2022年07月07日 星期六

【信息】海洋科技动态

发布时间:2023-07-20
  (一)法国海军开展无人潜航器系统研究,支持“海底战战略”
  近期,法国海军集团从国防部采购局(DGA)得到一项合同,将在9个月内完成无人潜航器的系统设计。该集团正在开发无人潜航器水下作战的系统架构,包括情报、监视和侦察等3部分,以支持法国“海底战战略”。早在2016年,法国海军集团就开始研发超大型无人潜航器,将于2023年夏季进行海试以取得军方认证。其中,最核心的技术是该集团与法国国家航空航天中心共同研发的“可控自主决策系统”,该系统有望成为法国无人潜航器的控制中心。法国国防部于2022年年初发布国家“海底战战略”,计划在2030年前投入100亿欧元,开发6000米级军用无人潜航器及相关作战技术。
  (二)俄罗斯完成两次波罗的海调查,采集大量海洋基础资料
  5月—6月,俄罗斯“鲍里斯·彼得洛夫院士”号、“尼古拉·斯特拉霍夫院士”号调查船分别执行俄罗斯第53次、54次波罗的海科学考察。“鲍里斯·彼得洛夫院士”号在波罗的海东南部和芬兰湾东部航行3057海里,进行海底测绘、水文和水化学调查、烃类沉积物分布研究及海洋生态调查,获取了大量基础资料,发现1艘二战时期沉船,并首次在该海域发现硫化氢富集区。“尼古拉·斯特拉霍夫院士”号在同一海域航行865海里,进行海底地貌测量、海洋岩石圈的地球物理调查和生物地球化学调查,研究全球海洋环流在北极地区的汇合和形成机制,并对新安装的船载设备进行调试。
  两船均属于俄罗斯科学院希尔绍夫海洋研究所,“鲍里斯·彼得洛夫院士”号于1984年建成入列,长73米,排水量2700吨,可搭载含10名科学家在内的42人;“尼古拉·斯特拉霍夫院士”号于1985年建成入列,长76米,排水量2318吨,可搭载含25位科学家在内的60人。
  (三)英国“大卫·阿滕伯勒爵士”号破冰船进行氢化植物燃料油(HVO)海试,加快调查船零碳排放步伐
  近期,英国 “大卫·阿滕伯勒爵士”号破冰船使用HVO在苏格兰近岸进行测试航行,以确定HVO的可持续性、经济成本和排放影响等,这是兑现英国南极调查局(BAS)到2040年实现净零碳排放的承诺的重要举措。HVO是一种以动植物油脂为原料,经过加氢、异构化、选择性裂解等一系列化工反应过程,生成与柴油性质相似的燃料,是最高等级的生物质柴油,也称绿色柴油或可再生柴油。HVO的主要生产技术依托现有石油炼制和加氢技术,已经比较成熟。虽然使用HVO可大量减少碳及污染物排放,具有较明显的优点,但HVO的生产原料以各类高纯度动植物油脂为主,存在与民争食、种植面积扩大、价格偏高等问题,短期内难以取代传统柴油。除了验证HVO用于海洋科考的可行性,英国南极调查局还将联合潜在HVO供应商、国际可持续发展和碳认证计划(ISCC)等相关各方,以确保HVO原料供应的可持续性。BAS计划在下个南极航次中使用HVO,推动HVO在航运业的广泛使用。“大卫·阿滕伯勒爵士”号极地破冰船于2021年建成入列,船长129米,总吨位15000,最多可搭载60名科学家和30名船员。
  (四)土耳其利用挪威调查船进行第三次北冰洋考察,研究海洋生态系统及气候演化
  土耳其科学团队将利用挪威破冰船Polar Xplorer号在北冰洋巴伦支海开展为期1个月的科学考察,进一步研究北极地区的气候变化及其对生态环境的影响,为未来科学研究积累基础数据。该航次为土耳其北冰洋系列考察的第3次活动,由土耳其科学、工业和技术部资助,并与挪威科学研究理事会合作。破冰船从挪威北部特罗姆瑟港出发,计划到达北纬82度,沿途将在24个站点采集大气、物理海洋、海洋生物等数据,开展海洋生态系统、冰盖变化及气候变化研究。Polar Xplorer号破冰船建于1992年,长62米。
  (五)哥斯达黎加西海岸附近发现低温热液喷口,存在深海章鱼繁殖场
  由美国毕格罗海洋科学实验室和哥斯达黎加大学共同主导的深海科考中,科考人员在哥斯达黎加西海岸附近的两个低温热液喷口(约12℃)附近发现深海章鱼繁殖场。目前全球已发现的同类生物繁殖场有3个,除本次发现的两个外,还有1个位于加利福尼亚州海岸附近的海山。研究团队利用搭载高清摄像机的ROV记录了幼体章鱼繁殖场景,初步判断该类章鱼可能是目前尚未鉴定的新物种。尽管其生命活动机制存在争议,但部分科学家推测,雌性章鱼可能被低温热液喷口的地形、温度或微生物环境所吸引,可为章鱼卵的庇护和发育提供理想条件。深海章鱼繁殖场的生态特征仍待继续研究,可为深海生态系统的保护和管理提供重要信息。
  (六)地震数据揭示,南极洲布兰斯菲尔德海峡下方的俯冲板片呈撕裂状态
  布兰斯菲尔德海峡位于南极洲西部的南设得兰群岛和南极半岛之间,是菲尼克斯板块向南极板块俯冲的区域,以活跃的火山活动和伸展的陆壳为主要构造特征。由于缺乏地震数据,目前对该区域的深部地壳结构尚不清楚。西班牙格拉纳达大学学者运用2020—2021年布设在该区域的陆地地震台站和OBS,采集到了两次天然地震的数据。数据经过处理分析得出的地壳结构显示,地壳平均厚度为30.5±1.0公里,纵横波波速比值(Vp/Vs)为1.81±0.04,属于典型的伸展陆壳;菲尼克斯板块下沉到地壳底部的部分发生了撕裂,使得该板块向东变浅了15公里。这两次天然地震均发生在地壳底部,推测地震可能是由岩浆底侵穿过撕裂的菲尼克斯板块所引发。另外,研究人员发现在地幔楔中存在广泛的低速区,意味着该区域的地幔产生了部分熔融。该研究首次认识了布兰斯菲尔德海峡下方的深部地壳结构,对研究俯冲板片撕裂对地壳结构的影响具有重要意义,相关成果发表于《地球物理研究快报》(Geophysical Research Letters)。
  文献来源:Parera-Portell, J. A., Mancilla, F. D. L., Almendros, J., Morales, J., & Stich, D. (2023). Slab tearing underneath the Bransfield Strait, Antarctica. Geophysical Research Letters, 50, e2023GL103813.
  (七)卫星遥感数据表明,北极内尔斯海峡冰拱稳定性减弱并未影响冰间湖的生产力
  内尔斯(Nares)海峡分隔格陵兰西北部和埃尔斯米尔岛,是北极海冰向南流动的主要通道。 “北水”(North Water)位于该海峡的最南端,是北极最大、生物初级生产力最高的冰间湖,海冰的形成或减少都会对其造成影响。在冬季,海峡的南端可能会形成冰拱,并在几个月的时间内保持稳定,阻挡海冰流向“北水”冰间湖(极地地区被海冰包围的开放水域)。已有研究表明,气候变暖会降低冰拱(由海冰互相碰撞挤压形成的拱门状结构)的稳定性,从而降低“北水”的生产力。加拿大多伦多大学学者运用卫星遥感数据,计算海峡区域的海冰通量和海冰分布密度,分析对“北水”生产力的影响。研究发现,在海峡南侧没有冰拱的冬季,沿岸的风速也会增加,“北水”区域的海冰数量要比有冰拱的冬季高出10%;而海洋水色遥感解译表明,此时“北水”的初级生产力依旧保持稳定。研究人员认为,这可能是由于强风将海冰推进“北水”后又迅速推离,导致海冰没有时间影响“北水”的生产力。在内尔斯海峡冰拱逐渐消失的将来,科学家需要更多的研究来评估“北水”生产力的变化。相关成果发表于《科学报告》(Scientific Reports)。
  文献来源:G. W. K. Moore et al, Evolving relationship of Nares Strait ice arches on sea ice along the Strait and the North Water, the Arctic's most productive polynya, Scientific Reports (2023).
  (八)大规模海洋铁施肥的碳封存效果有限,反而可能对海洋生态系统造成负面影响
  海洋具有丰富的碳封存潜力,铁施肥是提高海洋碳封存量的策略之一。铁施肥通过向海洋中添加铁元素来刺激浮游植物生长,吸收更多的CO2,从而减缓气候变暖。但是该方法对海洋生态系统造成的影响目前尚不清楚。英国利物浦大学学者运用海洋生物地球化学模型来研究铁施肥对海洋生态系统的影响,表明若全球进行大规模的铁施肥,可在已过去的2005—2100年间共增加450亿吨碳封存量。然而,铁施肥在增加碳封存的同时,可能会促进上层海水分层,导致上层海水营养物质枯竭,从而降低热带海域的生物量,反过来又降低了海洋碳封存潜力。研究推测,若未来进行大规模海洋铁施肥,将在20年内加剧海洋生物量下降。这在近海专属经济区尤为显著,将对沿海渔业造成负面影响。因此,研究人员认为,在实施海洋大规模铁施肥的同时,应当考虑气候变化,以及对各国海洋专属经济区生态系统的影响。相关成果发表于《全球变化生物学》(Global Change Biology)。
  文献来源:Alessandro Tagliabue et al, Ocean iron fertilization may amplify climate change pressures on marine animal biomass for limited climate benefit, Global Change Biology (2023).
  (九)大洋钻探记录揭示,北半球大冰期西风带显著增强,标志着气候系统突破阈值完成转折
  距今约2.73 Ma,全球气候系统发生了显著变化,最具代表性的特征是北半球高纬度地区冰盖扩张,地球由“单极有冰”转变为“两极有冰”,因此这一阶段通常被称为北半球大冰期(NHG)。然而,NHG的演化过程及触发机制仍然存在争议。美国罗切斯特大学学者基于北太平洋ODP 1208站位的沉积岩心,利用环境磁学相关指标,探讨了NHG阶段北太平洋的风尘输入演化历史。研究表明,在约2.73—2.72 Ma,研究站位的风尘输入量增加了4倍,在此后15—30 ka又出现一次脉冲式增加。由于研究区的风尘颗粒主要由西风带从亚洲内陆(如沙漠)搬运而来,因此指示了此时期西风带有所增强。此外,在2.72 Ma之后,研究站位风尘颗粒的组成发生了根本性的改变,这与亚洲内陆干旱程度加剧和/或西风带增强有密切联系。这一结论与大西洋典型IODP站位所揭示的结果一致,进一步证实了该阶段西风带增强具有全球性特征。研究认为,NHG代表了全球气候由暖期向冷期转变的临界点,此时期气候系统突破阈值(如温度、CO2浓度)并完成转折,其标志之一就是西风带显著增强。相关成果近期发表于《自然·通讯》(Nature Communications)。
  文献来源:Bridges, J.D., Tarduno, J.A., Cottrell, R.D. et al. Rapid strengthening of westerlies accompanied intensification of Northern Hemisphere glaciation. Nat Commun 14, 3905 (2023).
  (十)北冰洋沉积物是当前及未来全球微塑料的重要汇区
  微塑料是指粒径小于5毫米的塑料碎片,通常被风吹、水流搬运到各处环境中。其中,海洋沉积物被认为是海洋微塑料的重要汇区,对海洋生物和人类食品安全构成严重威胁。韩国仁川大学学者针对北冰洋西部海域多个表层/岩心沉积物及海水样品,通过傅里叶红外光谱(FTIR)扫描鉴定其中的颗粒物质,分析了微塑料的空间分布及年际变化。研究表明,研究区的微塑料埋藏通量每年增加3%,其中夏季海冰退缩区周边具有相对较高的微塑料丰度。这是由于常年性海冰通常会对漂浮微塑料构成物理屏障,大量的微塑料则会堆积在夏季海冰退缩线周围,进而垂直输送进入该区域的海洋沉积物中。据估计,北冰洋西部海域的总微塑料负荷为0.21±0.14 MT(1 MT = 100万吨),其中90%是在1930年以后被埋藏于沉积物中。这一数值超过了目前全球不同海域的微塑料埋藏量平均值,代表了全球微塑料的一个重要汇区。研究人员认为,鉴于微塑料埋藏与实际生产年份有时间滞后性,北极海区的微塑料输入通量可能在未来会继续增加。相关成果近期发表于《科学·进展》(Science Advances)。
  文献来源:Seung-Kyu Kim et al., Arctic Ocean sediments as important current and future sinks for marine microplastics missing in the global microplastic budget.Sci. Adv.9,eadd2348(2023).
广州海洋局海洋战略研究所(转载请注明出处)

 

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