使用革命性紀錄器 AquapHOx 監測氣候變遷對珊瑚礁的影響
海洋生物學系，哥本哈根大學生物系，丹麥
參與科學家：M. Mosshammer, E.C.L. Trampe, M. Kühl
珊瑚礁是地球上最具生物多樣性的海洋生態系統之一，也是世界七大自然奇觀之一的大堡礁的重要組成部分。然而，氣候變遷的影響正對其生存構成迫在眉睫的威脅。科學家們預測，若無有效保護措施，大堡礁可能在 2050 年之前面臨毀滅性危機。表層海水溫度上升與海洋酸化對全球珊瑚礁造成挑戰。另一個雖較少被關注但同樣嚴重的壓力因素是海洋脫氧化現象，導致珊瑚礁處於低氧（缺氧）環境。然而，對於珊瑚礁中氧氣動態的現場研究知之甚少。
本研究使用 PyroScience 公司最新的水下數據記錄器 AquapHOx，記錄澳大利亞大堡礁赫倫島珊瑚礁平坦區的枝狀珊瑚群落中，因光照變化與潮汐作用而引起的氧氣、pH 值與溫度的日夜動態變化。
設置與研究地點
2020 年 1 月 16 日至 1 月 21 日期間，兩台 PyroScience 的 AquapHOx 數據記錄器按照標準程序進行校準後，部署於澳大利亞大堡礁赫倫島的淺水礁平坦區（23° 26.5540 S, 151° 54.7420 E）（圖 1A-D）。這些水下記錄器配備了氧氣與 pH 敏感的光學探頭，放置於以枝狀珊瑚為主的珊瑚群落中（圖 1B 和 D）。為了測量珊瑚叢內的參數，同時避免強光直射探頭，記錄器以潛水配重固定，光學元件朝下。在潮汐週期中（圖 2A 和 B），探頭敏感部位始終浸沒於水中，數據每 5 分鐘記錄一次。
圖 1.
A) 部署前對記錄器進行校準的過程。
B-D) 部署於澳大利亞赫倫島礁平坦區珊瑚叢中的 AquapHOx 記錄器，從不同角度觀察：B) 從上方俯瞰珊瑚叢，C) 記錄器與海岸線的相對位置，D) 水下視角的部署情景。
結果與討論
記錄器上方的水柱高度隨潮汐變化顯著（約 1.9 公尺），這對珊瑚叢中的溫度、pH 值和氧氣濃度有明顯影響（圖 2）。
使用光學探頭（OXSP5 和 PHSP5-PK8）平行測量現場的 pH 值（圖 2B）與氧氣濃度（圖 2A）。兩台記錄器放置在相近位置以確保結果具可比性。溫度由記錄器內建的溫度傳感器測量（並進行自動溫度補償），範圍從清晨 6:37 的約 27.5°C（pH 記錄器）和 27.1°C（氧氣記錄器），到下午 12:27 的約 30.0°C（pH 記錄器）與 29.6°C（氧氣記錄器）。溫度變化與監測的其他參數同步呈現。
pH 值（圖 2B）與氧氣濃度（圖 2A）表現出類似於溫度的變化趨勢，日出後迅速升高，在下午 1:16 時達到最大值（氧氣濃度約 336 µmol L⁻¹），pH 值約為 8.34，並於中午 12:57 至下午 6:12 間相對穩定。日落前 25 分鐘（6:12），pH、氧氣與溫度均出現小幅波動後快速下降。夜間（黑暗條件下）觀測到的最低值為氧氣濃度約 28 µmol L⁻¹（變化幅度達 308 µmol L⁻¹），pH 值約為 7.86（變化幅度 0.48 pH 單位）。在大洋水體中，測得的 pH 值約為 8.3 至 8.4，氧氣濃度約為 250 µmol L⁻¹（數據未顯示）。
圖 2.
A) 顯示 pH 值（綠色）與 B) 氧氣濃度（藍色）的變化動態，並包含溫度（紅色）與潮汐（洋紅色）的變化，監測範圍為 24 小時。橙色區域表示日出與日落之間的時間段，藍色條紋則表示日出之前的時間。
結論與展望
新型 AquapHOx 水下記錄器可輕鬆部署於珊瑚礁，並提供高品質的現場數據，揭示光照與潮汐驅動的環境參數（日夜）顯著變化。本研究顯示了夜間珊瑚叢內缺氧狀態。本文展示了自午夜起完整的 24 小時日夜週期數據，記錄器亦成功獲取了多日數據，且其運行時間可達數周甚至數月。AquapHOx 記錄器是追蹤珊瑚礁化學動態的理想工具，可用於長期監測，例如氧氣狀態與缺氧現象，為目前科學文獻中極度匱乏的領域提供寶貴信息。本研究使用深海版 AquapHOx 記錄器（適用於 4000 公尺深度），淺水版則可實現更廣泛的部署網絡，顯著提升對正常及氣候變遷壓力條件下珊瑚礁物理化學動態的認識。
資料來源：Pyroscience 官網
