【信息】海洋科技动态

　　珍宝蟹是高价值渔业资源之一，海水变暖可能导致其体内毒素浓度升高，危害人体健康，而磷虾是重要的海洋食物网基础。近期，俄勒冈州立大学（OSU）获得美国海洋与大气管理局（NOAA）注资420万美元，以研究气候变化对海洋主要物种的影响，重点研究太平洋海岸珍宝蟹和磷虾在不同气候压力条件下的变化。OSU将围绕海水酸化、海洋缺氧、海洋热浪和有害藻华等4种气候压力因素进行试验，预测海洋生态系统的变化，以帮助沿海地区制定应对措施。

　　（二）日本近期连续举办深海钻探会议，携手欧洲直指2024年后科学大洋钻探

　　日本于1月举办多场与深海钻探相关的会议。1月14日，日本海洋科技中心（JAMSTEC）协同日本东北大学举办“地球深部有什么？”科普活动，通过线上+线下方式与公众分享深海钻探与深海中微子观测知识。1月20日，日本钻探地球科学联合会（J-DESC）组织召开“钻探科学将开启未来”主题研讨会，围绕地球深部钻探与现代社会之间的紧密联系进行交流，包含“超临界地热系统钻探挑战”“深海稀土资源开采进展”“迈向碳中和社会的产业现状”“深海钻探技术”“冰川冰盖钻探技术”“钻探科学职业学校组建进展”等主题，线下会议与线上直播同时进行。1月17日、19日与26日，JAMSTEC协同欧洲大洋钻探联合会（ECORD）将举办“科学大洋钻探的未来”线上研讨会，计划评估2024年后科学大洋钻探规划，征集新一轮欧洲特定任务平台（MSP）和“地球”号钻探建议书，提出未来5~10年需要解决的科学问题并制定发展规划，会议后将发布新的ECORD-Japan大洋钻探计划路线图和报告。会议向国际地球科学界开放，并计划于2023年秋季举办线下研讨会。

　　（三）世界首颗可监测全球水位变化的卫星成功发射

　　由英国、美国、法国等合作开发的地表水和海洋地形图 (SWOT) 卫星近期从美国成功发射升空。SWOT卫星将使用名为 KaRIn的革命性雷达，可覆盖至少90%的地球表面，测量和监测全球海洋、湖泊、水库、河流和湿地的水位变化，追踪沿着河流系统移动的洪水波。卫星观测数据有助于科学家提高对气候变化的认识，预测世界各地的洪水灾害，减轻风险，更好地管理水灾和水资源。有专家认为，水正迅速成为一种主要的地缘政治资源，有必要加强对全球海洋、湖泊水位变化的监测及水灾研究。

　　（四）英国国家海洋学中心（NOC）与企业合作推进海草床储碳研究

　　英国环境咨询公司向该机构捐赠2.5万英镑，用于支持在某自然生态特别保护区的碳取芯和分析工作，保护该地区的海草床和藻类植物。目前，NOC的蓝碳项目组正在调查英国各地海草床，研究其碳捕获和封存能力，并修复已退化的海草床。此外，NOC还呼吁政府加大对蓝碳研究的资助力度，以应对气候变化带来的挑战。海草床是地球上受气候变化威胁并退化最严重的生物栖息地之一，也是缓解气候变化的蓝碳解决方案。

　　（五）瑞典企业使用无人艇（USV）对海上风电场进行大规模调查

　　瑞典大瀑布（Vattenfall）电力公司最近使用无人水面艇（USV）对丹麦海上风电场进行了首次大规模海底调查。为确保海上风电场的安全运营，必须定期对涡轮机底部和变电站导管架周围的海底进行测量，以监测电缆的埋深和被海流冲刷情况。传统的海底调查使用载人柴油动力船舶，会造成碳排放和环境污染。本次调查使用XOCEAN公司提供的USV长仅4.5米，大幅减少燃料消耗。同时，调查由陆上运营中心控制，规避了人员海上工作风险，提高了工作效率。

　　（六）2022年全球海洋热含量创下历史新高，将对海洋生态系统造成深刻影响

　　自上世纪90年代以来，全球变暖速度明显加快，温室气体排放使得大气中增加了热量，其中90%的增加热量被海洋吸收，造成海水变暖，诱发了各种极端天气事件的发生。海洋的热含量（OHC）、盐度、分层变化是地球能量和水循环变化的3个关键指标。中国科学院大气物理研究所联合美国、意大利、新西兰等国学者，对2022年全球海洋这3个关键指标进行了分析，发现0~2000米水深之间的热含量比2021年高出约10 ZJ（1ZJ=1021J），这相当于2021年全球发电量的100倍。另外，全球七大洋中有四大洋的热含量录得1950年以来最高值，海水盐度差指数（SC）也在2022年也达到了有记录以来最高水平。海水温度和盐度的升高影响了海水分层，导致携带氧气和营养物质上升到海面的深层海水变少，这将对海洋生态系统造成深刻影响。研究认为，2022 年区域 OHC 和盐度变化主要由强烈的拉尼娜事件主导。相关研究发表于《Advances in Atmospheric Sciences》（大气科学进展）。

　　文献来源：Cheng, L., Abraham, J., Trenberth, K.E. et al. Another Year of Record Heat for the Oceans[J]. Advances in Atmospheric Sciences. (2023).

　　（七）大洋缺氧条件发展可能导致生物必需微量元素浓度降低，最终影响海洋生态系统

　　早侏罗世Toarcian期大洋缺氧事件（简称T-OAE，~183 Ma）是中生代最重要的极热事件之一，同期伴随着全球大范围海洋的缺氧环境及富有机质黑色页岩沉积。海洋中的一些微量元素（如钼，Mo）既对氧化还原条件敏感，也是海洋生物新陈代谢过程的重要参与者，因此钼含量变化对于理解海洋缺氧条件及其对生物地球化学循环的影响具有重要意义。美国查尔斯顿学院学者以加拿大西部沉积盆地的侏罗纪沉积层为研究对象，首次重建了T-OAE期间古太平洋中钼元素含量变化。结果表明，T-OAE期间古太平洋生物必需的钼元素含量显著下降，估算沉积物中钼埋藏值为41Gt（1Gt=10亿吨）。鉴于钼与总有机碳之间的相关性，科学家估算同时期古太平洋沉积物中有机碳埋藏量约244000 Gt，远多于前人的估算值，这也验证了此阶段极度缺氧的海洋环境与海洋生物大规模灭绝有紧密关联。该研究强调，若现代海洋缺氧条件继续发展，加之海洋微量元素含量持续减少，未来海洋生态系统可能再次发生灾难性重组。相关研究发表于《AGU advance》（美国地球物理学会进展）。

　　文献来源：Them T R, Owens J D, Marroquín S M, et al. Reduced Marine Molybdenum Inventory Related to Enhanced Organic Carbon Burial and an Expansion of Reducing Environments in the Toarcian (Early Jurassic) Oceans[J]. AGU Advances, 2022, 3(6): e2022AV000671.

　　（八）模拟实验表明，太阳紫外线对海洋表面的漂浮塑料有重要降解作用

　　自1950年代开始大规模生产和使用塑料以来，大量塑料垃圾随河流进入海洋，造成严重污染。虽然已经发现太阳紫外线辐射可以降解塑料，但降解过程和程度尚不清楚。荷兰皇家海洋研究所学者将塑料碎片放入装满海水的容器中，在模拟太阳紫外线灯的照射下对海水进行自动搅拌，捕捉和分析从降解塑料碎片中形成的气体和溶解的化合物，包括纳米塑料。基于实验观测的估算结果，研究人员认为每年有1.7%~2.3%的海洋微塑料被分解成小碎片，包括肉眼不可见的纳米塑料和分子，其中有一些可以被细菌进一步分解，但只有一小部分被完全氧化成二氧化碳。研究人员推断，目前所有进入海洋的漂浮塑料中，可能已经有7%~22%被阳光降解成溶解颗粒和化合物。该研究可以解释部分进入海洋塑料的去向，但降解后的纳米级塑料颗粒对海洋生物的影响还需要进一步研究。相关研究发表于《Marine Pollution Bulletin》（海洋污染公报）。

　　文献来源：Annalisa Delre et al, Plastic photodegradaton under simulated marine conditions[J], Marine Pollution Bulletin, 2023, 187(114544).

　　（九）气候模拟表明，全球变暖可能会导致海洋深层环流减缓甚至停止

　　全球经向翻转环流（MOC）是海洋环流的一个重要组成部分，通过调节热量再分配及影响海-气相互作用，对全球气候变化产生重要影响。美国加州大学尔湾分校科学家利用36个CMIP6模型和24个CMIP5模型模拟了到2100年时多种气候情景，并计算大西洋经向翻转环流（AMOC）和南大洋经向翻转环流（SMOC）的翻转变化率，发现此时AMOC和SMOC的翻转速率可能会减缓约42%，悲观情景下SMOC到2300年可能会完全停止。MOC的减缓可能会减少海洋溶解度泵对人为排放二氧化碳的吸收，同时也可能增加生物泵对深海碳和营养物质的储存，而深海中营养物质的封存将进一步抑制全球海洋初级生产力。相关研究成果发表于《Nature Climate Change》（自然·气候变化）。

　　注1：CIMP5和CIMP6分别指第五阶段和第六阶段的国际耦合模式计划（CMIP）中开发的全球气候变化模型，其中CMIP5考虑了未来100年达到稳定CO₂浓度以及相应辐射的情景，CMIP6在此基础上考虑了社会发展路径下更加多样化的排放情景。

　　注2：溶解度泵指将碳以溶解无机碳的形式从海洋表面输送到海洋内部的物理化学过程；海洋生物泵指海洋生态环境中以生物或生物行为为动力，将碳元素从海洋表面向深层传递的过程。

　　文献来源：Shaw T A, Miyawaki O, Donohoe A. Stormier Southern Hemisphere induced by topography and ocean circulation[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2022, 119(50): e2123512119.

　　（十）海洋环流和巨大山脉造成南北半球风暴差异，南半球风暴增多趋势明显

　　地理大发现时代以来，航海家的直观感受是南半球海洋风暴多于北半球，而最近数十年的卫星数据证实了这一感受的正确性，南半球风暴数量的确比北半球多24%。然而，产生这一差异的原因尚不清楚。美国芝加哥大学研究团队利用卫星数据，基于物理定律建立了与实际情况相似的气候数值模型，通过不断删减模型中的变量来评估每一个因素对南北半球风暴差异所产生的影响。研究发现，当消除南北半球地形差异后，二者风暴数量差异减少一半；继续消除全球洋流循环后，南北半球风暴数量基本一致。这说明北半球的巨大山脉系统和全球洋流循环是造成风暴数量差异的主要原因。研究人员进一步对1980年以来的风暴频次变化进行评估，发现风暴在南北半球呈不对称变化，南半球风暴越来越多，而北半球平均变化可忽略不计。研究人员认为，气候变化导致的海洋变化、尤其是两极冰川融化扰乱了洋流循环，可能增加了南半球极端风暴的发生频率，未来也将影响到北半球。相关研究发表于《PNAS》（美国国家科学院院刊）。

　　文献来源：Liu, Y., Moore, J.K., Primeau, F. et al. Reduced CO₂ uptake and growing nutrient sequestration from slowing overturning circulation[J]. Nature Climate Change, 2022.

广州海洋局海洋战略研究所（转载请注明出处）