【信息】海洋科技动态

　　（一）智能无人船与常规调查船混合编队启航，伍兹霍尔海洋研究所牵头大西洋暮光区生物研究

　　8月6日，美国伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）领导的科考船队启航奔赴西北大西洋，对海洋暮光区（海平面以下200~1000米）进行综合研究。航次主要通过观察海洋生物昼夜垂直迁移现象（数万亿吨生物在晚上从暮光区移动到海面觅食，又在日出时返回深海），研究暮光区食物网的结构和变化，探索暮光区对海洋碳储的调节作用。调查船队由1艘独立运行的智能无人船和3艘常规调查船组成，主要分工为：罗德岛大学的Endeavor号综合调查船负责收放ROV，测量碳元素在暮光区的运移、采集动物图像、收集环境DNA等，美国国家海洋和大气局（NOAA）的Henry B. Bigelow号渔业调查船负责研究鱼类和其他生物的迁移，Monica号商业渔船负责标记和追踪鲨鱼等大型鱼类的活动状态。“Mayflower 400”号（五月花号）自主智能无人船在6月底完成横渡大西洋的壮举后，也参与此次科考，负责调查区域多波束水深测量。

　　在过去3年中，WHOI研发了Mesobot号ROV、深拖（Deep-sea Tow）、暮光区探测潜水仪（TZEX）、卫星跟踪浮标（ROAM Tags）、原位浮游鱼类观测成像系统（Stingray）、暮光区微型观测浮标（MINIONs）、环境DNA（eDNA）采样器等一系列针对海洋暮光区的探测设备，将构建海洋暮光区观测网络，实现对暮光区最全面的测量和研究。

　　（二）受气候变化和海平面上升影响，美国多地涨潮洪水破历史纪录

　　近日，NOAA发布了2021年5月到2022年4月美国海岸涨潮洪水数据，分析大西洋和太平洋沿岸3个沿海社区的出现天数创历史纪录。当潮汐水位高出日平均高潮0.5~0.6米时，就会发生涨潮洪水，水流从街道地面渗出或排水渠冒出。随着海平面持续上升和气候变化的影响，涨潮洪水在美国许多地区正变得越来越普遍和具有破坏性，例如海岸带、街道和居民地下室被洪水淹没，关键基础设施遭到破坏等。虽然过去1年中墨西哥湾沿岸没有涨潮洪水记录，但NOAA表示近年来美国东部和墨西哥湾沿岸的涨潮洪水情况正在加速，持续天数已达到2000年的两倍。NOAA预测，至2050年全美海平面上升约0.3米，从而导致全国性的涨潮洪水平均每年发生天数达到45~70天，对生命和财产构成重大潜在威胁。

　　（三）英国发布2021气候状况报告，显示变暖仍在继续

　　英国自2017年起每年发布年度气候状况报告，协助政府、研究机构和公众了解气候变化及对国家的影响。7月28日，英国发布《2021年英国气候状况报告》，回顾了2021年英国的气候状况和重大气象事件。报告指出，在全球气候变暖背景下，英国各地持续升温，海平面仍在不断上升。气温方面，2021年与1960—1990年平均值相比，全年最高温度、夏季平均温度和冬季平均温度分别升高了0.8℃（达到32.2℃）、1.5℃和1.8℃，英国的总体升温幅度略高于全球。海平面变化方面，自1990年代至今，英国各地海平面上升了约16.5厘米，与全球海平面升幅基本一致。但是，其上升速率正在急剧加快，从上世纪1.5毫米/年增长到近30年内3.0~5.2毫米/年，沿海地区愈发受到风暴潮和风浪威胁。

　　（四）日本北极科考船开工建造，2026年投入使用

　　7月24日，日本首艘“北极科考船”在横滨开工建造，预计于2026年入列。该船隶属于日本海洋科技中心（JAMSTEC），长128米，宽23米，总吨位1.3万，可搭乘99人（含科学家）。其在3节航速下具有破1.2米厚冰层能力，还将配备无人飞机、无人水下探测器和用于气象观测的多普勒雷达等。自1998年起，JAMSTEC几乎每年使用“未来”号调查船进行北冰洋科考，但 “未来”号不具备破冰能力，其活动范围仅限于79°N以南，一直无法进入海冰区，不能完全满足北极科考需求。2017年，日本文部科学省提出未来北极科考战略，由JAMSTEC设计新“北极科考船”，花费335亿日元（约17亿人民币）建造。新“北极科考船”将围绕全球变暖背景下北冰洋变化进行综合调查，提升对寒冷风暴路径预测、极端大雪发生机制等科学问题的研究水平。

　　（五）惰性气体同位素分析证实，地球早期上下地幔粘度并不一致

　　地幔是地壳与地核之间硅酸盐层，厚约2850公里，约占地球体积的84%。尽管地幔主要是固体，但具有一定的可塑性，可缓慢流动，因而在地质时间尺度上表现为粘性流体。地幔含有惰性气体，可随火山喷发进入大气层，研究火山岩中的惰性气体同位素，可以了解地幔成分和大气的演变过程。美国华盛顿大学的研究人员通过分析地幔中氦（He）、氖（Ne）和氙（Xe）惰性气体的同位素数据，来估算不同深度地幔中的挥发物含量。根据地幔中氙（Xe）和水的关系，研究人员发现古地幔柱中的水浓度比上地幔中的水浓度低4~250倍；上地幔含有更多的挥发性物质，其成分与一种碳质球粒陨石的成分类似。这表明早期形成的地幔岩石中所含挥发物要低于后期形成的地幔岩石，导致两者粘度有差异，这种差异会阻止上下地幔相混合。这项研究解释了两个问题：

　　（1）在地球形成初期，虽然太空陨石的巨大撞击在地幔中形成了广泛的岩浆海洋，但并不能使形成中的地幔均质化；

　　（2）在地球历史上早期的地幔柱挥发物含量低，流动性弱，因此较少发生熔融。研究结果证明，即使在地球早期，上下地幔性质也不一致，这也挑战了地学领域内曾得到广泛支持的地幔开始形成时是一个均质体的假说。相关研究成果近期发表于《美国国家科学院院刊》。

　　文献来源：“A dry ancient plume mantle from noble gas isotopes” by Rita Parai, 14 July 2022, Proceedings of the National Academy of Sciences.

　　（六）人类活动导致南极冰雪中的氟含量升高

　　南极洲的冰雪记录了工业活动的痕迹，是研究人类对地球影响的重要档案。英国兰开斯特大学和英国南极调查局（BAS）的研究人员从南极洲东部莫德女王地采集了自然压实的冰心并作分析，这些样品中含有降雪期间从大气释放出来的化学物微粒，可还原1957—2017年之间大气污染的历史记录。研究发现，在此时期内大气氟化物的水平持续上升，且近年来显著增加。氟化物具有多种用途，但在自然环境中不会自动分解。从冰心样品中鉴定出最丰富的氟化物是全氟丁酸（PFBA），其浓度在2000—2017年之间显著增加。全氟丁酸由作为制冷剂的氢氟醚在大气中分解产生，虽然人类使用它代替了消耗臭氧层的氟氯烃，但是这种物质对环境的影响仍然有待进一步研究。近期，相关研究成果发表于《环境科学与技术》。

　　文献来源：Increasing Accumulation of Perfluorocarboxylate Contaminants Revealed in an Antarctic Firn Core (1958-2017) by Garnett, J., Halsall, C., Winton, H., Joerss, H., Mulvaney, M., Ebinghaus, R., Frey, M., Jones, A., Leeson, A., Wynn., P. Environmental Science & Technology.

　　（七）海底甲烷厌氧氧化过程仅消耗少量甲烷，减少温室气体排放作用有限

　　大陆边缘的沉积物中含有大量以天然气水合物形式储存的甲烷，其稳定性主要依赖于海底温度和压力。若气候变暖导致海水升温，会造成天然气水合物失稳分解，致使大量甲烷等温室气体释放进入大气，加速气温上升。已有研究表明，甲烷的厌氧氧化（AOM）是海洋中一个重要的生物地球化学过程，作为微生物过滤器消耗了沉积物释放甲烷总量的90%，在调控全球甲烷收支平衡及减缓温室效应等方面发挥着十分重要的作用。但是，在不同气候变化情景下，AOM的作用并不明确。近期，斯德哥尔摩大学的研究人员建立新的海水动力-热力学-地质力学水合物模型，探讨了全球变暖背景下AOM的气候环境效应。结果表明，当全球升温速度大于1℃/100年时，低渗透率沉积物中甲烷的厌氧氧化效率显著降低，消耗的甲烷小于总排放量的5%。这说明若全球气温快速上升，AOM对于减少海底甲烷排放作用极其有限，大量温室气体仍然排放到大气中。该文章近期发表于《地球与环境通讯》。

　　文章来源：Stranne C, O’Regan M, Hong W L, et al. Anaerobic oxidation has a minor effect on mitigating seafloor methane emissions from gas hydrate dissociation[J]. Communications Earth & Environment, 2022, 3(1): 1-10.

　　（八）海洋浮游植物垂向迁移，可能提高“生物泵”效率

　　海洋“生物泵”及其碳循环效应是当前全球变化研究的热点问题之一。海洋浮游植物能够通过光合作用高效固碳和产生氧气，是海洋主要的初级生产者，占全球海洋初级生产力的90%以上。然而，传统观点认为海洋浮游植物几乎不会垂向迁移，而是“随波逐流”，这无法解释海洋真光层维持较高海洋净初级生产力（NPP）的原因。德国亥姆霍兹中心的研究人员通过模型研究，发现大量海洋浮游植物可垂向迁移，增加高达40%的初级生产力（>28 tg/yr N），贡献量约占总海洋NPP的25%（约56 PgC/yr），这一结果也得到了NPP的季节性变化、垂向变化及全球地理分布的有效证实。此外，浮游植物垂向迁移的敏感性研究表明，全球变暖所致的海洋分层增加会进一步促进NPP升高，这说明此前的气候模型很可能低估了海洋初级生产力及其固碳能力，需要在未来全球碳收支平衡估算时加以考虑。该文章近期发表于《自然·气候变化》。

　　文章来源：Wirtz, K, Smith, S L, Mathis, M et al. Vertically migrating phytoplankton fuel high oceanic primary production[J]. Nature Climate Change, 2022.

　　（九）科学家预测未来影响海洋生物多样性的15大新兴因素，旨在推动政策变革，增加经费投入

　　海洋和海岸带栖息地的生物多样性正在经历前所未有的变化，虽然很多驱动因素已为大家熟知，如过度开发、气候变化、环境污染等，但大量新兴问题尚未被人所注意。剑桥大学科学家汇集了全球11个国家的30位海洋和海岸带系统领域的学者、政策制定者和相关从业人员，通过德尔菲调查（专家匿名调查法）从75个问题清单中确定了未来十年对生物多样性的15个主要的新兴影响因素。这15个因素可分为三类，一是影响和改变海洋生态系统的因素，包括陆地野火事件、海岸带透光性降低、海水酸化造成的金属污染毒性增加、气候带迁移导致赤道地区生物贫化、气候变化导致鱼类营养成分改变等；二是海洋资源使用和开发，包括海洋胶原蛋白过度开发、鱼类贸易扩大、中层鱼类捕捞对海洋生物碳泵的影响、从深海盐水池和冷泉提取锂金属对生态系统的影响；三是海洋开发新技术，包括海洋工程建设、海洋漂浮城市建设、全球向绿色技术过度开发加剧微量元素污染、新型水下跟踪系统应用、海洋机器人应用、新型可降解材料使用。这项研究旨在提高人们对海洋的认识，鼓励增加对这些新兴影响因素研究的经费投入，推动长期政策变革，近期发表于《自然·生态与进化》。

　　文章来源：James E H, Ann T, David J A, et al. A global horizon scan of issues impacting marine and coastal biodiversity conservation[J]. Nature Ecology and Evolution, 2022.

　　广州海洋局海洋战略研究所（转载请注明出处）