【信息】海洋科技动态

　　（一）“乔迪斯·决心号”从南非启航，执行IODP 390航次

　　4月7日，“乔迪斯·决心”号从南非开普敦起航，连续执行国际大洋钻探计划390和393航次，计划于8月7日完成任务。本航次的科学任务为“南大西洋横断面”，将沿着朝向约为31°S的中大西洋洋脊扩张线进行钻探。本航次将实现以下科学目标：1.从样品中获取洋壳年龄、扩张速率和沉积物厚度等信息，验证海底扩张和板块构造理论；2.重建洋壳老化和低温热液相互作用的历史，量化热液作用对全球地球化学循环的贡献；3.获取深部沉积物和玄武岩的生物圈信息，完善全球生物量估算，加强对深部微生物生态系统的认知；4.为未来深部热流和微生物实验室的建立做钻孔准备；5.提取南大西洋西部碳酸盐化学和深海水性质记录，重建大西洋盆地西部深部边界流和深海水形成历史，检验海水温盐模式在气候变化中的作用。

　　来自美国、英国、德国、日本、奥地利、印度、意大利、韩国的共26名科学家参与了390航次；而参与393航次的25名科学家则来自美国、英国、德国、日本、法国、印度和韩国。

　　（二）德国不来梅大学将引进使用新型遥控深潜器（ROV）

　　德国不来梅大学深海研究中心拥有QUEST型ROV，其改装于美国Schilling Robotics公司的商用ROV，最大工作水深4000米。自2003年投入使用到2018年9月，该ROV已进行超过440次科学深潜。今年4月，深海研究中心宣布引进Schilling Robotics公司具有更高性能的新型ROV，其工作水深扩展至5000米，与QUEST型ROV相比，它具有更高分辨率的视频系统和水深测量系统、更强大的采样系统、以及更稳定的远程图像传输能力。该新型ROV报价450万欧元（约3200万人民币），计划于2024年首次用于海洋科考。

　　（三）俄罗斯北极研究平台即将海试，2023年将执行北极科考

　　Severnys Polyus号是俄罗斯最新建成的自行式北极科考平台，也将是全球唯一的北极长期科考平台，由俄罗斯气象服务机构Roshydromet运营。2021年秋，该平台在圣彼得堡造船厂进行了系泊试验。近期，俄罗斯宣布，该平台计划于5月启航前往波罗的海进行首次海试，并于10月搭乘34名科学家和14名船员驶入北极海域进行首次冰域海试。2023年，该平台开始在北极执行为期两年的科考，目的是获取北极长期连续观测数据。多年来，环保组织一直呼吁禁止在北极及邻近海域使用重质油燃料，Severnys Polyus号积极响应，使用了超低硫柴油以减少污染。

　　（四）荷兰皇家海洋研究所发布2021年度报告，海洋与气候变化是研究重点

　　4月，荷兰皇家海洋研究所（NIOZ）发布了2021年度报告。报告总结了NIOZ现有的科研力量，并指出未来继续加强海洋与气候变化研究。NIOZ共有321名员工，其中53%为终身制科学家、博士后和博士生，19%为科学支持人员，技术人员、船员和服务与管理人员则占28%。NIOZ全年经费总预算为4250万欧元。NIOZ现役有两艘科考船，分别为Navicula号船和Pelagia号船。此外，两艘科考船正在建造，一艘科考船也正在筹建。2021年船舶运行方面，Navicula号为荷兰科学计划工作180 天；Pelagia号为荷兰科学计划工作146天，为欧洲科考船共享联盟工作17天，为国际科考任务工作134天。为了提升智能化海洋调查能力，拓展研究范围，NIOZ在2021年从Teledyne Webb Research公司购买了三台水面/水下滑翔机。

　　（四）板块构造动力学新解释：含较多水和二氧化碳的低粘度地幔层有利于板块滑动

　　板块构造理论是地球科学史上革命性的学说，板块运动最有可能的驱动力是地幔物质流动，即地幔熔岩流在岩石圈-软流圈边界形成了低粘度层促进板块滑动，但低粘度层形成的原因仍不清楚。科学家使用大地电磁数据计算中美洲科科斯板块地表以下的电导率，旨在寻找岩石融化迹象，以此建立比较完整的深部融化过程模型。模型分析结果表明，部分地幔含更多熔体和更少的挥发组分（主要是水和二氧化碳），部分地幔情况则相反。前者无法在地幔中长时间停留，将会上升形成地幔柱，而后者则能停留在地幔中且会大大降低地幔粘度，为板块滑动创造条件。该研究提出了板块构造动力学的新解释，近期发表于《自然》。

　　文献来源：Blatter, Daniel, et al. "A plume origin for hydrous melt at the lithosphere–asthenosphere boundary." Nature 604.7906 (2022): 491-494.

　　（五）科学家开发全球海洋热浪预报模型，可提前一年发布预报

　　海洋热浪是指局部海域水温异常升高且持续时间非常长的灾害现象，会对海洋生态系统造成较大危害。近期发表于《自然》的一项研究中，科学家通过集成全球多种气候预测模型，开发出世界海洋热浪评估预测模型，提高了预测能力，海洋热浪预报可提前一年发布。根据30年的历史数据，科学家发现海洋热浪的发生时间、强度和持续时长通常是可以预测的，而预测精准度通常与地区气候及季节变化、大规模气候模式有关。例如，在厄尔尼诺-南方涛动现象发生期间，海洋热浪的预测最为准确。此外，科学家还为海洋热浪的发生概率设置了决策阈值，使海洋资源管理者能够根据风险状况采取适当的决策和行动。

　　文献来源：Michael G. Jacox, Michael A. Alexander, Dillon Amaya, Emily Becker, Steven J. Bograd, Stephanie Brodie, Elliott L. Hazen, Mercedes Pozo Buil, Desiree Tommasi. Global seasonal forecasts of marine heatwaves. Nature, 2022; 604 (7906): 486

　　（六）北极油气开发加速永久冻土融化，导致大量甲烷气体释放

　　近年来，俄罗斯石油天然气企业逐渐将开发重心转移到北极地区。北极石油天然气储层通常位于100~500米深度的永久冻土层之下，开采时碳氢化合物会沿着钻井管道上升，该过程将引起永久冻土融化，从而影响永久冻土的稳定性和油气井的安全性。此外，一些永久冻土层含有残余天然气水合物，冻土层的融化会导致天然气水合物释放到大气中。科学家对俄罗斯亚马尔半岛的油气生产井进行模拟作业，结果发现，钻井每深入100米，管道中的碳氢化合物温度就升高约3℃，超深钻井的温度甚至可达100℃或更高。较多天然气水合物存在于60~120米的永久冻土层中，按照上述升温规律，若一口气井持续运行30年，则可能会融化气井周围半径10米范围内的永久冻土，向大气释放的甲烷气体可达50万立方米。该研究近期发表于《地球科学》。

　　文献来源：Chuvilin, Evgeny, et al. "Simulating Thermal Interaction of Gas Production Wells with Relict Gas Hydrate-Bearing Permafrost." Geosciences 12.3 (2022): 115.

　　（七）IODP报告：南海U1504站位变质岩基底的主微量元素及Nd-Pb-Hf同位素组成

　　国际大洋钻探计划（IODP）第367/368/368X航次获得了南海北部大陆坡U1504站位长106米的变质岩基底岩心，经初步鉴定其由糜棱岩、绿片岩相变质岩组成。近期，IODP发表了该套基底块状绿片岩样的研究成果。样品的主微量元素及Nd-Pb-Hf同位素组成特征表明，虽然一些流体活动性元素（U、Li、Rb、K和Cs）的表现并无明显规律，但其构造判别和原始地幔标准化元素图解均显示出典型富集板内玄武岩信号（包括Pb负异常、富Nb和Ta、以及明显右倾的稀土元素分配模式）。其中，Pb同位素组成特征可能把岩石时代指向晚石炭世（329±2 Ma），Nd和Hf同位素表明其来源于富集地幔。该研究认为U1504站位变质基底原岩为洋岛玄武岩型岩浆岩，在晚古生代发生变形，而后成为南海盆地前裂谷期地壳基底。

　　文献来源：Straub, S.M., Mallick, S., Gomez-Tuena, A., and Dorais, M.J., 2022. Data report: major and trace element and Nd-Pb-Hf isotope composition of the Site U1504 metamorphic basement in the South China Sea, IODP Expedition 367/368/368X.

　　（八）分析南极斯科舍海尘埃沉积，重建150万年气候变化

　　大气二氧化碳浓度从古到今都是影响气候变化的重要因素。在冰河时代，大气中30%的二氧化碳被封存在海洋中。有假说认为该时期的海洋中，富含铁的尘埃输入量增加，刺激藻类生长，促进大量二氧化碳吸收，同时藻类死亡也会携带二氧化碳并永久封存在海底，这些反应共同导致了大气二氧化碳含量处于较低水平。但该假说的普适性未得到证实。国际大洋钻探计划（IODP）U1537站位获取了南极斯科舍海的深海岩心，岩心长达200米，记录了过去150万年的气候历史。岩心分析表明，尽管斯科舍海冰河时代的尘埃沉积量本身比平常高出5到15倍，但二氧化碳输入量并没有明显增加；相比之下，在温暖时期，尽管尘埃沉积量小，但二氧化碳输入量不断增加。科学家认为，尘埃沉积输入量对冰河时代南极大气二氧化碳含量的影响并不大，更广泛的海冰覆盖、更少的底层水流出以及南极特殊的环流动力学，三者综合作用才可能是南极大气二氧化碳含量降低的主要原因。该研究近期发表于《自然·通讯》。

　　文献来源：Weber, Michael E., et al. "Antiphased dust deposition and productivity in the Antarctic Zone over 1.5 million years." Nature Communications 13.1 (2022): 1-18.

　　（九）科学家在海洋中发现新型兼养微生物，其黏液可促进海洋碳循环

　　在海洋碳循环过程中，大气二氧化碳一般通过浮游植物的光合作用被海水吸收，而海洋中的有机碳作为生物体的基本组成元素通常会在有机体排便或死亡时沉入海底。悉尼科技大学的研究人员发现了一种兼养海洋微生物，它既有光合作用的自养代谢过程，又能够在缺少阳光状态下吞噬其他微生物而长时间生存下来。这种微生物具有一种复杂的觅食机制，可产生一种富含碳的“黏液球”以吸引和捕获其他需要消耗碳的微生物，甚至能像蜘蛛网一样固定比自身体积大6倍的“猎物”。当它觅食完毕后载有多余“猎物”的黏液球将会被排出并沉入海中。这种自养和异养兼有的代谢过程，无疑能够促进海洋碳循环机制。这项研究于3月发表于《自然·通讯》。

　　文献来源：Larsson, M.E., Bramucci, A.R., Collins, S. et al. Mucospheres produced by a mixotrophic protist impact ocean carbon cycling. Nat Commun 13, 1301 (2022).

广州海洋局海洋战略研究所（转载请注明出处）