【信息】海洋科技动态

　　俯冲带广泛分布于全球板块边缘，是大洋板块俯冲于大陆板块之下形成的构造区域。由于构造活动十分活跃，俯冲带会诱发地震、海啸、火山爆发和山体滑坡等大型地质灾害，对沿海地区居民造成威胁。俯冲带四维研究计划（SZ4D）是美国科学界对俯冲带地质灾害进行观测研究的专项计划，设立于2016年。经过多年的酝酿，SZ4D在近期发布的报告中提出了新研究项目，拟组建多学科研究团队，在俯冲带区域的陆地和海底部署大量仪器，进行详细的地质观测，对形成各种地质灾害有关的地表和环境条件进行分析。此外，研究人员将进行实验室模拟，并结合观测数据开发更复杂和更准确的计算模型。该项目拟在北美洲卡斯卡迪亚俯冲带、阿拉斯加俯冲带和南美洲智利俯冲带这3个区域部署观测仪器，其中，智利俯冲带的构造活动相对活跃，将成为该计划的主要研究区域。该研究计划的实施有助于科学家加深对俯冲带活动机制的了解，提升对地质灾害的预测能力。

　　（二）美国SeaTrac公司与伍兹霍尔集团（WHG）合作，在墨西哥湾测试新型无人艇（USV）

　　美国SeaTrac公司致力于设计和开发USV，采用太阳能动力，同时配置较大容量的储存电池，可保障其在不同的海况下保持稳定的巡航速度。近日，SeaTrac 公司与伍兹霍尔集团（WHG）合作，应用SP-48型USV在墨西哥湾完成了为期21天的水面作业，评估了其调查能力。作业期间，SP-48型USV实现24小时不间断运行，在流速大于2节的环境下航行800多海里，使用声学多普勒海流剖面仪（ADCP）和多波束设备进行海流监测和地形测量。作业期间，操作人员在马萨诸塞州的SeaTrac中心进行远程操控。USV安装4个摄像机以提供周边360°视角，AIS系统可传回位置信息并监测其他船只。

　　WHG是一家国际组织，致力于为政府和能源企业提供海洋环境咨询、海洋测量、可持续渔业管理的卫星数据采集等服务。

　　（三）英国国家海洋学中心（NOC）与南安普敦大学合作，利用无人潜航器监测废弃油田环境

　　远程潜航器（ALR）是NOC开发且引以为傲的水下自主航行器，其最大下潜深度达6000m，配备多项先进技术和设备，可在广泛海域和冰川下航行作业。近日，NOC领导的“基础设施生态评估自主技术”项目（AT-SEA）利用ALR在英国北部设得兰群岛周边几个废弃油田和海洋保护区内进行生态环境监测，并搭载南安普敦大学研发的BioCam技术，获取了高质量图像和数据资料。BioCam是专为海底测绘开发的3D视觉成像系统，具有先进的照明和海底地形测量技术，可在数据收集的同时快速生成亚厘米级分辨率的3D地形图，拍摄大量海底图像并自动将图像拼接，使科学家能更直观地观测海底地形地貌和生物活动，并检测可能发生的污染物泄漏。ALR主要使用电池供电，在本次任务中共航行21天，行程1013公里，仅消耗2L燃油。与传统调查手段相比，ALR大大降低了人员和设备成本，减少碳排放，这有助于NOC的海洋调查监测工作实现向零碳目标。

　　（四）德国基尔亥姆霍兹海洋研究所（GEOMAR）开发高清海底摄像系统，图像质量媲美陆地摄影

　　高精度测量通常基于光学方法。在陆地上，基于激光和航空测绘的光学测量手段发展迅速，然而水下光学观测技术的发展却远落后于陆地。海底摄像系统作为一种可视化光学设备，除了要承受高压环境外，还因为水体光线折射问题，拍摄质量很难做到高清和高保真。GEOMAR技术人员在2018—2022年主导了一个名为“灯塔”的项目，总经费237万欧元，研发出高精度“深海航空相机”（deep-sea aerial camera）。在该项目中，GEOMAR与光学巨头蔡司公司合作，解决了镜头在极深环境下承受的压力和光线折射带来的影响，首次实现对大范围海底的高清影像拍摄。此外，这个海底摄像系统中新增了两个模块，可通过互联网同步链接和控制多个摄像头，同时借鉴电影行业的计算机图像处理技术，可创建360°海底图像。

　　（五）苏格兰海上能源公司成功测试原型波浪能发电机，结果超出预期20%

　　“阿基米德”波浪能发电系统（Archimedes Waveswing）是苏格兰海上能源公司（AWS Ocean Energy）研发的一套海洋波浪能开发设备，该系统利用水下浮标将波浪产生的动能转换为电能，通过多个浮标组成阵列进行大规模发电。在过去6个月中，该发电系统在欧洲海洋能源中心（EMEC）进行原型机测试，单个浮标在中等波浪条件下转换了最高80kW、平均10kW功率的电力，超出开发商预期值的20%。整个测试过程表明，该发电系统从码头部署安装到完全投入使用仅需12小时，在恶劣天气下也具有持续发电的能力。当前测试计划将于年底前完成，该公司计划于2023年初重新调试设备并进行下一步试验，未来可为油田钻井平台和海洋监测平台供电。

　　EMEC于2003年在苏格兰奥尼克群岛建立，是目前全球领先的海洋能研究机构，利用丰富的海洋能场景建设了全比例或按一定比例缩小的潮汐能和波浪能试验场，至今已有超过120家潮流能公司、260多家波浪能公司、75个大学和研究机构在这里开展了100多个研究项目，是全球公认的海洋能装置测试高地。

　　（六）南海北部IODP岩心沉积记录揭示，珠江形成于3千万年前

　　珠江流域发源于华南地块东南沿岸，向南海北部输送了大量的陆源沉积物，其形成演化过程与区域古环境变化密切相关。然而，由于缺乏长时间尺度连续的高分辨率沉积记录，珠江流域的演化细节仍不明确。研究人员基于IODP 368航次在南海北部陆缘U1501站位钻取的沉积物，通过分析沉积物碎屑态组分的粘土矿物和Sr-Nd同位素组成的变化，重建了始新世晚期（约35Ma）以来流域演化历史。物源分析表明，碎屑沉积物来源在32~30Ma间发生了显著变化，具体表现为：32Ma以前的沉积物主要来自华南地块东南沿岸，而30Ma以后的沉积物主要来自古珠江。这种物源变化表明，现代规模的珠江至少在30Ma以前就已经完全形成，并开始为南海北部输入沉积物。此外，研究人员还认为，在晚始新世-早渐新世时期，青藏高原东南部的隆升推动了从华夏地块沿岸到扬子地块内部的河流大规模向西扩张，从而导致南海北部沉积物的地球化学和粘土矿物特征发生了相应的变化。相关研究成果近期发表于《地球与行星科学快报》。

　　文献来源：Jin H, Wan S, Clift P D, et al. Birth of the Pearl River at 30 Ma: Evidence from sedimentary records in the northern South China Sea[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2022, 600: 117872.

　　（七）北大西洋洋中脊热液中的溶解相铁主要以胶体形式扩散，区域地形是影响扩散范围的主要因素

　　沿着大洋中脊发育的热液系统向海洋释放大量的还原金属元素（如铁元素），一旦与含氧的海水混合，大部分金属元素形成氧化物沉淀，最终在喷口附近形成多金属沉积物。但是，有少部分热液来源的铁元素并未沉淀，以溶解相的形式留在海水中。已有研究表明，热液来源的溶解相铁（DFe）在海洋中的扩散过程十分重要，而铁是影响浮游植物生产力的重要微量元素，因此DFe的扩散在一定程度上可调控全球碳循环。近期，英国利物浦大学的研究人员基于原位观察和数学模拟，探讨了驱动北大西洋中脊主要热液系统DFe的扩散过程及其控制机制。研究结果表明，DFe主要以胶体形式从热液喷口向外扩散，大西洋中脊的复杂地形对于控制DFe从喷口区向外扩散至关重要。该研究强调，由于此前研究忽略了区域地形复杂程度对DFe扩散范围的作用，当前用于重建全球海洋铁循环的模型不能够准确评估全球热液系统中DFe扩散形式及其对生物地球化学的影响，有待未来在具有更高空间分辨率的模型中探讨。相关研究成果近期发表于《地球物理研究快报》。

　　文章来源：Tagliabue A, Lough A, Vic C, et al. Mechanisms driving the dispersal of hydrothermal iron from the northern Mid Atlantic Ridge, Geophysical Research Letters[J]. 2022.

　　（八）地震资料提供了晚始新世南极洲冰室条件形成和洋流变化的证据

　　发生在约34 Ma的始新世-渐新世气候转型（EOT）是新生代气候演化过程中显著变冷事件之一，它伴随着南极大陆冰盖的出现，标志着地球从两极无冰的“温室期”向单极有冰的“冰室期”转型（北极冰盖直到2.6~2.7Ma才出现）。普里兹湾是南极洲印度洋扇区中最大的海湾，地处世界最大的兰伯特冰川所占据的地堑末端冰川入海处，具有“瓶颈”式的海底地形和地理环境。近期，研究人员基于南极洲普里兹湾近海的多/单道地震反射数据，探讨了南极洲大陆边缘沉积过程对EOT的响应及其古环境意义。通过陆架和陆坡区地层记录对比，研究人员识别了一套新的古近纪转型期地层（即EOT阶段温室向冰室转型期）。在该阶段的早期，陆坡上出现块体搬运沉积体系，可能与冰盖扩张导致陆架边缘沉积供应的突然增加有关；转型期晚期，表现为一组可清晰识别的大陆坡斜坡地形，表明此阶段海平面开始上升，大量沉积物通过海洋冰川输送到陆架边缘和大陆坡。在此阶段以后，沉积中心明显向西和西北方向迁移，表明在EOT后洋流变化更加活跃。这一研究成果为始新世晚期南极洲冰川作用的开始及相关洋流变化提供了一个强有力的证据，近期发表于《地球与行星科学快报》。

　　文章来源：Huang X, Steel R, Larter R D. Late Eocene signals of oncoming Icehouse conditions and changing ocean circulation, Antarctica. Earth and Planetary Science Letters[J].2022, 600.

　　（九）构造驱动洋流重组，引发了南大洋生物生产力勃发及碳埋藏增加，导致早渐新世CO2降低

　　大气CO2水平是过去和未来全球气候变化的关键控制因素。在始新世-渐新世之交（约34~27Ma），大气CO₂浓度从>1000ppm下降至约400ppm，一般认为可能与东南极冰盖的快速扩张有关，但其机制仍然存在争议，且碳最终封存的碳库未知。近期，英国莱斯特大学的研究人员综合南极洲东部的威尔克斯地（Wilkes Land）岸外地震资料和IODP钻探数据，发现在南大洋保存了相对较厚的早渐新世沉积地层，范围约1500km×500km，厚度达2.2km，且该沉积层以生物组分为主。高分辨率海洋环流数值模拟结果显示，该阶段德雷克海峡及塔斯曼尼亚海道相继开启，南大洋洋流重组引发了强上升流活动，加之冰盖扩张导致的大陆风化剥蚀增强，共同为海洋表层输送了大量营养盐。这些过程驱动了生物生产力的快速发展，最终导致海洋沉积物中碳埋藏显著增加。根据沉积层的规模及其较高的堆积速率（约每千年16cm），研究人员估算在始新世-渐新世之交，共有1.067×1015kg碳最终封存在南大洋。研究成果进一步解释了此阶段CO₂快速降低的原因，强调了南大洋在调控全球气候变化上的关键作用，近期发表于《自然·通讯》。

　　文献来源：Hochmuth K, Whittaker J M, Sauermilch I, et al. Southern Ocean biogenic blooms freezing-in Oligocene colder climates[J]. Nature Communication, 2022, 15: 6785.

　　（十）新模型揭示全球海洋内孤立波传播速度特征，与潮汐变化密切相关

　　内孤立波（ISW）是发生在海洋内部大振幅、短周期的强非线性重力波。ISW的传播速度受环境因素的影响，在全球范围内差异很大，对预测ISW的传播模式至关重要。卫星遥感影像覆盖范围大，观测频率高，是研究ISW的主要数据来源。然而，包含ISW特征的卫星图像数量还远未覆盖全球，不能满足预测ISW的需求。近期，研究团队收集了全球13个ISW热点的数据，将ISW的物理性质与机器学习技术相结合，开发了ISW的传播速度模型（IPS）。模型中设置了比传统两层海水密度分层更为精确的连续密度分层，采用高斯聚类算法来解决ISW样本分布位置不平衡的问题。模拟结果表明，ISW的传播速度变化与潮汐的变化密切相关，并随着水深的增加而降低。研究人员强调，该速度模型可以对不同水深范围内ISW的速度特性及传播模式进行准确预测，平均相对误差率（PER）仅有6%。相关研究成果近期发表于《环境遥感》。

　　文献来源：Zhang X, Li X. Satellite data-driven and knowledge-informed machine learning model for estimating global internal solitary wave speed[J]. Remote Sensing of Environment, 2022, 283: 113328.

　　广州海洋局海洋战略研究所（转载请注明出处）