【信息】海洋科技动态

　　（一）第五届联合国环境大会第二次会议召开，发布《区域海洋公约和行动计划对健康海洋的贡献》报告

　　2月28日至3月2日，第五届联合国环境大会第二次会议（第一次会议已于2021年2月召开）在肯尼亚首府内罗毕和线上同步举办，来自联合国193个成员国的官员、企业代表、民间组织代表及其他相关组织代表参加，本次会议的主题是“加强自然行动以实现可持续发展目标”，海洋是会议关注的重点之一。会议通过了14项决议，包括制定国际公约以制止塑料污染、维持生物多样性与健康、加强矿产管理等。会后，联合国发布了《区域海洋公约和行动计划对健康海洋的贡献》报告。该报告分析了联合国一系列海洋区域公约和政策在过去45年中的贡献，包括防止石油泄漏、减少塑料污染、拯救珊瑚礁以及保护海洋生态系统等。报告呼吁，在未来十年应扩大区域海洋合作范围，加强知识共享，提高社会对自然环境和可持续发展的认识。《区域海洋公约和行动计划》由联合国环境规划署牵头的区域海洋项目资助，该项目旨在通过实施海洋和海岸资源管理，最终实现控制海洋污染的目标，目前已有143个国家加入该项目。

　　（二）IPCC发布《2022气候变化》报告，指出海洋生物和栖息地被迫迁移

　　联合国政府间气候变化委员会（IPCC）目前正进行第六个气候评估周期（AR6）的工作，在AR6期间计划发布三份工作组报告和一份综合报告。2月28日，IPCC发布评估报告，该报告由来自67个国家的270位作者参与编写。报告较为全面地归纳和总结了AR6以来的最新科学进展，主要有1）阐述了当前和未来气候变化的影响和风险、适应措施、气候韧性发展等内容；2）揭示了气候、生态系统和生物多样性以及人类社会之间的相互依存关系；3）重点关注了陆地、海洋、沿海和淡水生态系统与城市、农村和基础设施之间的依存关系；4）重点分析了工业和社会系统转型的重要性和紧迫性。报告表示，气候变化已使海洋和沿海生态系统面临数千年来前所未有的状况，海水变暖、酸化和脱氧对海洋生物构成威胁，海洋热浪愈发频繁。过去半个世纪以来，海洋变暖迫使海洋物种以每十年60公里的速度向两极迁移，而鱼类的季节性事件每十年会提前三天发生。由于珊瑚礁无法迁移，海洋变暖导致其死亡速度急速加剧。

　　（三）WHOI发布《海洋暮光区在气候变化中的作用》报告，阐述海洋暮光区的碳循环过程

　　海洋暮光区指海面下100~1000米区间光线昏暗的区域，该区域内含有丰富的海洋生物资源，是海洋生态系统的重要组成部分。在暮光区中的生物泵作用下，每年数十亿吨的碳从海洋表层运送到深海，因此暮光区在海洋碳封存的作用中扮演重要角色。今年2月，美国伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）发布报告，综述了当前人们对暮光区的科学认知，强调了暮光区在海洋碳封存中的作用，为海洋保护政策制定提供新思路。报告表示，在过去几个世纪中，人类造成的碳排放呈指数式增长，全球碳循环模式一直在重塑，这导致了全球气候、海洋化学和其他自然系统的变化。了解海洋暮光区的生物、物理和化学过程是一项基础科学研究工作，通过该研究能了解和掌控人类打破自然平衡所造成的生存威胁，有助于预测未来气候变化，制定基于海洋的可持续气候解决方案。

　　（四）德国基尔亥姆霍兹海洋研究中心（GEOMAR）研发新型燃料电池，可长期为海底观测站供电

　　如何长时间为海底设备或仪器提供稳定电源是海洋工程技术领域的一项挑战。十多年来，人们极力进行海底远程供电系统的研发，也尝试使用波浪能或潮流能为海底设备供电。今年2月，GEOMAR牵头开发的用于海底长期观测站的燃料电池技术成功完成了陆上测试，3月将搭乘Alkor号科考船进行海试。该技术为一种质子交换膜（PEM）燃料电池，由高分子电解质膜和铂基电极组成，并包含11罐氢气和5罐氧气。氢和氧输入电池中的电解质膜和电极后，会产生热量和水，从而进行发电。该电池可提供约120千瓦的电力，输出功率为150~1000瓦，能满足深海长期监测设备的需求。该电池还为ROV、AUV和水下漫游车等充电，且成本低廉。该系统目前的额定工作深度是1200米，研发小组计划明年或后年将其提高到3000米。

　　（五）深海采矿工程和深海科学研究之间存在鸿沟，海底矿产资源开发任重道远

　　尽管许多国家正在考虑开发深海矿产资源，但科学界对深海环境和采矿造成的影响仍缺乏足够认识。目前国际海底管理局（ISA）已授权了31个海底勘探合同区，有学者对这些合同区的深海环境和采矿影响进行了文献调研和专家咨询。调研结果表明，即使是深海领域的专家，对深海生态系统的认识和理解也是极其有限的。以目前研究程度最高的太平洋克拉里昂-克利珀顿区（CCZ）为例，许多深海物种仅被采集过一次或两次，远不足以对其区域丰度、多样性、分布规律、物种联系和整体生态系统功能作出判断，更无法预估海底采矿带来的环境压力和生态恢复力。研究者认为，面对未来可能的大规模深海采矿，当前关于采矿生态影响的科学知识过于匮乏，无法确保海洋生态安全。当前深海采矿与深海科学之间存在巨大认知差距，需要很长时间来填补。该研究近期发表于《海洋政策》（SSCI）。

　　文献来源：Diva, J. Amon., et al. "Assessment of scientific gaps related to the effective environmental management of deep-seabed mining." Marine Policy (2022).

　　（六）科学家构建大型化石关系网，阐明生物大灭绝事件对群落和生物多样性的影响

　　古代生物群落大多集中在不同区域、不同年代地层的化石中，传统的群落分析方式仅对特定时间和特定区域的化石群落进行分组。美国康奈尔大学的一位学者将目前流行的社交网络算法应用于化石群落研究，以更好地解释不同时期、不同物种之间的关系。该学者集成了来自世界各地的124605个海洋动物化石资料（代表25749个现存或灭绝的动物群/属数据库），通过计算发现这些化石样本之间存在超过4700万个联系。学者进一步将它们组合成3937个不同的古群落，构建了大型化石关系网，追溯了过去5.41亿年以来的生物群落和生物多样性。研究结果表明，虽然生物大灭绝事件对群落和生物多样性造成了影响，但对两者的影响程度有所区别。部分物种的灭绝对群落的影响大于生物多样性，部分物种的情况则相反，部分物种的灭绝则对两者的影响大致相同。这项研究首次将网络分析手段应用于整个海洋生命化石记录中的古群落研究，成果近期发表于《地质学》。

　　文献来源：Muscente, A. D.,et al. "Appearance and disappearance rates of Phanerozoic marine animal paleocommunities." Geology 50.3 (2022): 341-345.

　　（七）科学家发现，海洋碳循环存在季节性变化

　　地球系统中的碳循环过程是复杂且多变的，大部分碳循环发生在海洋环境之中，其中部分通过生物碳泵（BCP）进行。在生物碳泵这一环节，大气中的碳被海面的浮游植物吸收，浮游植物死亡或被鱼类食用后，碳颗粒会从海表下沉到海洋深处。生物碳泵的碳通量和速率通常被假定为一个常数，但海底沉积物捕获器在过去几十年中观察到了碳颗粒下沉速率的变化。英国国家海洋学中心的研究人员使用全球海洋生物地球化学模型分析了生物碳泵碳通量衰减和下沉速率的季节性变化，并研究其如何影响海洋养分分布。通过对比研究，发现有季节性变化情景下的碳下沉速率比无季节性变化情景下的高196%，这说明此前以恒定碳下沉速率计算碳通量可能会低估了生物碳泵的碳封存能力。此外，研究发现高纬度地区的生物碳泵对季节性变化更敏感。这项研究近期发表于《AGU：全球生物地球化学循环》。

　　文献来源：de Melo Viríssimo, F., A. P. Martin, and S. A. Henson. "Influence of seasonal variability in flux attenuation on global organic carbon fluxes and nutrient distributions." Global Biogeochemical Cycles:e2021GB007101.

　　（八）全球海洋光污染地图集出版，光污染对海洋影响受到关注

　　很早以前科学家就认识到，人造光源会对人类和陆地野生动物的健康造成不利影响。随着沿海城市化和海上基础设施急剧增加，夜间人造光对海洋生物的影响也逐渐受到关注。英国科学家基于卫星数据和数学建模，对海面光线穿透水体并引起海洋生物发生反应的深度范围和时间变化作出了预测，并制作了首个全球海洋光污染地图集。据图集显示，在1米的海洋深度范围内，全球受到夜间人造光影响的海域共有190万平方公里，相当于全球专属经济区面积的3.1%；而在10米和20米深度，受影响的面积分别为160万平方公里和84万平方公里，分别占全球专属经济区面积的2.7%和1.4%。除了沿海城市海域外，受影响最严重的海域是海上油气平台、风电场等海洋开发密集区域。全球海洋光污染地图集是指导减轻人造光污染对海洋的环境影响的有效工具。这项研究发表于《Elementa：人类世科学》。

　　参考文献：Smyth, T. J., et al. "A global atlas of artificial light at night under the sea." Elem Sci Anth 9.1 (2021): 00049.

　　（九）海洋变暖和酸化降低了珊瑚应对环境压力的能力，阻碍珊瑚礁生长

　　海洋变暖和酸化导致的环境压力对生物生长具有重要影响，尤其是造礁珊瑚类等具有碳酸盐骨骼的生物。美国科学家通过珊瑚地球化学分析和地球系统建模的方式，检查了环境压力源对中美洲加拉帕戈斯群岛珊瑚钙化和弹性的影响。钙化流体地球化学分析表明，相比于工业化前，现代珊瑚应对环境压力的能力因受到生理限制而降低，进而阻碍了珊瑚的生长，这意味着珊瑚应对海洋酸化的能力可能比过去认识的要更低。应对能力的降低会对珊瑚钙化过程产生影响，改变珊瑚礁的结构、功能和恢复力。该研究近期发表于美国地球物理协会《AGU Advance》。

　　文献来源：Thompson, Diane,et al. "" AGU Advances 3.1 (2022): e2021AV000509.

　　（十）科学家开发新的地球科学模型，提供更全面的预测结果

　　传统的地球科学模型对参数要求很高，每一个场景都需要特定的参数，在计算一个特定位置和场景时，其过程难以推演到其他场景。近期，科学家开发了一种“可微量化参数学习”新模型，可提供更全面的预测结果。新模型结合了传统地球科学过程模型和新型机器学习模块，机器可有效地学习已输入的参数并对参数进行全局映射。随着训练数据量的增加，新模型实现了更好的性能、更强的物理连贯性以及更广泛的应用场景，同时大大降低了建立模型所需的计算成本。该研究成果近期发表于《自然·通讯》。

　　文献来源：Tsai, Wen-Ping, et al. "From calibration to parameter learning:Harnessing the scaling effects of big data in geoscientific modeling." Nature communications 12.1 (2021): 1-13.

（广州海洋局海洋战略研究所）