【信息】海洋科技动态

　　（一）日本海洋科技中心（JAMSTEC）“未来号”科考船前往北极科考

　　近日，JAMSTEC科考船“未来号”启程前往北冰洋，这是日本北极研究计划的第19个航次。本次科考将进行CTD测量、海水取样、大气和湍流观测、沉积物采集器和系泊系统的回收和安装、拖网采集浮游生物、表层沉积物取样等常规调查，并针对北极海冰减少、洋流日益活跃这一背景，进行海洋波浪观测和微塑料调查。科考结果将创建北极综合观测数据集，旨在阐明洋流、大气与海洋化学物质的循环过程，以及海水酸化及海洋生态系统变化过程。

　　“未来号”科考船于1997年由核动力破冰船改装，长129米，排水量8706吨，已无法满足日本未来对北极研究的需求。今年8月， JAMSTEC宣布将新建一艘极地科考船，新船总造价2.3亿美元，长128米，排水量13000吨，可破1.2米厚冰层，计划于2026年交付。近年来全球变暖导致北极海冰区加速缩减，反过来又影响着地球气候系统。多国政府针对此背景提出了新的北极研究计划，以应对地球气候与海洋的变化。

　　（二）俄罗斯石油公司（ROSNEFT）启动北极东部大陆架地质调查

　　ROSNEFT启动北极东部大陆架地质调查，以建立区域综合地质模型并评估石油和天然气潜力。目前，Bavenit号钻探船正前往拉普捷夫海准备实施第一口钻井，Akademik Primakov号和Akademik Lazarev号船分别在拉普捷夫海和东西伯利亚海进行石油地震勘探，另有几艘科考船正在进行海底测量。Bavenit号获取的岩心样品将由莫斯科国立大学进行测试分析，以确定地层年代。ROSNEFT自2012年以来已组织实施30多次北极地质、气候和环境调查，是自苏联时代以来规模最大的北极研究。Bavenit号为目前俄罗斯最先进的科学钻井船之一，长86米，总吨位3575吨，于1986年建造，近期升级改造后具备海底500米深度取心能力，并配备地震勘探设备。

　　（三）俄罗斯政府增加拨款，以改造南极“东方站”

　　“东方站”又作“沃斯托克站”，是苏联于1957年在南磁极附近建立，现属俄罗斯所有，俄、美、法三国科学家合作运营。“东方站”老建筑已破败不堪，覆盖积雪厚达3~5米，急需现代化改造。去年8月，俄罗斯已完成“东方站”新模块化综合体的建造，该综合体结构长140米，面积1900多平方米，由133个模块组成，由3米高支架支撑，可避免积雪覆盖。新站包括生活区，科学实验室和车库，夏季可容纳35人，越冬季节可容纳15人。去年10月，俄罗斯核动力破冰运输船Severmorput号运送综合体前往南极，但途中因螺旋桨叶片脱落被迫返航。近日，俄罗斯政府再次拨款1360万美元，用于综合体的运输及安装工作，仍然由Severmorput号负责。Severmorput号将在近期出发前往南极，新“东方站”计划于2024年投入使用。

　　（四）德国公司欲将垂直沟槽切割技术推广到海底采矿业

　　垂直沟槽切割是一项成熟的工程技术，应用于陆地采矿。近日，德国机械制造商BAUER和船舶管理公司Harren&Partner合资成立了一家海底矿业服务公司，将研发和改进在船舶上应用垂直沟槽切割技术，并推广到海底采矿领域。传统的深海采矿车沿海底水平移动，会搅动海底沉积物，在中层海水释放沉积物残渣形成羽流，影响脆弱的深海生态系统。垂直沟槽切割技术将切割机固定在海底，通过设置保护环，可减小和控制切割固体矿产过程中沉积物的扩散，并配置矿石容器以吸入细粒沉积物和切割碎屑，分离、过滤、释放干净的海水，可以在很大程度降低采矿作业对深海环境的影响。目前，新合资公司基于国际海底管理局的可持续采矿战略要求，计划对垂直沟槽切割技术在海底采矿应用中的经济可行性和环境兼容性进行评估和试验。

　　（五）夏威夷地幔柱源区物质存在地球化学异质性

　　地理和地球化学分析结果显示，夏威夷群岛火山链有两个平行的变化趋势，称为Loa趋势和Kea趋势，两者相距不远，均由起源于核-幔边界的深地幔柱产生。此前的研究发现，Loa趋势火山具有更“丰富”的同位素组成，表明其来源中含有再循环洋壳物质。近期，加拿大科学家收集了夏威夷13座火山的34份拉斑玄武岩样品，分析了其微量元素和铊（Tl）同位素组成。结果表明，Kea趋势火山源区也存在再循环远洋沉积物，但与Loa趋势火山相比，Kea趋势火山的地球化学特征更接近于太平洋深部地幔柱。科学家认为，Loa趋势和Kea趋势的深部地幔源区包含了不同时间、不同性质的再循环洋壳物质。该研究提出了地幔柱源区物质存在地球化学异质性的证据，发表于美国地球物理学会《地球化学，地球物理学，地球动力学》。

　　（六）大陆火山弧通过火山释放气体和硅酸盐岩风化，调节全球气候

　　风化作用将岩石分解和溶解成固碳矿物并最终进入海洋，这一过程通过调节大气二氧化碳水平来稳定地球气候，但其中的潜在控制因素十分复杂。英国和加拿大科学家利用机器学习算法和全球板块重建模型，构建了一个“地球网络”来确定地球系统内各个因素的相互作用。科学家发现，大陆火山弧是过去四亿年来地球气候最重要的调节因素，一方面火山通过喷出气体增加大气二氧化碳水平，另一方面火山弧可形成海拔高、易风化的玄武岩山脉和大面积岩溶地貌，这意味着大范围的风化作用，有助于去除大气中的碳。然而，目前人为因素排放的二氧化碳已经是火山排放量的150倍，科学家认为，自然风化作用已经不足以消除大气中过量的二氧化碳，人为干预是有必要的。该研究近日发表于《自然·地球科学》。

　　（七）火山作用触发海洋脱氧事件

　　在早白垩世的阿普特期海洋缺氧事件（OAE1a，约120 Ma）中，海洋缺氧、生物危机和火山活动共同发生，但此前科学家未能很好地约束三者的关联。近期，一个国际科学家团队精细描述了OAE1a发生过程，他们选取了代表古特提斯洋（浅海）和古太平洋（深海）的两段包含OAE1a的岩心（南阿尔卑斯Cismon岩心和DSDP 463站位岩心），测量分析其中稀土元素和铬同位素的变化。结果显示，OAE1a发生前的沉积记录反映了多阶段海底火山活动，海洋于火山活动初始阶段迅速脱氧，影响范围在3万年内从浅海扩散到深海。缺氧事件可能通过大陆和海底风化作用得到加剧，并持续了近一百万年。该研究证实大规模火山作用触发和加速了海洋缺氧事件，发表于《地质》。

　　（八）通过有孔虫化石分析，还原地球极热事件过程

　　56 Ma前的古新世-始新世极热事件（PETM）是一段地球突然变暖、海洋大规模酸化的时期，以有孔虫为主的碳酸钙初级生产力可能对这一极端事件做出反应。为了验证其中的联系，美国科学家选取了ODP 1209站位（太平洋沙茨基海隆Shatsky Rise）和1263站位（大西洋沃尔维斯海脊Walvis Ridge）的岩心样品，提取出其中有孔虫化石，首次重建了PETM前后时期的高分辨率、高精度浮游有孔虫钙同位素曲线。两个站位的曲线显示出相似性，钙同位素的比值峰值均出现在PETM发生之前，并于PETM发生过程中持续降低，在PETM结束后恢复常值。结合当时北大西洋大火成岩省剧烈活动的背景，研究人员认为，钙同位素曲线变化反映了大规模的火山活动将大量二氧化碳注入大气和海洋，导致全球变暖和海洋酸化，有孔虫通过降低钙化率来应对海洋酸化。该研究提供了对地史上全球变暖事件的全新见解，近期发表于《地质》。

　　（九）澳大利亚科学家估算地球最大碳库的碳释放量

　　深海石灰岩在过去1.8亿年捕获了地球上大部分碳，是地球上最大的碳库，但它们对地球长期碳循环的贡献很难被量化。近期，澳大利亚科学家利用同步加速器开发了X射线显微镜技术，对新西兰古新世远洋石灰岩进行高分辨率化学和结构分析，发现石灰岩中包含非常多微小到其他显微技术几乎看不到微溶解裂隙。通过质量平衡计算，科学家发现微溶解裂隙溶解了石灰岩总碳量的10%。结合石灰石溶解的数学模型以及地质证据，科学家认为这种溶解发生在沉积物以下10厘米至10米范围内，历时50至5000年，溶解的碳以方解石胶结物的形式被原位捕获，可能会通过沉积物压实变形等过程释放回海洋。这种微溶解结构可能通过地圈-水圈碳交换，在地球长期碳循环中发挥重要作用。该研究成果近期发表于《自然·通讯：地球与环境》。

　　（十）日本和美国美科学家发现洋流对海底地震监测系统的影响

　　日本东南部的南海海槽是全世界地震活动最活跃的区域之一，“地球号”钻探船在此海域大陆架和大陆坡实施了多次钻探，在钻孔中安装了长期观测装置，组建成地震海啸观测监测系统DONET，以长期、持续、高灵敏度地监测地壳运动。利用DONET，日本和美国科学家成功检测并分离出与2020年3月慢地震事件相关的纳米级钻孔体积变化信号，通过计算慢地震发生期间日本暖流引起的海底压力变化，认为此次慢地震信号是由日本暖流所活动产生的。科学家指出，基于慢地震信号来研究深部板块边界滑动时，需要提高检测精度并去除气象和洋流等海洋扰动因素带来的影响。该研究近期发表于《地球科学前沿》。

　　（十一）英国科学家发现，极端风暴也可对海床生态系统造成巨大破坏

　　由于长期底拖捕鱼，英国莱姆湾海床生态系统受到巨大破坏。为了恢复生态系统，英国政府于2008年设立了莱姆湾海洋保护区，禁止底拖捕鱼并使用水下摄像头等监测设备和技术进行长期监测，此后三年生态系统缓慢恢复。然而近期发表于《海洋科学前沿》上的一项研究指出，之前被忽视的极端风暴也会对海床生态系统造成巨大破坏。研究人员通过调查分析2013—2014年中的一系列风暴，发现冬季风暴几乎摧毁了海洋保护区，与底拖捕鱼造成的破坏程度相当，但这种破坏的恢复速度很快，从风暴后第一年就开始了。科学家认为，随着全球气候变化，极端风暴可能变得更加频繁且其破坏力无法阻挡，未来有必要通过扩大海洋保护区范围、改善健康状况来增强其恢复能力。

　　（十二）英国科学家研发人工智能海冰预测系统

　　海冰变化受到上方大气和下方海水的影响，传统的物理动力学模型只能预测几周的变化，更长尺度的变化难以预测。近期，由英国南极调查局和艾伦图灵研究所领导的一个国际研究小组，将数十年海冰平面观测数据及数千年气候模拟数据输入电脑，基于深度学习开发了一套人工智能海冰预测系统。此系统可预测未来六个月海冰平均覆盖率，且在预测未来两个月内是否会出现海冰的准确率接近95%。该系统提高了海冰预测的范围，准确性优于目前最先进的动力学模型。研究小组将进一步提高预测系统精度以达到每日预报的要求，并将适时发布海冰快速消失相关风险的预警系统。这项研究近期发表于《自然·通讯》。

（广州海洋局海洋战略研究所汇编）