【信息】海洋科技动态

　　印度地球科学部近期启动了深海任务（DOM），以推动印度政府“蓝色经济”发展。这是一项多部委、多学科的联合倡议，重点开展深海矿产资源勘探和深海采矿技术开发、海洋生物多样性研究、海洋科考船采购、海洋气候变化咨询服务、深海观测和能力建设等工作。DOM提案已于2021年获政府批准，总预算约5.5亿美元。开发6000米级载人深潜器（MATSYA 6000）是其中一项子计划，目前正在建造中。该深潜器计划可搭载3人，作业时间约12小时，应急续航时间约96小时，主要用于深海矿产资源勘探。印度拥有7517公里海岸线和1382个岛屿，海洋环境得天独厚，在印度政府的“新印度”愿景中，蓝色经济是十大主要增长点之一。

　　（二）美国加州理工大学开发海洋碳捕集技术，可低成本大规模除碳

　　美国加州理工大学Captura公司将与南加州天然气公司合作，利用废弃海上石油天然气平台，发展直接海洋碳捕集技术（Direct Ocean Capture），主要是测试从海水中提取CO₂的能源效率和纯度。该技术基于表层海水能自然吸收大气中CO₂的特点，利用可再生能源将表层海水抽到岸边或离岸平台上处理，提取海水中CO₂，然后再注入少量碱进行中和，而处理过的海水会重新进入海洋，具有继续吸收大气CO₂的能力，最终达到持续从大气中除碳的目标。该技术使用的酸和碱由海水通过电渗析提取，无需额外的CO₂吸收剂，没有副产品，也不需要建造专门的空气接触器，是一项以较低成本实现大规模碳捕集的新方法。2021年，加州理工大学专门成立Captura公司，以推动该技术的应用。同时，此技术获得著名企业家马斯克（Elon Musk）发起的XPrize除碳里程碑奖，获得100万美元资助。

　　（三）英国国家海洋学中心（NOC）研发海洋环境监测集成传感器

　　NOC牵头的“蓝海研究联盟”（Blue Ocean Research Alliance）近期推出了一款搭载有海洋环境监测集成传感器的ROV，目前正在南大西洋进行数据采集测试，并计划前往挪威和澳大利亚等地开展进一步试验。该集成传感器名为BORAbox，可固定在ROV、调查船或其他海底基础设施上，实时监测海水温盐深、含氧量、无机碳、稳定碳同位素、营养物质、热通量等海洋环境变量，并将数据发送到调查船或平台上。NOC希望将来能大量部署BORAbox，其收集的信息有助于行政决策者了解气候变化及其对海洋的影响，以支持海洋政策制定。BORAbox还可更好地预测未来几十年海洋和天气系统的演变，支持全球海洋健康评估和海洋观测。

　　（四）荷兰研究人员调查海洋次重力波的侵蚀效应，验证海岸沙丘侵蚀模型

　　荷兰代尔夫特理工大学的学者探讨海洋次重力波对海岸沙丘的侵蚀效应。海岸沙丘是砂质海岸的天然防护屏障，也是荷兰海岸侵蚀防护工程的重要保护对象。大多数波浪由风吹过海面产生，当海洋膨胀与风浪相互作用时，就会出现次重力波，这种波会在海滩上长距离传播到达沙丘，造成侵蚀。为更好地保护海岸，荷兰政府建立“海岸沙丘侵蚀模型”作为监测并管理海岸沙丘的基础。为验证该模型的有效性，研究人员在荷兰海牙De Zandmotor沙滩建造了两个人工沙丘，并在风暴潮季节进行现场监测。研究团队在深水区和浅水区分别放置了一系列声学多普勒电流剖面仪（ADCP）及矢量速度计，以查明深水区的波浪状况，并分离不同的次重力波并量化其方向和能量。研究所获取的数据有助于更准确地评估波浪的侵蚀能力，制定有效的海岸沙丘防护措施。

　　（五）美国研发有孔虫分类识别机器人，大幅提高工作效率和识别度

　　美国北卡罗来纳州立大学和科罗拉多大学博尔德分校的学者共同开发了一种能够分类和识别有孔虫的机器人“Forabot”。有孔虫是一种古老的原生动物，自寒武纪就存在于海洋中，个体微小且种类繁多，其化石是生物地层学、古生态学研究和古海洋环境重建的重要基础。然而，分离不同种类的有孔虫是一项繁琐且耗时的工作，且对研究人员的专业背景知识有很高的要求。Forabot机器人应用人工智能对有孔虫的壳体进行分离、成像及识别，目前已能够识别6种不同类型的有孔虫，每小时可处理27个样本，识别准确率约79%，高于大多数人工识别。处理样本的速度虽然不算快，但机器人可以长时间不停顿地工作。研究人员将进一步扩大机器人识别有孔虫的种类，提升标本处理速度，进而提高古海洋学的研究效率。

　　（六）分析南极洲的地热流模型差异，揭示冰盖对气候变化的响应

　　地热流（GHF）是由地球内部冷却和放射性元素衰变产生的热量向外辐射产生的热流，是板块构造过程的动力来源之一。由于受到岩石圈和地壳结构、构造环境等多种因素影响，地热流在全球各处的强度和规模差别很大。在南极洲，地热流在预测冰盖对气候变化的反应方面有着重要作用，但由于使用的建模方法不同，前人绘制的南极地热流图存在着许多矛盾之处。澳洲塔斯马尼亚大学的学者将这些不同的地热流模型进行对比分析，发现这些模型之间的差异可以反映南极洲的构造演化过程。南极洲西部的高地热流异常（高达119 mW/m²）是由新构造裂谷运动、火山活动和地幔热异常等多种因素共同造成；南极洲东部的岩石圈相对稳定，地热流异常变化较小，其中某些区域的地热流值升高是由岩石圈的减薄、构造单元和产热元素（例如地壳中的火成岩）的浓度共同造成；而其他区域的热异常则有可能来自模型的不确定性。该研究强调，地热流是模拟冰盖演化的关键条件，通过模型显示的地热流不确定区间，可以精细尺度地解释热流变化，进而为南极冰盖演化的预测模型提供可靠的数据基础。相关成果发表于《Nature Reviews Earth & Environment》（自然评论·地球与环境）。

　　文章来源：Reading A M, Stål T, Halpin J A, et al. Antarctic geothermal heat flow and its implications for tectonics and ice sheets[J]. Nature Reviews Earth & Environment, 2022: 1-18.

　　（七）汞同位素证据揭示，火山活动触发并持续作用于古新世-始新世极热事件

　　古新世-始新世极热事件（PETM，~55.9 Ma）是新生代以来最显著的全球快速升温事件，期间温室气体的释放量与过去两个世纪人类活动造成的排放水平相当，因此被认为是研究全球变暖机制及其环境效应的“相似型”。目前，主流观点认为PETM的触发与形成北大西洋大型火成岩省（NAIP）相关的火山活动所释放巨量CO₂进入海-气系统有密切联系，然而两者之间的确切联系机制仍然存在争议。学者基于北大西洋北海盆地的岩心沉积物，通过分析沉积物中汞（Hg）元素丰度及Hg同位素（_△¹⁹⁹Hg）组成，重建了PETM期间的火山活动历史。研究表明，在PETM初期，指示火山活动的_△¹⁹⁹Hg显著增加，证实NAIP火山活动可能触发了PETM的开始。此后，_△¹⁹⁹Hg值不断增加，指示火山活动持续到PETM中期，直至该事件结束后逐渐减弱。该研究首次基于Hg同位素证实了NAIP火山活动与PETM事件间的因果联系，强调了火山活动在PETM发生后的长期持续作用，为理解极端温室期的全球升温机制提供了科学依据。相关成果近期发表于《Earth and Planetary Science Letters》（地球与行星科学快报）。

　　文献来源：Jin S, Kemp D B, Yin R, et al. Mercury isotope evidence for protracted North Atlantic magmatism during the Paleocene-Eocene Thermal Maximum[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2023, 602: 117926.

　　（八）古环境DNA揭示两百万年前格陵兰岛生态系统

　　晚上新世-早更新世（约3.6—0.8 Ma）的温室期被认为与地球未来气候变暖条件类似，因而成为地球科学界关注的重点地质时期之一。在此温室期，古气候记录揭示高纬度地区（尤其两极地区）的升温幅度更为显著，但是，极地区域保存的化石稀少，因此温室期该区域的生物群落情况仍然鲜为人知。丹麦哥本哈根大学的研究人员基于北格陵兰岛采集的柱状岩心沉积物，通过提取古环境DNA（eDNA）记录，重建了2 Ma前的格陵兰岛古植物和动物群落组合。研究表明，温室条件下格陵兰岛是一个开放的森林生态系统，包含了许多北方特有的植被组合。此外，eDNA还证实了此时北极存在乳齿象、野兔、驯鹿等动物群落，指示此时北极地区的气候比现代更加温暖。该研究开辟了利用古沉积记录进行遗传学研究的新领域，为利用古环境DNA追踪地质历史时期生物群落的演化提供了新思路。相关研究近期发表于《Nature》（自然）。

　　文献来源：Kjaer K H, Winther Pedersen M, De Sanctis B, et al. A 2-million-year-old ecosystem in Greenland uncovered by environmental DNA[J]. Nature, 2022, 612(7939): 283-291.

　　（九）增厚洋壳的规模和板块俯冲速率，促使中生代华南古太平洋板块俯冲角度发生变化

　　在中生代，年龄为~80 Ma的古太平洋板块平板俯冲于华南板块下方，形成寒冷且致密的大洋板块，但该板块由平板俯冲转变为高角度俯冲的原因尚不清楚。学者运用二维热力学数值模型，对从平板俯冲转变为高角度俯冲的过渡模式中，增厚洋壳（TOC）的规模（长度和厚度）与俯冲速率之间的关系进行了研究。结果表明，在低俯冲速率（如1cm/yr）情景下，即使长100 km的榴辉石化TOC也可以引发大陆岩石圈下方的板片分层，且最大俯冲速率随着TOC规模的增加而增大。当俯冲速率超过某一临界值（如≥4 cm/yr）时，无论TOC大小，大洋板块都会发生回撤，与没有TOC的情景相比，TOC的存在会延迟回撤的起始时间。此外，研究发现在一定的俯冲速率范围（1.8~2.0 cm/yr）和较小规模TOC（长100 km，厚20 km）情景下，80 Ma的古太平洋板块可以保持长期的平板俯冲。数值模拟结果与全球板块运动模式的比较表明，约195±5 Ma以来，华南板块向西北运动引起了大洋板块的分层，古太平洋板块的TOC到达大陆弧的时间应该比先前估计的约250 Ma要晚。相关成果发表于《Geochemistry, Geophysics, Geosystems》（地球化学，地球物理，地球系统）。

　　文献来源：Jiang J, Mao Y, Hu X. Factors on the Mesozoic transition from flat to steep subduction of the Paleo‐Pacific Plate beneath South China: Thickened oceanic crust and subduction rate[J]. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, e2022GC010523.

　　（十）海洋微生物耗氧强度存在巨大差异，3%的微生物能消耗30%的氧气

　　海洋微生物（主要为海洋原核浮游生物）光合作用与呼吸作用之间的平衡，是全球碳交换过程的关键影响因素。然而，海洋微生物数量巨大、种类繁多，以往的研究仅能将微生物视为整体进行碳交换估算，难以对具体种类海洋微生物的贡献进行评估。美国毕格罗海洋实验室牵头开发了一种新方法，将生物单个细胞功能和基因联系起来，采用荧光探针示踪海洋浮游生物的呼吸行为。当某种微生物呼吸越多，它们的群体在海水中就变得更亮。新技术应用于美国缅因湾及大西洋、太平洋和地中海数个地点的浮游生物，结果表明，不同种类海洋原核浮游生物之间的呼吸作用强度存在数千倍差异，不到3%的原核浮游生物消耗了原核浮游生物耗氧总量的三分之一，并呼出大量二氧化碳。这项研究提出了更精细的海洋微生物行为跟踪方法，有助于更准确地进行海洋微生物参与全球碳循环过程的计算机模拟。相关成果近期发表于《Nature》（自然）。

　　文献来源：Munson-McGee J H, Lindsay M R, Sintes E, et al. Decoupling of respiration rates and abundance in marine prokaryoplankton[J]. Nature, 2022: 1-7.

广州海洋局海洋战略研究所（转载请注明出处）