【信息】海洋科技动态

　　（一）美国海洋能源管理局（BOEM）发布2023—2024财年研究计划，明确发展重点

　　6月15日，BOEM发布2023—2024财年研究计划，拟定下一年度的研究重点，概述了研究内容。新计划研究范围涵盖了美国在阿拉斯加、大西洋、墨西哥湾和太平洋的外大陆架，研究内容包括空气质量、环境影响、海洋生态与生物栖息地、信息管理、海洋哺乳动物保护、物理海洋学、社会经济学和海底矿产等多个方面。新计划设立102项课题，其中11项将与美国地质调查局合作，主要研究内容为海洋生态与生物栖息地。7月中旬，美国国家科学院、工程院和医学院（NASEM）将联合召开 BOEM 海上科学与评估常务委员会（COSA）第20次会议，就BOEM提出的研究计划进行讨论和评估。

　　（二）美国地质调查局（USGS）和国家海洋和大气管理局（NOAA）联合科考航次启航

　　大西洋中脊穿越大西洋南北，绵延16100公里，是世界上最长的海底山脉，也是形成地球新洋壳的四大扩张脊之一。大西洋中脊的火山和地震活动频发地点大多有深大断裂，其他地方也经常形成热液喷口。6月16日，USGS夏威夷火山观测站（HVO）主导的大西洋中脊科考航次启航，前往大西洋亚速尔群岛北部的查理-吉布斯断裂带和大西洋中脊交汇处，将沿大西洋中脊向南航行，调查火山活动和热液喷口的生物群落。航次由NOAA的Okeanos Explorer号科考船执行，其中一项工作是使用ROV近距离拍摄深海珊瑚和海绵栖息地、热液喷口、多金属硫化物矿点、断裂带等特殊深海现象，科考期间会进行视频拍摄并在网上同步公开直播。

　　（三）美国地质调查局（USGS）向各州地调局拨款430万美元，用于加强地质地球物理数据保存

　　6月，USGS宣布将向33个州地调局共拨款430万美元，用于加强保护地质地球物理数据和样本，其中290万美元来源于拜登政府的两党基建计划投资。资金将用于保存关键矿物典型样品、改善样品的储存条件、开发样品分析新技术和方法等，还将推动现代数字基础设施建设，提升公众对数据和样品访问使用的便捷性。

美国在2005年的能源政策法案中推出了“国家地质与地球物理数据保存计划”，由USGS主导，通过每年度向各州拨款来实施。该计划旨在保护和公开美国的地球科学资产（包括样品、地质志、地图和数据等），促进科学研究和自然资源开发。

　　（四）荷兰研究海上风电和碳捕集与封存（CCS）协同发展的可行性

　　到2030年，荷兰计划全国海上风电量将达到21GW。今年3月，荷兰政府对此前规划的2个海上风电开发区域进行了确认，并新规划了3个区域。目前，已确认的两个区域正在进行海上风电项目招标。此外，荷兰计划在其北海水域建设两个CCS项目：一是鹿特丹港Porthos CCS项目，已签订二氧化碳运输和储存合同，正在等待最终投资决定，预计于2024年开始运营，计划在离岸20公里处的枯竭气田封存250万吨二氧化碳；二是Armis CCS项目，计划于2023年做出最终投资决定，2026年开始运营，并与Porthos项目建立协同关系，利用管道将陆上收集的二氧化碳注入海床以下3000~4000米的枯竭气田中。

6月，辉固（Furgo）公司受荷兰经济事务和气候政策部委托，对海上风电场和CCS协同发展的可行性进行评估。辉固认为两类项目可以共同开发，但需确保未来发展的安全性，对此，提出了四点具体建议：1. 建立开发场地的3D地质表征模型，确定风电场下方地震发生概率；2. 监测二氧化碳注入情况并了解其对地层压力造成的影响；3. 安装监测系统，实时监测现场地震活动；4. 采用“红绿灯”式的地震风险管控系统，必要时立刻停止开发活动。

　　（五）印度计划开发建造无人潜航器

　　6月，印度国防部发布意向书，邀请工业界和国防研究与发展组织合作，设计开发一款可在水下释放、具备深海监测和军事侦察能力的无人潜航器。印度国防研究与发展组织已经和L&T、New Space R&T两家公司签署了合作备忘录。目前，印度仅有一艘无人潜航器，用于海底目标搜查和“环境噪声记录”，而印度国内的水下无人机工业仍处于起步阶段。两家公司均认为至少需要几年时间才能完成该设备的建造，而在此之前印度会继续采购国外无人机器在印度洋和西太平洋海域进行军事活动。

　　（六）探索南极洲冰盖边缘演变过程，可更好预估未来全球海平面变化

　　南极洲冰盖作为世界上最大规模的大陆冰川，储存的淡水占全球淡水资源的70%以上，若所有南极冰川融化，可使全球海平面上升约58米。因此，准确地预测南极冰盖的演变过程，对于有效预估全球海平面变化，进而减少全球沿岸的居民及基础设施的潜在风险至关重要。然而，由于缺乏对于南极洲冰盖边缘下覆大陆地形的了解，目前仍然无法准确评估南极冰盖未来演变及其对全球海平面变化的贡献。南极研究科学委员会（SCAR）于2021年成立了RINGS行动小组，提倡通过国际合作对南极洲大陆长达62000公里的冰盖边缘进行全面研究。这一项目将布设三个同心圆环调查线，制定全面的航空地球物理调查计划对冰盖下覆大陆进行研究。今年6月，RINGS小组将召开第一次研讨会，确定在2023—2024年南极夏季进行首次野外调查，明确项目的科学优先事项、调查方法与数据管理政策等。未来，RINGS小组的研究结果将填补前人研究空白，揭开冰盖覆盖下南极洲大陆的真实面貌，为更准确地预测南极洲冰川演变趋势及其对全球海平面上升的净贡献提供重要科学依据。

　　（七）“条带状铁建造”隐含27亿年前的地球演化信息，此时期已是富氧环境

　　条带状铁建造（Banded iron formation，BIF）作为前寒武纪地层纪录的重要物质组成，是一种特征的富铁化学沉积岩（TFe>15%），通常由互层的富铁和富硅条带构成。来源于BIF中的铁矿石是世界主要铁矿资源，研究BIF既可为了解地壳的早期构造演化过程、水圈及大气圈的成分等提供重要信息，也为找寻该类铁矿资源奠定理论基础。加拿大东北部BIF形成于27亿年前，由黑色氧化铁（富铁层）和白色石英（富硅层）互层组成。科学家对这一岩层进行了大量岩石学分析，表明富铁层成因是海水受到海底热液作用，而富硅层反映了陆地物质的输入。对富硅层的高分辨率铬、钍-铀同位素分析表明，早在27亿年前，陆上已是富氧环境，某些生物产生的氧气足以形成氧化铬；钨同位素结果显示富铁层和富硅层存在细微差异，表明当时壳幔物质经历了混合与均质化过程。综合不同研究方法得出的结论，提供了早期地球演化的宝贵信息，有助于我们了解大气-海洋-生物的共同演化过程，相关研究近期发表于《地球行星科学通报》和《自然·通讯》。

　　文献来源：Bau, Michael, et al. "High-resolution Ge-Si-Fe, Cr isotope and Th-U data for the Neoarchean Temagami BIF, Canada, suggest primary origin of BIF bands and oxidative terrestrial weathering 2.7 Ga ago." Earth and Planetary Science Letters 589 (2022): 117579.

Mundl-Petermeier, Andrea, et al. "Earth’s geodynamic evolution constrained by 182W in Archean seawater."Nature communications 13.1 (2022): 1-8.

　　（八）深海碳储有“泄漏”现象，自然储碳效率小于原先估计

　　海洋自然碳储主要通过生物碳泵来驱动，生物将碳从海表运输到海洋内部，并溶解为无机碳长期保存。在已有的观测和研究中，广泛认同的碳储存深度为1000米及更深，认为碳一旦渗透到此深度以下，其储存时间就会超过100年。为了验证海洋碳储效率，科学家对北大西洋关键区域不同深度虚拟粒子100年尺度的碳流动进行了模型跟踪。结果显示，在500米、1000米和2000米深度的虚拟粒子中，能够保持100年不与大气接触的比例分别为28%、66%和94%。这一研究结果表明，过去认为1000米深度的碳储效率被高估了。该研究对于海洋碳封存量估算及人工碳封存策略的制定具有指导意义，近期发表于《全球生物化学循环》。

　　文献来源：Baker, Chelsey A., et al. "Biological carbon pump sequestration efficiency in the North Atlantic: A leaky or a long‐term sink?" Global Biogeochemical Cycles: e2021GB007286.

　　（九）利用实验地震模拟，分析断层边界如何产生巨大地震

　　板块边界断层运动会造成摩擦，形成细粒断层泥，但这种运动对地震的长期影响目前还缺乏足够的认识。一般认为，稳定或者蠕动的断层是缓慢释放地壳能量的方式，可以避免巨大地震的发生。为了明确断层泥在地震发生过程中的行为，加州理工学院科学家利用地震风洞装置进行微观大地震模拟实验。实验以Homalite（类似于亚克力塑料板）作为断层两侧岩层，以石英粉末作为断层泥进行高压剪切实验。高速成像显示，断层泥具有复杂的行为方式，其在断层滑动初期能够吸收地震能量，阻止地震进一步发生；但当断层以足够高的速度滑动时，断层泥会降低断层之间的摩擦力，突破原先稳定或蠕动的断层运动方式，导致地震重新发生并造成大范围岩层破裂。该研究从实验角度展示了断层摩擦力在地震过程中从初期减弱、再到突破稳定破裂屏障，从而重新引发地震的过程。研究团队计划在后续实验中加入流体作用，以模拟更真实的自然地震发生过程。该研究近期发表于《自然》。

　　文献来源：Rubino, V., N. Lapusta, and A. J. Rosakis. "Intermittent lab earthquakes in dynamically weakening fault gouge." Nature (2022): 1-8.

　　（十）颗石藻钙化过程对海洋酸化响应机制的新见解

　　颗石藻是全球海洋广泛分布的一类单细胞浮游植物类群，它作为海洋生物方解石的主要生产者，通过光合作用和钙化作用在全球碳循环中发挥着重要的作用。工业革命以来，大气中二氧化碳浓度持续升高，引起的海洋酸化对颗石藻等海洋钙质生物的钙化造成了严重影响。由于颗石藻的钙化过程发生在细胞内部，目前在钙化过程对海洋酸化的响应机制和潜在影响因素方面仍然缺乏清晰的认识。最新的一项研究表明，颗石藻细胞质膜的电压门控H+离子通道是调控pH值和维持钙化过程稳定的重要因素，这一通道的活性在低pH值条件下显著降低，进而破坏颗石藻细胞内部的pH值稳态，最终导致颗石藻的形态遭受破坏。此项研究为预测未来海洋生态系统对于海洋酸化的响应机制提供了新见解，文章近期发表于《美国国家科学院院刊》。

　　文献来源：Kottmeier D M, Chrachri A, Langer G, et al. "Reduced H+channel activity disrupts pH homeostasis and calcification in coccolithophores at low ocean pH. " Proceedings of the National Academy of Sciences (2022) : e2118009119.

　　（十一）大洋蓝藻中的锌吸收调节蛋白，是调控锌元素吸收的关键因素

　　海洋蓝藻是全球碳循环过程的主要参与者，也是大洋食物链的起点，其营养循环过程主要依赖于某些微量金属，例如参与碳固定和磷吸收过程的锌元素。然而，目前对于蓝藻如何利用和吸收锌元素，并在贫营养盐的大洋中维持高生产力水平的机制仍然知之甚少。近期，英国华威大学的学者基于蓝藻Synechococcus sp.种属作为模型，确定了有效调控大洋蓝藻中锌元素累积的关键过程。结果表明，这一过程依赖于对锌浓度敏感的锌吸收调节蛋白（Zur），这种蛋白能够改变蓝藻内部的锌浓度达到两个数量级以上。不仅如此，该蛋白激活了金属硫蛋白基因的表达，导致蓝藻进一步积累锌元素，从而解释了蓝藻能够高效利用锌元素的原因。这一项研究有助于更好地理解蓝藻在大洋中如何利用微量元素并维持稳态，文章近期发表于《自然·化学生物学》。

　　文献来源：Alevtina Mikhaylina, Amira Z. Ksibe, Rachael C. Wilkinson, et al. "A single sensor controls large variations in zinc quotas in a marine cyanobacterium." Nature Chemical Biology (2022); DOI: 10.1038/s41589-022-01051-1