شعاب مرجانية
مفارقة داروين

خلال رحلة داروين على متن البيغل وصف داروين الشعاب المرجانية الاستوائية واحات في صحراء المحيطات. إنه ينعكس على المفارقة التي تزدهر تحيط الشعاب المرجانية الاستوائية، والتي هي من بين أغنى الأنظمة البيئية وأكثرها تنوعا على وجه الأرض، بسبب مياه المحيطات الاستوائية التي توفر بالكاد المغذيات فائدة للشعاب المرجانية إذا وجدت الشعاب المرجانية في الطبقات الرسوبية القديمة، يعطيها ذلك فرصة كبيرة لتعمل كخزان للنفط، بسبب مساميتها ونفاذيتها العاليتين.
«"المرجان... يبدو أنه يتكاثر عندما تكون مياه المحيط دافئة، وفقيرة، صافية ومثيرة للقلق، وهي حقيقة لاحظها داروين بالفعل عندما مر عبر تاهيتي في عام 1842. ويشكل هذا تناقضًا أساسيًا، يتضح من الناحية الكمية من خلال الاستحالة الظاهرة لموازنة المدخلات وإخراج العناصر الغذائية التي تتحكم في استقلاب البوليبات المرجانية.
سلطت الأبحاث الأوقيانوغرافية الحديثة الضوء على حقيقة هذه المفارقة من خلال التأكيد على أن قلة التغذية في منطقةeuphotic للمحيطات تستمر حتى قمة الشعاب المرجانية المنتفخة. عندما تقترب من حواف الشعاب المرجانية والجزر المرجانية من شبه شاطئ البحر المفتوح، فإن الغياب شبه التام للمادة الحية يصبح فجأة عددًا كبيرًا من الحياة، دون انتقال. فلماذا يوجد شيء بدلاً من لا شيء، وبشكل أكثر دقة، من أين تأتي العناصر الغذائية الضرورية لعمل هذه الآلة الاستثنائية للشعاب المرجانية؟ "
-فرانسيس روجيري»
في هيكل وتوزيع الشعاب المرجانية، الذي نُشر عام 1842، وصف داروين كيف تم العثور على الشعاب المرجانية في بعض المناطق الاستوائية ولكن ليس في مناطق أخرى، بدون سبب واضح. نمت أكبر وأقوى الشعاب المرجانية في أجزاء من الشعاب المرجانية المعرضة لأشد الأمواج عنفًا، كما ضعفت الشعاب المرجانية أو غابت حيث تراكمت الرواسب الفضفاضة.
تحتوي المياه الاستوائية على القليل من العناصر الغذائية ومع ذلك يمكن للشعاب المرجانية أن تزدهر مثل «واحة في الصحراء».  وقد أدى ذلك إلى ظهور لغز النظام البيئي، والذي يطلق عليه أحيانًا «مفارقة داروين»: «كيف يمكن أن يزدهر هذا الإنتاج المرتفع في مثل هذه الظروف السيئة للمغذيات؟»
تدعم الشعاب المرجانية أكثر من ربع جميع الأنواع البحرية. ينتج عن هذا التنوع شبكات غذائية معقدة، حيث تأكلالأسماك المفترسة الكبيرة أسماك العلف الأصغر التي تأكل العوالق الحيوانية الأصغر وما إلى ذلك. ومع ذلك، فإن جميع الشبكات الغذائية تعتمد في النهاية على النباتات، والتي تعتبر المنتج الأساسي. تنتج الشعاب المرجانية عادة 5-10 جرامات من الكربون لكل متر مربع في اليوم (gC · m · 2 · يوم −1) الكتلة الحيوية.
أحد أسباب الوضوح غير المعتاد للمياه الاستوائية هو نقص المغذيات وانجراف العوالق. علاوة على ذلك، تشرق الشمس على مدار العام في المناطق المدارية، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الطبقة السطحية، مما يجعلها أقل كثافة من الطبقات تحت السطحية. يتم فصل الماء الأكثر دفئًا عن الماء الأعمق والأبرد بواسطة خط حراري ثابت، حيث تُحدث درجة الحرارة تغيرًا سريعًا. هذا يحافظ على المياه السطحية الدافئة تطفو فوق المياه العميقة الأكثر برودة. في معظم أجزاء المحيط، هناك القليل من التبادل بين هذه الطبقات. الكائنات الحية التي تموت في البيئات المائية تغرق عمومًا في القاع، حيث تتحلل، مما يؤدي إلى إطلاق العناصر الغذائية في شكل النيتروجين (N) والفوسفور (P) والبوتاسيوم (ك). هذه العناصر الغذائية ضرورية لنمو النبات، ولكن في المناطق الاستوائية، لا تعود مباشرة إلى السطح.
تشكل النباتات قاعدة السلسلة الغذائية وتحتاج إلى ضوء الشمس والمغذيات لتنمو. في المحيط، هذه النباتات هيعوالق نباتية مجهرية تنجرف في عمود الماء. إنهم يحتاجون إلى ضوء الشمس من أجل التمثيل الضوئي، الذي يعمل على تثبيت الكربون، لذلك يوجدون نسبيًا بالقرب من السطح، لكنهم يحتاجون أيضًا إلى العناصر الغذائية. تستخدم العوالق النباتية العناصر الغذائية بسرعة في المياه السطحية، وفي المناطق الاستوائية، لا يتم استبدال هذه العناصر الغذائية عادة بسبب الخط الحراري.