【信息】海洋科技动态

　　2023年11月8日，日本金属与能源安全组织（JOGMEC）完成日本专属经济区海底热液矿床综合评估，集成了2018年以来的调查成果，包括：（1）查明专属经济区海底热液矿床矿产资源潜力为5180.5万吨，远高于2017年所估算的750万吨；（2）验证环境影响评价方法在不同地区的适用性；（3）研发和改进了深海热液矿床开采系统，提升了作业稳定性，降低了环境影响。基于此次评估结果，日本经济产业省将修订《日本海洋能源和矿产资源开发规划》，为海底热液矿床等相关项目提出产业方向和具体规划。JOGMEC已制定了两个矿床的开采计划及相应的环境监测方案，将继续领导和推动日本海底热液矿床产业化发展。

　　（二）瑞士加入国际条约，允许捕获并出口CO₂，储存于他国海底地质构造中

　　11月23日，瑞士政府加入《防止倾倒废物及其他物质污染海洋公约》及其附件《1996年议定书》，将从2024年起允许捕获并出口CO₂，以储存于他国海底地质构造中。瑞士政府在2022年的报告中指出，负排放技术特别是永久碳封存技术是实现国家和国际气候目标的关键，瑞士需要利用国外储碳场所来实现本国净零碳排放目标。《防止倾倒废物及其他物质污染海洋公约》于1972年由80个国家签署通过，《1996年议定书》对其进行补充和修订。《议定书》对倾废物的管理更加严格，但允许将CO₂储存于海底地质构造中。中国分别于1985年和1996年加入这两项国际条约。

　　（三）美国斯克里普斯海洋学研究所（Scripps）调查海底峡谷湍流，使用染色剂示踪湍流运动

　　10月，受美国海军研究办公室资助，Scripps启动加州近海拉霍亚峡谷海底湍流调查项目。科学家搭乘“鲍勃和贝蒂·贝斯特号”调查船（RV Bob and Betty Beyster），向85米深的海底峡谷释放了一种环境友好型粉红色染色剂，并使用海水垂直分析系统、声学记录仪和高精度CTD等对染色剂进行了为期一周跟踪和观测，获取了大量海底峡谷湍流运动数据。该项目将于2024年春季扩大调查范围，以确定整个海底峡谷的湍流运动规律。“鲍勃和贝蒂·贝斯特号”调查船是一艘小型近海调查船，长12.8米，排水量15吨，可搭乘17人。

　　（四）澳大利亚在南大洋成功回收3年前投放的Argo深潜器，研究海洋生物地球化学和碳循环

　　11月22日，澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）的“调查者号”调查船在南大洋成功回收了3年前投放的“BGC Argo”深潜器。自2020年12月12日投放以来，该深潜器一直在塔斯马尼亚以南约500公里的深水区执行测量取样任务，在水深1000米处漂流，沿途进行测量取样，获取海水的温度、盐度、藻类浓度、pH值、氧气、营养物质等参数。深潜器每10天上浮到海面1次，通过卫星向基地传输数据，随后再次下潜测量。这是该深潜器在南大洋海域的首次测量取样，获取的宝贵数据将有助于海洋生物地球化学和碳循环的研究。

　　（五）英国应用无人艇（USV）远程获取海底传感器数据，为世界首次

　　11月，由苏格兰海洋科学协会（SAMS）开发、英国AutoNaut公司制造的波浪动力无人艇（USV）前往北大西洋罗卡尔海槽（Rockall Trough）海域，成功于海面获取了部署在1800米水深处的海底压力传感器（BPR）数据，并通过卫星将数据传输回岸上控制中心。该USV名为JURA，长约5米，配备了Sonardyne公司研发的HPT 3000型超短基线信号收发器，可远程接收海底传感器的通信数据。该USV还具备自动倾覆扶正能力，能在开阔海域执行长续航任务。去年，SAMS在英国西部罗卡尔海槽和加拿大东部拉布拉多海分别部署了两个BPR，可在海底连续工作10年。与传统利用调查船出海接收BPR数据相比，使用USV可大大节约人力和设备成本，有效降低碳排放。该设备由英国国家科研与创新署自然环境研究委员会（UKRI-NERC）通过未来海洋研究基础设施（FMRI）计划资助。

　　（六）通过高频雷达连续10年观测，揭示南加州湾亚中尺度涡旋特征

　　海洋亚中尺度涡旋是美国南加州湾环流的重要组成部分，对该海域的物理海洋、海洋生物和生态过程具有重要意义，但对其直接观测受到技术限制。美国加州大学圣芭芭拉分校的学者通过南加州湾海表海流的高频雷达观测数据，间接分析10年来亚中尺度涡旋的特征。2012至2021年间，共检测到约23.5万个亚中尺度涡旋，表现为以下特征：在空间上，其形成海域与海底和海岸地形特征相关；在时间上，夏秋两季数量较多，受海洋热浪与厄尔尼诺影响较大的年份比正常年份数量增加40%；在形成机制上，主要受以全日风为潜在机制的全域昼夜循环驱动，且在南加州湾南部的日变率高于北部。该研究揭示了南加州湾中尺度涡旋的特征，成果发表于《地球物理研究杂志：海洋》（Journal of Geophysical Research: Oceans）。

　　亚中尺度涡旋：是一种介于中尺度涡旋和小尺度涡旋之间的涡旋结构，水平尺度从几公里到几十公里，持续时间为几小时到几天。

　　文献来源：Payandeh, A. R., Washburn, L., Emery, B., & Ohlmann, J. C. (2023). The occurrence, variability, and potential drivers of submesoscale eddies in the Southern California Bight based on a decade of high-frequency radar observations. Journal of Geophysical Research: Oceans, 128, e2023JC019914.

　　（七）珊瑚铀同位素记录揭示，末次冰消期南极冰盖的冰下融水大量释放

　　南极洲冰川与大陆基岩摩擦产生的热量能够导致冰下产生融水，该过程对于加速南极冰川融化及海平面上升具有重要贡献。然而，目前仍然缺乏能够直接揭示南极冰下融水过程的代用指标，阻碍了对影响南极冰盖稳定性因素的理解。英国布里斯托大学的学者基于南大洋德雷克海峡的深海珊瑚，利用铀同位素（²³⁴U/²³⁸U）作为冰下融水通量的代用指标，追踪了3万年以来南极冰下融水历史及其影响因素。研究表明，在末次冰消期（1.54–1.4万年），²³⁴U/²³⁸U比值显著升高，与冰筏碎屑通量的峰值、“融水脉冲事件1A”及全球海平面快速上升具有很好的对应关系，指示了冰下融水大量释放与冰盖退缩及海平面变化间存在直接联系。通过对比其他记录，研究认为南极绕极深层水温度上升及上升流增强是导致南极冰下融水及冰盖退缩的先决条件。相关成果近期发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。

　　冰筏碎屑：由于冰川融化，其前缘浮冰携带的冰碛物随浮冰融化沉入海底，堆积形成一种特殊的沉积体。

　　融水脉冲事件1A：在全球转暖的末次冰消期（~14.7–14.3 ka）发生的一次高纬冰盖快速融水事件，导致海平面在短期内急剧上升了20米。

　　文献来源：Li T, Robinson L F, MacGilchrist G A, et al. Enhanced subglacial discharge from Antarctica during meltwater pulse 1A[J]. Nature Communications, 2023, 14(1): 7327.

　　（八）元古代喜马拉雅地区为缺钙海盆环境，适合光合蓝藻大规模生长，推动了大氧化事件和生命大爆发

　　元古代是地球生命进化的重要时期。新元古代晚期的雪球地球（~750—580Ma）和大氧化事件（~630—551Ma）为随后的寒武纪生命大爆发（~540—520Ma）提供了重要环境和气候背景，但由于化石记录稀少，该时期环境研究受到了限制。印度理工学院的学者对印度东北部库玛翁喜马拉雅（Kumaon Himalayas）地区菱镁矿中保存的流体包裹体进行地球化学研究，证实该地区在元古代为海盆环境，流体包裹体含当时的海水和冰川水。研究发现，在雪球地球时期，该海盆长期缺钙，可能是冰川环境下河流输入量极低所致。长期低钙环境造成了海盆海水营养缺乏，却促进了适合这一环境的光合蓝藻大规模生长并释放氧气，从而推动了新元古代大氧化事件和随后的寒武纪生命大爆发。该研究为地球生命大爆发的背景机制提供了重要认识，成果发表于《前寒武纪研究》（Precambrian Research）。

　　文献来源： Arya P C, Nambaje C, Kiran S, et al. Himalayan magnesite records abrupt cyanobacterial growth that plausibly triggered the Neoproterozoic Oxygenation Event[J]. Precambrian Research, 2023, 395: 107129.

　　（九）深海采矿沉积物羽流使水母发生应激反应，可能破坏中上层生态系统稳定

　　中上层海洋是海洋生物多样性最丰富、海洋生态系统最活跃的区域，极易受到人类活动影响。美国史密森国家自然历史博物馆的学者结合生理学、基因学和微生物共生体分析，研究了一种水母对深海采矿沉积物羽流的反应。研究发现，当深海采矿沉积物羽流经过时，悬浮沉积颗粒聚集在水母上，导致水母会分泌过量黏液。与此同时，水母体内与有氧呼吸、免疫增强和伤口修复相关的基因显著表达。尽管水母产生的黏液保障了与之共生的微生物群落的稳定，但水母自身也因此消耗了大量的能量并发生了应激反应。研究指出，如果以水母为代表的凝胶状动物对深海采矿活动的应激反应是一种普遍现象，那么深海采矿将可能损害整个中上层生态系统的稳定性。成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。

　　深海采矿沉积物羽流：深海采矿泵吸出海底细小沉积物在中层海洋中排放，形成的悬浮沉积物海流。

　　文献来源：Stenvers V I, Hauss H, Bayer T, et al. Experimental mining plumes and ocean warming trigger stress in a deep pelagic jellyfish[J]. Nature Communications, 2023, 14(1): 7352.

　　（十）过去千年来，北大西洋表层与深层海水之间热量快速传递，维持地表气候稳定

　　已有记录表明，人类活动释放的额外热量有90%被海洋所吸收，然后通过大尺度海洋环流从海洋表层转移至深海。然而，在人类活动显著影响自然环境前，这一热量转移机制是否也如此活跃？人们对此仍然知之甚少。美国伍兹霍尔研究所（WHOI）的学者基于冰岛南部的系列岩心沉积物，通过分析有孔虫碳氧同位素，探讨了过去约1200年以来北大西洋表层和深层海水温度演化历史。研究表明，从中世纪暖期（约公元850–1250年）到小冰期（约公元1400–1850年）过渡期，深层海水温度降低约0.5℃，而表层海水温度变化并不同步。结合模型分析，研究认为此阶段深海将存储的热量回馈到了上层海水及大气，从而减缓了小冰期阶段地表的降温。这一研究表明，过去千年以来，海洋与现今一样在调节地表气候变化方面发挥了关键作用。相关研究近期发表于《科学》（Science）。

　　文献来源：Lu W, Oppo D W, Gebbie G, et al. Surface climate signals transmitted rapidly to deep North Atlantic throughout last millennium[J]. Science, 2023, 382(6672): 834-839.