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第899期

新西兰发布“未来十年南极和南大洋研究方向和优先事项”报告，气候变化和海洋生态保护是重点新西兰是对南极和南大洋研究较早的国家之一，早在1957年就建立了第一个南极科考站斯科特基地。2021年，新西兰政府对该基地投入3.06亿美元的建设资金和0.38亿美元的运营资金，以加强对南极的科学研究。近期，新西兰外交和贸易部发布报告《2021—2030年新西兰南极洲和南大洋研究的重点方向和优先事项》，明确四个优先研究方向：一是量化南极冰盖融化对海平面上升的贡献；二是了解冰冻圈-海洋-大气之间的联系，以及物理和生物变化对其相互作用的影响；三是了解气候变化和人类活动对南极自然过程、动物学、生物地理结构、海洋环境和生物群落功能的影响；四是建立南极海洋和陆地保护网，加强生态系统结构功能和修复力，包括建立一个位于罗斯海的海洋保护区，并推动其他南大洋海洋保护区的规划和管理。

新西兰政府发布《2021—2030年南极和南大洋研究的重点方向和优先事项》（图源：新西兰外交贸易部）

由英国国家海洋中心（NOC）牵头，联合其他七家英国地球科学机构合作撰写的《至2040年英国海洋科学发展战略报告》于近期发布。报告认为到2040年英国的海洋科学需要具备净零碳排放能力，并提出了一系列战略布局和发展方向：1. 改造现有海洋科考船，利用高新技术实现“零碳”目标；2. 开发新型传感器，探索海洋并了解海洋在气候变化中的作用；3. 应用卫星、自主平台（自主机器人）和浮标等的应用，减少部分船载调查设备，为调查船安装绿色燃料系统腾出空间；4. 海上自主平台数量增加十倍以上，先进海洋传感器发挥关键作用；5. 建立观测模型，开发数据生态系统，发挥数字工具在海洋观测的价值。

报告对新型传感器和自主平台提出了具体要求：1. 需可用于低功耗的自主船舶、智能系泊设备和浮标，数据记录精度高，减少漂移及防止生态污染，并保证可靠运行且低成本；2. 能适应海底峡谷和冰架等极端复杂环境，既可长时间独立运行，亦能跨平台协作，具有高效的数据处理和通信能力。NOC科学家表示，英国将从2035年开始使用新一代零排放、自动化的大型调查船，继续开发高新技术以建立可持续、系统发展的海洋传感器基础设施，组建大规模全球海洋物联网，最终实现海洋科学研究净零碳排放。

NOC拥有强大的自主平台及传感器研发能力（图源：NOC）

近期，日本“新青丸”号海洋科考船在九州南部种子岛附近海域开展海底泥火山群调查，利用活塞式取样器获取浅层沉积物岩心。科学家意外发现，其中一座泥火山的岩心中含有块状天然气水合物，此为首次在琉球海沟确认了天然气水合物的存在。此次发现的天然气水合物层厚约20厘米，位于海底以下1米处，红外热像仪测得其地表温度接近零度，低于周围沉积物温度，这是由于水合物分解而导致的。由于该海域发育许多形态相似、起源一致的泥火山，且大多地震反射界面都显示疑似存在天然气水合物的地层，日本科学家推测种子岛附近海域可能广泛分布有天然气水合物。后续计划将对已采样品进行详细的实验室分析，并加大对该海域的调查以确定水合物的成因及分布规模。

此次发现的天然气水合物位于琉球海沟北部（红色圆圈）（图源：神户大学）

沉积物岩心中的水合物样品清晰可见（图源：神户大学）

新西兰“海啸深海评估浮标网络”（DART）由一系列布设于海底的浮标组成，可通过传感器测量海平面水压变化，以此监测海啸活动。监测网络可在海啸生成后快速准确地确认海面状态，在海啸到岸前将数据及时发送至陆地监测中心。近期，汤加海底火山大规模喷发，DART在30分钟后就发现海啸活动迹象，并确认为火山源海啸。新西兰国家地质灾害监测中心迅速激活了整个DART，完整记录到了汤加火山喷发及后续喷发所引发的多轮海啸，对海啸可能到达新西兰海岸的时间、地点及幅度进行了评估和预测，为国家紧急事务办公室的决策提供了科学支撑。目前，DART仍处于全天候监测状态，以警惕汤加海底火山的后续活动。

新西兰DART分布图。黄色图钉为浮标布放点，橘色为近期喷发的汤加海底火山（图源：新西兰国家地质灾害监测中心）

近日，NOAA和BOEM签署了一份合作备忘录，两者合作将于2030年前在美国领海内建设30GW的海上风电设施，推进美国海上风能发展，创造就业机会，同时保护海洋环境和生物多样性，促进海洋资源和空间利用。这项合作将整合协调双方的优势专业技术和资源，在共同感兴趣的领域合作互惠，主要内容包括（但不限于）：1. 科学支撑政府决策和其他行动；2. 努力提高近海风能开发许可和环境审查授权等审批程序的效率；3. 研究并制定海上风能发展规划；4. 对管辖海域进行空间勘测、数字建模、海洋制图和海洋学评估；5. 开展科普教育；6. 合作发表或出版文献专著，进行外部交流与宣传；7. 及时交换数据和信息；8. 监测评估海上风能资源和业务活动的影响；9.加强机构间培训和能力建设。

美国东北海岸带的风力发电设施（图源：NOAA）

科学家研究150万年前南极冰层下的气泡，验证冰川融化是导致大气中氧含量下降的原因之一

现今地球空气中氧含量约为21%，但此前有研究发现，在过去80万年里，大气中的氧含量下降了约0.2%，科学家推测这与冰川融化有关。美国普林斯顿大学的研究人员从南极东部获取了1.5Ma、810ka和400ka的冰心样本，对冰心残留气泡中的气体组分进行同位素分析，发现大气氧含量下降时间大致上与中更新世过渡期（MPT，1250~700ka）相吻合。MPT期间地球气候发生了根本性的改变，冰川周期长度从40ka增加到了100ka，在此之前大气氧的源和汇一直处于一个平衡状态（即消耗的氧约等于生成的氧），而这种平衡在MPT前后被打破。科学家认为，冰川消融使更多黄铁矿和有机碳暴露在大气中，两者氧化消耗了大气中的氧，产生二氧化碳；而冰川消融所导致的海洋环流变化又增加了海洋碳储能力，在全球碳循环中起到了稳定大气二氧化碳的作用，这两种因素共同作用导致了大气含氧量降低，而大气中的二氧化碳并没有明显增加。这项研究近期发表于《科学·进展》。

文献来源：Yan, Yuzhen, et al. "Ice core evidence for atmospheric oxygen decline since the Mid-Pleistocene transition." Science advances 7.51 (2021): eabj9341.

南极冰层气泡中保留了150万年前的空气（图源：Yan, et. al, 2021）

海洋生物生产力是指海洋通过同化作用生产有机物的能力，是海洋生态系统的基本功能之一。科学家发现，中新世晚期至上新世早期（9Ma ~ 3.5Ma）的海洋生产力远高于今天，将此时期称为“生物繁盛期”（biogenic bloom）。近日发表于《自然·通讯》的一项研究中，瑞典和德国科学家汇编了全球18个站位的25组海洋沉积物样本记录，发现460万年前热带地区海洋生产力突然下降，其原因可能是当时地球绕日轨道发生变化，导致东南亚季风强度降低，河流养分供应减少，最终导致全球海洋生产力下降。

文献来源：Karatsolis, B–Th, et al. "Abrupt conclusion of the late Miocene-early Pliocene biogenic bloom at 4.6-4.4 Ma." Nature Communications 13.1 (2022): 1-9.

科学家收集了ODP和IODP多个航次的25个反映古海洋生产力的沉积物样本记录，大部分站位分布于低纬度地区（图源：Karatosolis, et. al, 2022）

奥陶纪（485Ma~443Ma）是地球历史上海水分布最广泛的时期之一，海洋生物空前繁盛，但在晚奥陶纪（LOME，~445Ma）出现了历史上第二大规模的灭绝事件，此次灭绝经历了两个生物量下降阶段，共约85%的物种消失。科学家分析了三组从全球碳酸盐层序中分布的碘和硫同位素数据，重建了LOME两个生物灭绝阶段的全球和局部海洋氧化还原条件。研究发现，此时期冈瓦纳古陆的冰盖增长，温盐环流增强，海面温度降低，海洋含氧量增加，海洋生产力明显提高，海水缺氧和硫化现象减少，但浅水碳酸盐陆架上依旧普遍存在非硫化缺氧现象。因此科学家推断，海洋缺氧和硫化环境减少、气候变冷、海平面下降和海洋生态空间缩小等多种因素共同作用导致了LOME第一阶段的物种灭绝。随后全球气候回暖，冰消期海平面上升，海洋环流相应减少，海水脱氧形成硫化环境，导致水生生物缺氧或硫化氢中毒，造成了LOME第二阶段的物种灭绝。这项研究近日发表于《美国地球物理学会·进展》。

文献来源：Kozik, Nevin P., et al. "Geochemical records reveal protracted and differential marine redox change associated with Late Ordovician climate and mass extinctions." AGU Advances 3.1 (2022): e2021AV000563.

晚奥陶纪古代大陆重建示意图（图源：Kozik, et. al, 2022）

2018年12月，印尼一座火山发生剧烈坍塌，三分之二高度的山体滑入海中，引发毁灭性海啸，共造成400多人死亡。由于该火山在坍塌前六个月连续喷发，坍塌后亦发生了强烈的爆炸性喷发，科学界据此认为火山喷发是其坍塌的主要原因。火山坍塌后，英国地调局调查了海域的喷发坍塌沉积物，科学家分析火山物质和沉积物的物理、地球化学和微观结构特征，火山内部的岩浆系统的变化是导致火山坍塌的根本原因。而后期的火山喷发是坍塌后压力释放所引起的。遗憾的是，科学家认为目前的手段无法监测到这种深部岩浆长期而缓慢的变化，面对火山喷发及次生灾害，在加强地表变形监测的基础上，完善风险地区的整体灾害应对策略才是最合理选择。该研究近期发表于《地球行星科学快报》。

文献来源：Cutler, Kyra S., et al. "Downward-propagating eruption following vent unloading implies no direct magmatic trigger for the 2018 lateral collapse of Anak Krakatau." Earth and Planetary Science Letters 578 (2022): 117332.森林狼分析预测

印尼Anak Krakatau火山坍塌了高度三分之二的山体。黑色虚线为坍塌前的火山形状，白色虚线表示火山滑塌面（图源：亥姆霍兹德国地球科学研究中心）

南极洲本是一个长期孤立的、原始的荒野大陆，拥有独特的生态系统。但近两个世纪以来，人类越来越多的航行活动给南极的生态系统造成了负面影响。英国剑桥大学和英国南极调查局合作，对进入南极水域的船舶活动进行了全面定量分析，试图从空间角度评估船载入侵物种对南极水域的影响。科学家从劳埃德海事情报公司（Lloyd’s Maritime Intelligence and Orbcomm）获取了2014—2018年间商业海事情报数据，建立起南极航运分析网络。分析表明，南极洲已与全球1581个港口建立联系，除了国际承认的五个“南极门户”港口（阿根廷的乌斯怀亚港、智利的蓬塔阿雷纳斯、澳大利亚的霍巴特港、新西兰的基督城港、南非的开普敦港），实际上已有23个国家58个港口与南极建立了直接联系，其中很多港口缺乏船舶航前检查，这成为南极外来物种入侵的巨大风险点。另一方面，南设得兰群岛和南极半岛占据了南极洲航船访问量的88%，是南极物种入侵最严重的区域。为保护南极脆弱的生态系统，科学家建议应尽快规范化“南极门户”港口，采取生物安全干预措施，建立高风险入侵物种监测计划。该研究近期发表于《美国国家科学院院刊》。

文献来源：McCarthy, Arlie H., Lloyd S. Peck, and David C. Aldridge. "Ship traffic connects Antarctica’s fragile coasts to worldwide ecosystems." Proceedings of the National Academy of Sciences 119.3 (2022).

2014—2018年访问南极洲的船舶交通网络图。线条仅表示位置之间的连接，而非实际航线。线条不透明度反映了港口之间的航行次数，较深的线条代表更多的航次。圆圈颜色表示每个停靠点的访问次数，圆圈大小表示与其他港口相比较的相对重要性（图源：McCarthy et al., 2022）

广州海洋局海洋战略研究所（转载请注明出处）