Rafy rozwijają się w płytkich, czystych i dobrze nasłonecznionych wodach. Ich fundamenty tworzą niewielkie osiadłe, kolonijne polipy koralowców. We wnętrzu komórek polipów żyją symbiotyczne glony, które w zamian za schronienie dostarczają koralowcom składniki odżywcze, niezbędne im do budowy pancerzyków wapiennych. Pierwotnie ciała polipów są białe, to bytujące w nich algi nadają barwy koralom.

Martwe szkielety korali dają podparcie następnym pokoleniom, tworząc kolejne warstwy rafy. Z czasem powstaje jedyna w swoim rodzaju, żyjąca struktura. Największą taką budowlą o powierzchni prawie 344 tys. km² jest Wielka Rafa Barierowa, położona u wschodnich wybrzeży Australii. Jej bioróżnorodność jest ogromna: żyje tu 5 tys. gatunków mięczaków, 1,8 tys. gatunków ryb, 25 gatunków rekinów oraz niezliczone inne organizmy. Ale największe bogactwo rafy stanowią organizmy ją budujące: koralowce, algi i gąbki.

Ekosystem ten, choć tak rozległy i różnorodny, jest jednocześnie bardzo kruchy. W czasie swojego istnienia, szacowanego na 20 mln lat, Wielka Rafa była świadkiem dryfu płyt litosfery i wzmożonego wulkanizmu, nastania epok lodowcowych i fluktuacji klimatycznych. Ale zawsze udawało jej się odrodzić. Jednak teraz zmiany zachodzą tak szybko, że rafa może nie zdążyć się do nich przystosować.

Ostatni wielki kryzys miał miejsce w latach 1998-99, kiedy to na skutek wystąpienia zjawisk El Niño i La Niña i towarzyszącego im podniesienia temperatury wód o ok. 1,5 st. C wyginęło prawie 16 proc. światowej populacji korali. Podobne cykle odnotowano potem jeszcze w 2001 i 2005 roku. Mogły być one dodatkowo wzmocnione przez globalne ocieplenie wywołane zmianami klimatu. Według niektórych naukowców, począwszy od 2030 roku te niszczycielskie epizody będą pojawiać się w każdym sezonie.

Koralowce na skutek stresu wywołanego wzrastającą temperaturą wód i zwiększonym promieniowaniem UV ulegają bieleniu – od tej pory symbiotyczne glony zaczynają wytwarzać toksyczne związki i zostają wydalone na zewnątrz. Bez nich korale giną, pozostawiając po sobie jedynie białe szkielety.

Destrukcyjne działanie na rafy mają także wahania poziomu morza (zatopienie koralowców lub ich odsłonięcie na działanie promieni UV), wody powodziowe spływające z lądów wraz z zanieczyszczeniami, turystyka, rolnictwo, statki morskie odłamujące części rafy. Nowe warunki nie są bez wpływu na morskie organizmy – od kilkudziesięciu lat odnotowuje się spadek ilości fitoplanktonu, stanowiący ważny absorbent CO₂ i podstawę łańcucha troficznego w oceanach.

Ilość CO₂ zakumulowanego w oceanach ma kluczowe znaczenie dla życia morskich organizmów. Kiedy poziom dwutlenku węgla w atmosferze się zwiększa, oceany pochłaniają go więcej i odczyn wód maleje. Nadmierna kwasowość wód może osłabić lub uniemożliwić wielu organizmom, w tym koralowcom, wytwarzanie szkieletów wapiennych.

Aby móc lepiej chronić rafy, naukowcy starają się zbadać, w jakich warunkach i jakie gatunki potrafią się zregenerować. „Jeśli dowiemy się, gdzie najchętniej rosną nowe polipy, będzie można stworzyć własne rezerwowe kolonie” – uważa Peter Mumby z University of Queensland.

We wschodniej Afryce grupa naukowców przeprowadziła badania nad czynnikami, które pomogłyby rafom przetrwać fale upałów. Najważniejszymi wskaźnikami były: natężenie światła widzialnego i UV, wiatry i prądy morskie, wahania temperatury i ilości chlorofilu w wodzie. Okazuje się, że nawet w cieplejszych wodach korzystne wartości tych czynników mogą pomóc przetrwać koralowcom.

Jedną z największych przeszkód ograniczających działania ochronne są niewielkie fundusze. Dlatego Tim McClanahan, szef badań i naukowiec z Wildlife Conservation Society uważa, że należy wybrać obszary, na których zostaną skoncentrowane środki. Strefy te według badacza mają największe szanse przetrwać kolejne skoki temperatur.

Model zespołu McClanahana wykazał, że umiejscowienie ponad połowy morskich obszarów chronionych (MPA) w zachodniej części Oceanu Indyjskiego jest nieuzasadnione, gdyż mimo ochrony te rafy są bardzo zagrożone wyginięciem. Większość raf w tym oceanie wyginie przed 2050 rokiem. Wyniki badań mogą zostać odniesione do każdego miejsca na Ziemi i posłużyć optymalnemu wyznaczeniu obszarów chronionych, gdzie połowy oraz turystyka są ograniczone.

Przyszłość Wielkiej Rafy Koralowej jest bardzo niepewna. Profesor Kevin Walsh z Towarzystwa Meteorologicznego na University of Melbourne uważa, że na skutek zmian klimatycznych do końca 2100 roku liczna cyklonów tropikalnych nawiedzających Australię spadnie o 20 proc., ale za to siła niektórych może wzrosnąć o ok. 5 proc.

Dlatego, aby ochronić bogactwo raf koralowych na całej Ziemi, niezbędne jest ograniczenie emisji CO₂ oraz niedopuszczenie do wzrostu temperatury morza większego niż 2 st. C. Być może jednym z zabezpieczeń okażą się zmiany genetyczne, pozwalające m.in. na hybrydyzację różnych gatunków, co przyśpiesza adaptację i zwiększa odporność na choroby. W corocznym masowym tarle u wybrzeży Australii mieszają się gamety 35 różnych gatunków.

"Mimo że większość korali zginie w wyniku wzrostu zakwaszenia i temperatury w oceanach, to jeśli możemy kupić chociaż kilka kolejnych dekad ocalałym dzięki lokalnej ochronie, to warto o to walczyć" – mówi Charles Sheppard, biolog koralowców z University of Warwick, według którego większość raf w Oceanie Indyjskim wyginie przed 2050 rokiem.