【信息】海洋科技动态

（一）德国基尔亥姆霍兹海洋研究中心和哈佛大学获欧洲研究委员资助，共同探索气候变化与大洋中脊发育过程的联系

有观点认为，随着陆地冰盖的扩张，地壳负荷相应增大，可以限制火山活动。反之，冰川融化引发地壳负荷减少，就会导致火山活动增加。同理，冰川融化导致海平面上升，加大了海底的静水压力，海底热液、火山活动也会随之受到影响。基于这一背景，地球历史上冰期-间冰期旋回很可能会与海底火山活动、热液活动等一系列地质过程相互对应。为验证此问题，德国基尔亥姆霍兹海洋研究中心（GEOMAR）和哈佛大学联合开展一项基金项目，并于今年10月获得欧洲研究委员会（ERC）1400万欧元资助。该项目计划在大西洋中脊、美国西海岸胡安德富卡海脊和东南太平洋海隆等海区采集沉积物岩心和地震数据，将地壳厚度与分析沉积物获得的时间序列相结合，从火山学、岩石学、古海洋学、地球化学和地球物理的角度重建过去150万年以来的海底火山活动。项目拟通过评估该海底热液过程是否受海平面变化的影响，以验证地球冰期旋回-火山活动的假说。此外，这项研究还将建立一个连续、高分辨率的火山系统时间序列，开创海洋火山活动探索的新领域。

（二）美国斯克里普斯海洋学研究所获660万美元资助，将研究气候变化对海岸线和人类的影响

今年10月，美国国家科学基金会授予美国斯克里普斯海洋学研究所660万美元，以资助两个为期五年的研究项目。其中一个项目（500万美元）主要用于研究南加州地区极端热浪对海洋过程、海岸线变化和居民社区的影响。该项目分为3个研究主题：1. 使用海洋和陆地热浪期间海气相互作用的观测数据和模型，优化对未来沿海云量变化和大气条件反应的预测；2. 分析南加州地区人口亚群和社区之间的差异性，探讨与极端高温相关的健康问题，判断南加州人口的热脆弱性；3. 研究南加州沿海人口稠密区水资源管理、城市绿化的热适应策略。另一个项目（160万美元）将海洋学和考古学相结合，利用历史和考古学知识重建过去1万年以来波多黎各沿海社区的历史变化，并结合沿海生态系统和海平面变化信息，了解海平面上升和气候变化对社区造成的影响。

（三）美国海军将全面更新远洋打捞和救援多功能船，总数多达8艘

2019年开始，美国海军建造一系列“纳瓦霍级”支持船 （型号T-ATS），为舰队提供远洋拖船、打捞和救援服务，以支持美国海军的全球行动和部署。T-ATS总数量预计为8艘，于2021—2025年分批入列，将逐步取代美国军事海运司令部现服役 Powhatan 级 T-ATF远洋拖船和 Safeguard 级 T-ARS 救援和打捞船。

新型T-ATS 是一种多任务通用船体平台，长80 米，型宽18 米，吃水深度5.4 米，排水量5110吨，可容纳23名船员和42名任务执行者。平台具备558平方米的甲板空间，可容纳独立或可互换的专业系统，包括网络战和电子战系统等。平台还配备无人水下航行器(UUV) 和无人驾驶飞行器 (UAV)，可进行拖曳、救援、打捞、人道主义援助、溢油响应、广域搜索和监视行动。

（四）新西兰Boxfish公司研发新型ROV，具备自主控制系统

Boxfish公司是新西兰一家专门生产ROV的小型公司，最近新推出了具备自主控制系统的ROV。该ROV仅23公斤重，两人即可轻易地在任何小船上释放和回收。ROV配备一个4K主摄像头和两个超广角导航摄像头，以及大量传感器，具有自动稳定系统和操作员辅助功能，可自主识别视频和数据异常。ROV的最大作业水深1000米，内置动力电池，如果通讯中断，可依靠自身动力返回水面。

该ROV可实现多项自主控制功能，提高水下作业效率。例如，操作员操控ROV检查了海底管路之后，ROV可以自动重复检查，通过比较两次检查的视频和传感器数据，操作员可有效识别异常情况；再如，在完全自主模式下，ROV 可以按预先编好的程序运行，通过传感器系统地采集数据。

（五）比利时GSR公司开发深海多金属结核采矿机器人

2015年，比利时海洋全球矿产资源公司（GSR）首次研发出深海海底采矿机器人Patania I号，并进行了海试。Patania I号每次下潜平均仅能行驶 5 公里，定位误差较大（5米），使得操作人员和自动驾驶系统很难对其进行正确控制。近期，GSR研发了第二代采矿机器人Patania II号，原型机已公开展示，下一步将进行海试。Patania II 具备强大的定位系统，长为 10 米，高度和宽度约为 4 米。它前面有四个液压收集器，利用康达效应能在不接触海床的情况下采集结核。除了工程技术试验外，GSR公司还将与世界各地的大学和研究机构合作，利用Patania II进行深海采矿环境影响试点研究。

（六）九州-帕劳海脊发育多期次岩浆活动，构造薄弱带和弧后扩张为主要驱动因素

残留弧是俯冲过程中从火山岛弧分离出来的不活跃部分，记录了俯冲带形成初始到早期发育的构造-岩浆活动特征，对理解俯冲带如何从初始俯冲到成熟俯冲的发展具有重要意义。九州-帕劳海脊（KPR）作为全球典型的残留弧，形成于始新世太平洋板块向西俯冲，是研究残留弧构造演化过程的理想场所。KPR沿脊方向岩浆活动存在明显差异，但控制差异的因素和俯冲过程对KPR的影响，还需要进一步的研究。

研究人员运用基于白顶帽转换的空间滤波方法（White top-hat，一种增强和提取图像线性特征的方法），对KPR的海山进行精确识别，计算出沿脊的海山体积分布，并结合海山年龄进行分析。研究发现，KPR岩浆活动具有多期次的发育特征，早期海山主要发育在前渐新世构造薄弱带附近，包括大东海岭、西菲律宾海盆的中央海盆断裂带与KPR交界区域。研究人员认为，这些构造薄弱带促进了KPR在早期俯冲作用期间岩浆的运移，造成海山体积的聚集。另外，大多数海山年龄为30 Ma -22 Ma，表明渐新世晚期在KPR上发生了新一期的岩浆活动。中段海山体积的时空变化也与弧后盆地的渐进式扩张特征相对应，这表明该期岩浆活动是由帕尔西维拉-四国海盆的弧后扩张驱动的。相关研究成果近期发表于《亚洲地球科学杂志》。

文献来源：Ding, Hanghang, et al. "Spatiotemporal Distribution of Seamount Volume along the Kyushu-Palau Ridge: Implications for Rejuvenated Volcanism." Journal of Asian Earth Sciences (2022): 105391.

（七）IODP 沉积记录揭示，大西洋温盐环流和南极冰盖扩张对上新世海洋碳储库有显著影响

海洋是地球系统中最大的碳库，能够调控地质历史时期大气二氧化碳分压的变化，进而对气候演化产生深远影响。研究表明，海水碳酸根离子浓度（[CO₃^2-]）记录可以提供深海洋流和碳循环的重要信息，有助于理解深海调节大气二氧化碳浓度变化的机制。近期，海洋一所研究人员基于IODP 363航次U1490站位浮游有孔虫的标准化壳体重量，重建了上新世西太平洋深层水（△[CO₃^2-]）指标的演化历史。研究结果表明，太平洋深层水△[CO₃^2-]在约4.6Ma和2.7 Ma分别出现了突然降低和明显的峰值，前者可能与巴拿马海峡关闭导致的北大西洋深层水（NADW）形成增加有关，后者则与北半球冰期开始阶段NADW形成减少有关。由此认为，NADW形成的变化可能是导致太平洋和大西洋间深层水△[CO₃^2-]“跷跷板”式波动的主要因素。此外，在上新世晚期（约3.8 Ma -2.8 Ma），太平洋深层水△[CO32-]表现出长期降低趋势，这可能与南极冰盖的扩张及南大洋来源水团影响有关。该研究强调了大西洋温盐环流和南极冰盖扩张对于上新世期间海洋碳储库的显著影响，相关研究成果近期发表于《地球与行星科学快报》。

文章来源：Qin, Bingbin, et al. "Influences of Atlantic Ocean thermohaline circulation and Antarctic ice-sheet expansion on Pliocene deep Pacific carbonate chemistry." Earth and Planetary Science Letters 599 (2022): 117868.

（八）太平洋海底火山主要由浅部板块构造作用形成，受深部地幔柱的影响较少

海底火山作用形成的海山是大洋岩石圈深部岩浆活动在浅部的表现，是板内火山作用的最直接证据。目前，针对板内海山的形成机制有两种观点，即地幔柱成因和非地幔柱（构造）成因。对于板内海山形成的主要驱动因素、以及地幔柱对板块构造运动的贡献等问题还存在着许多争议。研究人员基于全球高程数据，对太平洋板内海山的空间分布进行了量化分析，特别是运用高斯过程回归方法，对以往被严重忽略的沉积层覆盖之下的不规则海山体积进行了计算，获得了太平洋沉积基底以上的板内火山喷发体积分布更精确的结果。海山体积统计数据显示，在太平洋板块内部，地幔柱-热点作用对海底火山喷发的贡献并不大，地幔柱成因的海山体积总量仅占太平洋所有海山体积总量的18%。因此，研究人员认为，太平洋的板内火山作用主要受构造作用的控制，相关研究成果发表于《地球与行星科学快报》。

文章来源：Zhao, Yanghui, et al. "How strongly do plumes influence Pacific seamount distribution?." Earth and Planetary Science Letters 595 (2022): 117786.

（九）碳埋藏量化研究表明，河流三角洲在地质历史时期是全球重要碳汇

海洋沉积物中埋藏的有机碳是海洋碳循环的重要组成，据估计，陆地有机碳在海洋中的埋藏速率约为58±17百万吨/年（Mt/yr），是仅次于陆地硅酸盐风化的第二大碳汇。其中，河流三角洲和相关陆架沉积占全球海洋沉积物埋藏有机碳的70%—90%。然而，在地质时间尺度上，三角洲的碳储存潜力仍然未得到详细的量化研究。近期，加拿大卡尔加里大学的研究人员基于野外测量和航拍照片，发现了保存在智利Magallanes盆地的一个上白垩统（约75 Ma）的三角洲地层，并结合有机碳分析，计算了该三角洲综合有机碳埋藏情况。结果表明，在约10—90万年的时间内，该三角洲埋藏了93±19 Mt的陆地有机碳，埋藏速率约为每年2.3-15.7 t/km²，这达到了现代亚马逊河三角洲碳埋藏的同一量级。研究强调，河流三角洲不仅在地质历史时期，也会在更长远的时间尺度上作为陆地有机碳的重要碳汇，因此保护当今全球三角洲不受人类活动的破坏，对于海洋碳封存至关重要。相关研究近期发表于《自然·地球科学》。

文献来源：Hage S, Romans B W, Peploe T G E, et al. High rates of organic carbon burial in submarine deltas maintained on geological timescales[J]. Nature Geoscience, 2022: 1-6.

（十）卫星数据显示，汤加海底火山喷发大量火山灰，刺激海洋浮游植物勃发

海洋中的浮游植物能进行微型光合作用，是海洋食物网的基础，而此类生物生长通常受海洋低浓度营养物质的限制。2022年1月，汤加海底火山爆发，向海洋释放了大量火山灰，这些火山灰含有营养物质，很可能有利于浮游植物生长。近期，美国夏威夷大学的研究人员基于卫星对海面反射光线的测量结果，发现该火山附近的浮游植物增加了约10倍。卫星数据显示，在火山最大喷发后的48小时内，附近海域就出现了一个高叶绿素a浓度的区域，表明生态系统对营养物质的快速响应。尽管火山在海底喷发，但大量的火山灰羽流进入到大气，上升到几十公里的高度，表明火山喷发出的大量的营养物质既可以通过火山口上升流输送到海洋表层，也可以通过大气扩散的火山灰沉降到海水表层。该研究强调，火山灰的扩散沉降可能是控制该区域浮游生物勃发的主要因素，相关研究成果近期发表于《地球物理研究通讯》。

文献来源：Barone B, Letelier R M, Rubin K H, et al. Satellite detection of a massive phytoplankton bloom following the 2022 submarine eruption of the Hunga Tonga–Hunga Haʻapai volcano[J]. Geophysical Research Letters, 2022: e2022GL099293.