2022年07月07日 星期六

【信息】海洋科技动态

发布时间:2023-06-29
  (一)“乔迪斯·决心号”启航北大西洋冰岛海域,执行IODP 395航次
  6月12日,大洋钻探船“乔迪斯·决心号” 从葡萄牙启航,前往北大西洋冰岛南部海域执行IODP 395航次,预计两个月内完成。本航次科学主题为“雷克雅未克地幔对流与气候”,设计3个钻孔,计划在水深2206米、1871米和2829米处分别钻进1170米、905米和1175米,获取岩心。本航次拟解答两个科学问题:(1)3000万年以来北大西洋地幔流活动及深部地幔熔融过程;(2)千年尺度古气候及海洋环流变化过程。航次科学组包括来自法、美、中等9个国家的34名人员,其中中国有3名科学家参加。
  (二)美国海洋经济持续增长,增长率高于总体经济
  6月8日,美国海洋和大气管理局(NOAA)和经济分析局(BEA)共同发布2021年海洋经济统计报告,指出2021年美国海洋经济生产总值4320亿美元,占比美国GDP近2%。海洋经济生产总值同比增长7.4%,相关就业者平均薪酬增长9.2%,从业者人数增长10.5%,均超过美国总体经济指标(GDP增长5.9%,薪酬增长8.2%,就业人数增长2.9%),体现了海洋经济的强劲活力。2021年度海洋经济的十大行业分别为旅游和娱乐、国防和公共管理、离岸矿产、仓储和运输、生物资源和渔业水产业、造船业、沿海公用事业、研究和教育、专业技术服务以及海洋建筑业。该报告所用的数据包含海洋、沿海和五大湖等主要水体的相关经济活动,并考虑通货膨胀因素后做出调整。
  (三)美国海军呼吁建立无人系统专用试验区,提高保密级别
  海洋无人系统对国防安全具有重要意义,是各国寻求国防科技突破的重点竞争领域。2022年和2023年,美国进行了数次以无人自主平台为重点的大型演习,取得了部分成功。2023年4月,美国海军宣布将其无人系统实验室转移到佛罗里达州,计划在加勒比海和大西洋开展无人系统研发,并邀请相应沿海国家进行2023年联合军演。近期,美国海军学院军官撰文,呼吁美国海军设定一片新的区域专门研发和测试空中、水面和水下无人系统。文章认为,加勒比海地区为开阔海域,不匹配无人系统研发所应有的技术保密级别。而密歇根湖面积广阔,几乎完全位于美国境内,是美军五大湖海军驻地,具有完备的船舶配套和维护设施,且环湖区域大学和高新企业聚集,是秘密开展无人系统研发的理想区域。目前,该设想已同美国国防部、国会官员进行了交流讨论,尚未获得答复。
  (四)英国国家海洋中心(NOC)研发新型潮汐测量仪,安装在大西洋中部
  联合国教科文组织下属的政府间海洋学委员会正在组建“全球海平面观测系统”(GLOSS),以长期、实时监测和共享全球海平面变化信息,目前已设有1100多个观测站(中国大陆3个,香港2个)。然而,这些观测站大多分布在沿海地区,偏远海域极少,限制了对数据的精细观测。大西洋中部的阿森松岛(英属)距非洲海岸和南美洲海岸均超过1000公里,因为交通不便、环境恶劣、设备难以维护,长期以来未安装监测站。近期,NOC研发了一种以可再生能源驱动的潮汐测量仪,安装在阿森松岛,成功地纳入GLOSS和大西洋潮流观测网,弥补了大西洋中部长期海平面观测设施的缺失。此测量仪搭载非接触式雷达传感器,可长时间运行和远程维护,近乎实时传送数据,完全满足GLOSS标准。
  (五)荷兰地质调查局编制大西洋北海局部海域高精度沉积物地图
  大西洋北海总面积约60万平方公里,海底作业活动繁忙,采砂、电缆布设和管道建设等活动都经常扰动海底表层,影响生态环境。近期,荷兰地质调查局完成北海5.85万平方公里海域的高精度海底沉积物调查,发布全新的沉积物数字地图。数字地图应用人工智能编制,网格间距100×100米,除了精细显示表层沉积物类型外,还标注了底栖生物的分布状况。新的数字地图取代了20年前的手绘地图,精度大幅提高。地图数据库也非常方便查询,可为海底作业提供更精确的数据支持,有效保护生态环境。
  (六)受太平洋长期气候变化影响,南极威德尔海底层水规模大幅缩减
  南极底层水是南极洲周围深层的寒冷、高密度水团,形成于罗斯海和威德尔海,携带着氧和营养物质向北流动,对全球洋流循环和气候变化具有重要调节作用。英国南极调查局(BAS)学者运用1992—2020年的船舶和卫星观测数据,统计分析威德尔海域底层水(WSBW)的温盐值和体积变化,发现近30年间其体积缩小了30%,其中以高密度的部分缩小幅度最大。研究认为,威德尔海域海冰的形成速率受北风影响,强风将新生成的海冰从近岸推开,为形成更多的海冰创造空间。数十年来,太平洋十年涛动(以中纬度太平洋海域为中心的强周期性气候变化模式,PDO)导致此海域风力减弱,使海冰形成速率大幅下降,导致近岸高密度水团减少,造成了WSBW规模缩减。该研究揭示了南极底层水对全球大规模、长期气候变化的敏感性,成果发表于《自然·环境变化》(Nature Climate Change)。
  文献来源:Shenjie Zhou et al, Slowdown of Antarctic Bottom Water export driven by climatic wind and sea-ice changes, Nature Climate Change (2023).
  (七)厄尔尼诺现象引发的海洋热浪期间,上升流增强可减弱珊瑚礁白化程度
  厄尔尼诺现象是赤道太平洋的海水异常升温事件,可引发海洋热浪,造成珊瑚礁白化,严重威胁生态系统。沙特阿拉伯学者基于太平洋中部巴尔米拉岛的造礁珊瑚及其共生藻类,探讨了20152016年厄尔尼诺现象期间珊瑚礁营养供给的影响因素。研究表明,在厄尔尼诺现象引发的海洋热浪期间,中太平洋海域洋流加速,海水混合层变浅,两者共同导致上升流增强,为造礁珊瑚提供更多营养物质,抵消了海水温度升高而导致初级生产力下降的影响,使珊瑚礁白化程度减弱。该研究揭示了海洋-气候相互作用对珊瑚礁生态系统的影响,为预测未来珊瑚礁白化补充了理论依据。相关文章发表于《科学·进展》(Science Advances)。
  文献来源:Fox M, Guillaume-Castel R, Edwards C, et al. Ocean currents magnify upwelling and deliver nutritional subsidies to reef-building corals during El Niño heatwaves[J]. Science Advances, 2023.
  (八)钒同位素分析揭示,大洋缺氧事件期间,局部海洋氧化还原条件存在短期波动
  大洋缺氧事件2(OAE 2,约94 Ma)是发生在晚白垩世的一次极端碳循环扰动事件,其主要特征表现为全球大范围的海洋缺氧及沉积形成富有机质的黑色页岩。美国佛罗里达州立大学学者基于北大西洋3个站位的大洋钻探岩心,首次利用钒(δ15V)同位素作为代用指标,探讨了OAE 2期间区域底层水氧化还原条件的演化过程。研究发现,OAE 2期间S75钻孔和DSDP 367站位底层水表现出持续的缺氧状态,而ODP 1258站位则表现出氧化还原条件的波动,即期间曾经历过短暂的氧化状态,与底栖有孔虫组合变化所揭示的水体条件变化一致。研究认为,缺氧条件的波动可能与区域海洋最小含氧带的收缩和扩张有关,挑战了此前传统观点认为全球广泛缺氧条件可持续长时间的观点。该研究也证实了钒同位素作为水体氧化还原条件代用指标的可靠性,尤其可应用于示踪缺氧状态向氧化状态转变的短期变化。相关研究发表于《地球与行星科学通讯》(Earth and Planetary Science Letters)。
  文献来源:Li S, Friedrich O, Nielsen S G, et al. Reconciling biogeochemical redox proxies: Tracking variable bottom water oxygenation during OAE-2 using vanadium isotopes[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2023, 617: 118237.
  (九)厄尔尼诺-南方涛动是影响全球海岸变化的因素之一
  海岸线变化主要受海平面变化、海浪强度、河流流量这3个因素的影响。海平面变化直接影响海岸线高度,海浪通过水位变化和侵蚀、堆积作用改变海岸地貌,河流流量变化通过影响近岸海域的沉积物供应量和盐度来改变海岸形态。法国图卢兹大学学者运用19932019年卫星观测数据,建立一个全球海岸线变化模型,研究气候变化对海岸的影响。研究表明,海平面变化、海浪强度和河流流量都受到厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)及其造成的大洋海面温度异常影响,因而,ENSO是全球海岸线变化的主要影响因素之一。研究成果为理解和预测气候变化引发的沿海灾害提供了一个全新视角,近期发表于《自然·通讯》(Nature Communiations)。
  文献来源:Almar, R., Boucharel, J., Graffin, M. et al. Influence of El Niño on the variability of global shoreline position. Nat Commun 14, 3133 (2023).
  (十)土卫二发现磷,在地外行星的海洋中首次发现全部生命所需元素
  美国国家航空航天局(NASA)学者在土星第六大卫星—土卫二的海洋中发现磷,为地球之外所有天体的海洋中首次发现。磷是生物DNA基本组成元素之一,对生命起源和星球宜居至关重要。至此,土卫二的海洋已成为地球以外唯一已知含有生命所需全部6种元素(碳、氢、氧、氮、磷、硫)的载体。美国“卡西尼号”土星探测器于20042017年间收集了大量土星及其卫星数据。此前研究推测,土卫二表面为30公里厚的冰冻层,之下为10公里深的液态海洋,南极地区存在大量冰缝。海洋内部有放射性衰变和潮汐效应,导致内部液态水间歇性地从南极冰缝喷出。“卡西尼号”数次飞掠土星表面,并对喷出物质进行采样分析,推断出海水中的主要溶质(Na+、K+、Cl-、HCO3-、CO32-)及pH值,但此前并未发现磷元素。近期,科学家通过溶解度数据建模证实了水溶性磷酸盐的存在。尽管在土卫二海洋中发现了全部生命所需元素和部分化合物,但其是否已孕育出生命则仍待进一步检验。该研究近期发表于《自然》。
  文献来源:Postberg F, Klenner F, Zou Z, et al. Detection of Phosphates Originating from Enceladus’ Ocean by Cassini’s Cosmic Dust Analyzer[R]. Copernicus Meetings, 2022.
广州海洋局海洋战略研究所(转载请注明出处)

 

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