然后，他们将得到“威胁的早期预警，了解需要干预的地方，并提高干预的实施速度”。

邓巴宾如何看待贝隆博士的预测?

“限制我们对大堡礁的影响需要全世界减少温室气体排放和全球变暖。我看到一些地区受到棘冠海星、气旋和珊瑚白化的综合影响，但我也看到了从南到北美丽的珊瑚礁部分。这给了我希望。”

另一种方法是尝试用云层或表面薄膜挡住阳光。

大卫·所罗门教授是一位聚合物化学家，他是聚合物钞票的共同发明人。在这个项目中，他一直是墨尔本大学格雷格·乔教授的高级科学顾问，并与乔尔·斯科菲尔德博士和艾玛·普雷姆博士一起，开发了一种可以在水面上阻挡阳光的薄膜。

在与澳大利亚海洋科学研究所(AIMS)讨论了大堡礁的困境后，他们看到了一个机会，可以使用“表面薄膜作为一种帮助传播粒子的方式，这种粒子能够散射光……然后，我们与AIMS密切合作，开发出一种优化的薄膜，可以在环境友好的同时减少光强。”

所罗门说，所有使用的材料都是自然产生的，包括主要的碳酸钙。“这种微小的有机分子有助于传播颗粒，而颗粒是降低珊瑚暴露在光强下的关键。”它是珊瑚用来构建骨架的物质，也存在于贝壳和沙子中。

薄膜非常薄，所罗门没有意识到任何不利影响:“如果薄膜受到海洋生物的干扰，它可以重新形成。我们去年进行的实地试验显示，这些影片并没有对珊瑚造成负面影响。”

这种遮阳板只在白化期间的小范围、危险区域进行了试验。该组织的目标是继续测试。

丹尼尔·哈里森博士是悉尼大学海洋研究所的一名前土木工程师，后来成为海洋学家。2017年，他因通过使海洋云变亮来防止珊瑚白化的研究而成为迈尔创新研究员。更亮的云将更多的阳光反射到太空，从而使下面的珊瑚礁变冷。

这个想法是在他寻找可能帮助大堡礁降温的工程干预措施时产生的。他从他的海洋施肥博士工作中了解到用于地球工程的太阳辐射技术，也知道有研究表明大堡礁的海洋表面温度和云层覆盖之间有联系。“阳光照射和高水温会使珊瑚变白……如果你给珊瑚遮阳，它们就能承受更高的水温。”

那么云层变亮的过程是怎样的呢?

“在海洋上，云滴的浓度通常受到可形成云凝结核的气溶胶数量的限制。因此，当云形成时，清洁的空气使水分凝结在更少的核上，这就导致在一定数量的云中的水分下，形成更少的大水滴。与由小水滴组成的云相比，由大水滴组成的云反射的短波辐射更少，也更容易下雨和消散，因此总体上它反射回太空的能量更少，”哈里森博士说。

现在到了科学家介入的部分:“海洋云增亮的过程旨在提供额外的气溶胶，以纳米海盐晶体的形式从海水中提取，并将这些注入海洋上方的大气边界层。边界层与低洼的海洋层积云相互作用，而层积云是使地球降温最有效的云层之一。

“海盐气溶胶也具有很强的反射性，会将一些短波辐射反射回太空。总的来说，海洋云的反照率取决于气溶胶的浓度。”

云层变亮对减少大气气溶胶的损失有多大的影响?哈里森博士一直与澳大利亚海洋科学研究所领导的珊瑚礁恢复与适应计划(RRAP)合作。“科学家们正在研究珊瑚礁是如何通过产生自身的气溶胶来使云层变亮的，这种气溶胶是由珊瑚产生的二甲硫化物(DMS)气体在大气中发生化学反应形成的。”

他担心，失去大堡礁的珊瑚覆盖也将意味着失去一个潜在的重要大气气溶胶来源。这可能会影响澳大利亚东北部的区域气候。

另一个可能的解决方案是通过移植或培养珊瑚的抵抗力来再生珊瑚。这方面的专业术语分别是“幼虫重新播种”和“辅助基因流动”。

彼得·哈里森教授和南十字岛大学的一个团队已经成功地试验了幼虫重新播种(在珊瑚产卵季节收集珊瑚的卵子和精子，在实验室的水箱中培养珊瑚幼虫，然后在菲律宾和大堡礁的珊瑚礁上重新播种，以重新建立繁殖种群。

Ken Anthony博士是澳大利亚政府的澳大利亚海洋科学研究所的首席研究科学家，他是一篇文章的主要作者，该文章认为，可能有必要采取更极端的措施，如试验将已经适应高温的珊瑚转移到较冷的地区(辅助基因流动)，并试图通过选择性繁殖(辅助进化)产生更坚韧的珊瑚品种。

然而，在全球范围内移植珊瑚礁可能会花费数万亿美元。仅大堡礁就有一千多英里长。

那么，珊瑚的教父查理·贝隆博士对以上这些有什么看法呢?

他认为珊瑚重新播种有潜力产生影响，帮助发现是什么使耐热珊瑚耐热。但他说:“目前，棘冠海星在大堡礁大部分地区都很罕见。”“你说的‘珊瑚园艺’面积相当于意大利，而这还只是大堡礁。”

然而，贝隆说，希望也是必不可少的。如果不可想象的事情发生——如果这些海洋雨林消失，超过100万种海洋物种可能会随之消失。我们人类也会受到影响——洪水、海岸侵蚀、渔业和旅游业的损失。科学家们可以争分夺秒地工作，想出一些权宜之计，但他们不太可能战胜排放的稳步增长。

正如海洋生物学家、昆士兰大学全球变化研究所主任Ove Hoegh-Guldberg教授在接受《卫报》采访时所说:“解决这个问题的唯一经济方法是减少排放，并以惊人的速度使用可再生能源。”

悉尼大学的哈里森博士同意贝隆的观点吗?他认为煤矿开采是需要解决的首要问题。

他说:“我们现在只有很短的时间采取行动来拯救世界上的珊瑚礁。”“在短短的10年时间里，全球平均气温将接近2015/2016年厄尔尼诺现象的水平，厄尔尼诺现象导致大堡礁约三分之二的区域严重白化。加上第二年的白化现象，GBR中高达50%的浅水珊瑚已经消失。”

虽然全球大幅减少温室气体排放仍然是最关键的行动，但其他积极干预措施也是必要的。“海洋变暖的速度太快了，世界上的珊瑚礁无法适应，进一步的温度上升已经‘锁定’了，”哈里森博士解释道。

“如果我们连政治意愿都无法获得，无法解决燃煤发电这一唾手可得的问题，那么我认为我们正在把自己逼入一个角落，最终我们将需要全球地球工程，以保护我们的生活方式，并减缓包括珊瑚礁在内的许多重要生态系统的崩溃。”

哈里森博士能想象一个没有珊瑚礁的世界吗?

“覆盖不到0.1%的海洋表面，但为所有海洋生物提供了多达25%的栖息地……珊瑚礁对海洋健康的重要性怎么说都不为过。考虑到政府和社会不愿做出必要的改变来限制全球气温上升，没有珊瑚礁的世界是一个非常现实的风险。”

警报应该加快了。正如哈里森博士所说:“珊瑚礁是金矿中的金丝雀;如果我们失去了世界上的珊瑚礁，接下来会发生什么?”