海洋酸化对冷水珊瑚的多尺度力学影响

海洋酸化对深海珊瑚构成威胁，并可能导致它们所构建的礁体框架栖息地的急剧且快速丧失。珊瑚礁框架结构中具有结构关键性的部分弱化，会导致生态系统尺度上的物理栖息地崩溃，降低对生物多样性的支持潜力。珊瑚碎裂和崩溃的机制可通过实验室尺度实验与数学和计算模型相结合来描述。我们综合了电子背散射衍射、微计算机断层扫描和微力学实验的数据，并辅以分子动力学和连续介质微力学模拟，以预测在孔隙率和溶解度增加下珊瑚结构的失效。结果显示冷水珊瑚骨骼具有惊人的力学性能：抗压强度 462 MPa，刚度 45–67 GPa。这比混凝土强 10 倍，比超高性能纤维增强混凝土或珍珠层强 2 倍。与预期相反，尽管刚度丧失，甚至在未来海洋条件下合成，冷水珊瑚（CWC）骨骼仍保持其强度。我们的模型捕捉了腐蚀性海水对暴露骨骼的影响，并说明了其骨骼的微小改变如何导致碎裂珊瑚栖息地风险的显著增加。这一新认识，结合对未来几十年海水化学性质变化的预测，将通过识别哪些生态系统面临风险以及何时面临风险，帮助支持这些脆弱海洋生态系统的未来保护和管理工作，从而能够评估对相关生物多样性的影响。