研究人员对不同预测气候情况下的未来海洋生物多样性进行了建模。他们发现，如果不减少排放，那么等到2100年左右，仅因气候变暖和氧气耗尽造成的物种损失就可能反映出人类对海洋生物多样性已经产生的巨大影响。研究人员报告称，热带水域将遭受最大的生物多样性损失，而极地物种将面临最高的灭绝风险。
这项研究的高级作者、普林斯顿大学地球科学和高草甸环境研究所教授Curtis Deutsc说道：“积极和迅速减少温室气体排放对避免海洋物种的大规模灭绝至关重要。”
然而该研究发现，扭转温室气体排放可以将灭绝的风险降低70%以上。这项研究的论文第一作者、地球科学系的博士后研究助理Justin Penn说道：“一线希望是，未来并不是写在石头上。我们发现的灭绝幅度在很大程度上取决于我们今后排放多少二氧化碳。现在仍有足够的时间来改变二氧化碳排放的轨迹并防止会导致这种大规模灭绝的变暖幅度。”
Deutsch和Penn在华盛顿大学时发起了这项研究，他们将现有的海洋物种生理数据跟气候变化模型相结合并预测栖息地条件的变化在未来几个世纪内将如何影响全球海洋动物的生存。研究人员将他们的模型跟化石记录中记录的过去大规模灭绝的规模进行了比较，在他们早期的工作基础上，他们将2.5亿多年前二叠纪末期灭绝的地理模式--地球上最致命的灭绝事件--跟潜在的驱动因素即气候变暖和海洋中的氧气流失联系起来。
研究人员发现，他们预测未来海洋生物多样性的模型、二叠纪末期大灭绝的化石记录以及我们现在看到的物种分布确实遵循类似的模式--随着海洋温度的上升和氧气供应的下降，海洋生物的数量明显减少。
水温和氧气供应是两个关键因素，随着人类活动导致的气候变暖，它们会发生变化。对于适应较冷气候的物种来说，水温升高本身就是一个风险因素。并且温水的含氧量也比冷水少，这使得海洋循环更加迟缓并减少了深度的氧气供应。矛盾的是，物种的新陈代谢率随着水温的升高而增加，因此对氧气的需求随着供应的减少而上升。Penn表示：“一旦氧气供应低于物种的需要，我们预计会看到大量的物种损失。”
虽然海洋动物有生理机制从而使它们能够应对环境变化，但也只是到了一定程度。研究人员发现，如果气候变暖，极地物种更有可能在全球范围内灭绝，因为它们将没有合适的栖息地可以迁移。热带海洋物种的情况则可能会好一些，因为它们的特性使它们能应对热带地区温暖、低氧的水域。随着热带地区北部和南部的水域变暖，这些物种可能会迁移到新的合适的栖息地。然而赤道海洋已经非常温暖且含氧量低，温度的进一步上升--以及伴随的氧气减少--可能会使许多物种无法在当地居住。
研究人员报告称，他们的模型预测的灭绝模式--跟热带地区相比，两极地区的物种的全球灭绝程度更大--反映了过去大规模灭绝的模式。Deutsch和Penn在2018年发表在《科学》上的一项研究表明，代谢需氧量的温度依赖性增加--跟火山喷发造成的氧气供应减少相搭配--可以解释二叠纪末灭绝前物种损失的地理模式，该灭绝灭绝了81%的海洋物种。
Penn称，这篇新论文使用了一个类似的模型来表明，如果变暖变得足够大，人类活动的变暖可以在类似的规模上从相同的生理机制中推动物种灭绝。他说道：“化石记录中的纬度模式揭示了由温度和氧气变化驱动的预测的灭绝的指纹。”
该模型还有助于解决海洋生物多样性的地理模式中的一个持续存在的难题。海洋生物多样性从两极向热带稳定地增加，但在赤道上却下降了。长期以来，这种赤道下降一直是个谜--研究人员一直不确定是什么原因造成的，有些人甚至怀疑它是否真实存在。Deutsch和Penn的模型为赤道海洋生物多样性的下降提供了一个合理的解释--在这些温暖的水域，氧气供应太少，一些物种无法忍受。
Penn表示，最大的担忧是，气候变化将使大片的海洋同样不适合居住。为了量化气候在推动物种灭绝方面的相对重要性，他和Deutsch将气候变暖带来的未来灭绝风险跟国际自然保护联盟(IUCN)关于当前对各种海洋动物威胁的数据进行了比较。他们发现，气候变化目前影响了45%的面临灭绝风险的海洋物种，但只是继过度捕捞、交通、城市发展和污染之后的第五大压力源。
然而，Penn表示，气候变化可能很快就会使所有这些压力因素的重要性消失。“极端的变暖将导致气候驱动的灭绝，并且在本世纪末，这种灭绝将跟目前所有的人类压力因素的总和相媲美。”
