海底地质样本分析 -海底底质探测

碧薇 · 发表于地质类 2023-11-12 12:07:49

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第997期

加拿大扩大海洋保护计划，大幅增加投资

加拿大是世界上海岸线最长的国家，岸线达20.2万公里。海洋是加拿大社会发展的核心基础之一，每年海洋生产总值约为316.5亿美元，提供了30万个就业岗位。2016年，加拿大启动海洋保护计划，总投资15亿美元，获得了一系列成果。7月19日，加拿大总理宣布扩大海洋保护计划，计划在未来9年内追加20亿美元投资，并将现有的39项海洋保护措施扩大到54项。此举将延续和加强原有海洋保护措施，加大对海岸和野生动物的保护力度，提升海上交通管理和事故响应能力，提高海洋供应链的效率、安全性和可持续性，减轻环境污染，促进社区伙伴关系，加强海洋科学研究。在新的计划中，促进海运业发展和降低其污染是重点工作之一，加拿大有意修正2002年发布的《航运法》及其它相关法律，改善对海上紧急情况管理模式，加强对多类型海洋污染的监管。

加拿大海岸警卫队的职责之一是海洋环境应急管理，其管辖范围分为西部区域（黄色）、中部及北极区域（红色）和大西洋区域（绿色）

德国不来梅大学完成大型海底钻机水池测试，将赴大西洋巴芬湾下钻

7月19日，德国不来梅大学在测试水池中使用高压电源对MeBo200型海底钻机完成各种功能检测，将在9月随德国 MARIA S. MERIAN号科考船从冰岛出发，赴北大西洋巴芬湾进行100米深钻探，服务于不来梅大学牵头的“海底-地球的未知界面”研究课题。MeBo200型海底钻机是德国不来梅海底环境科学中心（MARUM）研发的第二代海底钻机，高6米，重10吨，能够在2700米水深环境下作业，最大可钻取海底以下200米的沉积物和基岩岩心。该海底钻机早期型号于2005年开发，可钻取70米岩心，2014年德国联邦教育与研究部投资800万欧元将其升级为二代型号。MeBo200每次随船工作前，都会模拟工作环境进行水池测试，以保障钻探任务顺利完成。

MeBo200海底钻机在进行水池测试（图源：MARUM）

欧洲Geo xyz集团收购Geo Ocean VI号勘探船，推进绿色海上勘探

欧洲Geo xyz集团主要为海洋地质调查和海上可再生能源开发提供服务支持。该集团近年来致力于在其下属的海上勘探船队中推行更环保的工作方式。近日，Geo xyz集团宣布收购Geo Ocean VI号油电混合动力推进船，将为海洋水文和地球物理调查，以及海洋岩土勘探提供环保、可持续且更智能的解决方案。Geo Ocean VI号建于2014年，最初设计为物探支持船，可在包括全电模式在内的四种推进模式下运行。该船总长度为53.80米，排水量1358吨，甲板面积约为230 平方米，具有较大的起重机安置范围，起重能力为10吨（速度30米/分钟），可灵活执行多种勘探作业。Geo Ocean VI号还计划配置水面无人艇（ASV）释放和回收系统，未来可作为ASV母船。

Geo Ocean VI勘探船

哥伦比亚部署海洋传感器，建立飓风预测模型，以应对飓风灾害

2020年大西洋共产生 14 场飓风，是有史以来最活跃的飓风季。当年11月的两周内，哥伦比亚的加勒比海岛屿连续遭遇两个飓风的袭击，造成巨大经济损失。此后，哥伦比亚国立大学开始建立计算机模型来预测飓风，以提前应对风灾，减轻损失。科学家们使用挪威Nortek公司制造的两个AWAC海底传感器采集有关海流和波浪数据，以此建立飓风预警模型。传感器发射声波后，测量反弹悬浮在水中颗粒后的回声。当波浪水平传播时，它们会随着海水以圆形或轨道运动方式移动，通过这种方式可以深入了解波浪的高度和方向如何根据天气条件而变化。

应用来自2020年两个飓风的真实数据验证该模型后，科学家确定了海岛上最容易遭受洪水侵袭的区域，指导政府有针对性地加强保护。近日，哥伦比亚政府部门表示，得益于海洋传感器和飓风模型所拟定的科学方案，他们已充分做好应对2022年飓风袭击的准备。

AWAC 声学传感器通常向上放置在固定框架上，以记录波浪的高度和方向（图源：CEMarin）

最新概率框架模型证实，“人为变暖”是冰川退缩的主因之一

近几十年来，格陵兰岛和南极洲的许多海洋终端冰川（marine-terminating glacier）都在大规模退缩，使海平面上升不断加剧。冰川活动同时受某些自然过程和人为因素的影响，而人类活动所导致的全球变暖对于冰川退缩的影响程度尚未得到准确的量化。近日，美国德克萨斯大学地球物理研究所和佐治亚理工学院的研究人员建立了一个概率框架模型，可以集成多个能够独立实现随机气候变化的模拟数据，进而定量评估人为因素对于冰川退缩的贡献量。模拟结果表明，在近百年尺度的气候变化情况下，冰川退缩的可能性大幅增加；而在没有“人为变暖”的情况下，多个冰川共同退缩的概率显著降低。该研究首次使用数学模型证实了人为因素对于冰川退缩的影响，这一新概率框架的提出也为未来气候归因量化研究提供科学指导。该文章近期发表于《冰冻圈》。

文章来源：Christian J E, Robel A A, Catania G. A probabilistic framework for quantifying the role of anthropogenic climate change in marine-terminating glacier retreats[J]. The Cryosphere Discussions, 2022: 1-28.

与格陵兰岛的大部分冰川一样，伊奇普·赛米亚冰川（Eqip Sermia）在过去20年中不断退缩（图源：John Christian）

北极空气样本揭示气溶胶的季节性变化，冬春浓度低，夏季浓度较高

冰核粒子是覆盖地球表面的云层及云层中的微小气溶胶，是气候变化的关键因素之一。冰核粒子浓度会改变云层性质，从而影响直接来自太阳的光和热与从地球表面反射回来的热量之间相互作用，最终影响降水。因此，了解冰核粒子对于认识气候变化对地球的影响至关重要。北极圈是受到气候变化影响最大的区域之一，全球变暖会造成冰川融化、永久冻土融化和海冰减少等，然而，人们对北极区域的冰核粒子对气候变化的影响仍知之甚少。2019年，美国科罗拉多州立大学的科学家搭乘德国Polarstern（极星号）破冰船前往北极，采集并分析了数千个空气、海水、海冰、雪和融水样本。分析结果表明，冰核粒子变化具有很强的季节性，冬季和春季的浓度较低，夏季浓度较高。观测和研究结果对于了解这些微小气溶胶的来源及其在一年中的变化具有重要的科学意义，相关成果发表于《自然·通讯》。

文献来源：Creamean J M, Barry K, Hill T C J, et al. Annual cycle observations of aerosols capable of ice formation in central Arctic clouds[J]. Nature communications, 2022, 13(1): 1-12.

北极气候研究多学科漂流观测站（MOSAiC）考察期间，Polarstern（极星号）破冰船航行轨迹图（图源：Jessie M. Creamean et al., 2022）

地中海西部洞穴石笋记录揭示，公元1900年至今海平面上升幅度超过自然变化率

公元1900年（20世纪）以来，全球钢铁、电气、汽车产业高速发展，温室气体排放量增加，深刻影响全球气候变化。准确重建20世纪以前的全新世全球平均海平面变化，对于确定自然变率条件下的海平面背景值至关重要。地中海西部的马略卡岛（Mallorca Island）发育了上千个洞穴系统，这些洞穴系统处于长期稳定的构造背景下，因此洞穴内发育的石笋及其次生沉积物为建立晚全新世以来海平面变化事件的高分辨率序列提供了理想研究载体。美国南佛罗里达大学的地质学家从马略卡岛多个洞穴采集到样品，并基于样品数据建立了晚全新世以来高分辨率的海平面变化时间序列。研究结果表明，在距今3260~2840年前的420年内，区域海平面上升了0.12~0.31米（95%置信区间）；而在公元前820年至公元1900年的2720年内，海平面变化相对稳定，上升幅度小于0.08米。但20世纪以来的120年内，海平面上升幅度达0.12米，显著超过了此前因全球冰量的自然变化导致海平面上升的最高幅度。这一项研究强调，如果全球气温继续上升，海平面将会达到更高水平。该文章近期发表于《科学·进展》。

文章来源：Onac B P, Mitrovica J X, Gines J, et al. Exceptionally stable preindustrial sea level inferred from the western Mediterranean Sea[J]. Science Advances, 2022, 8(26): eabm6185.

科学家正在马略卡岛洞穴石笋取样（图源：南佛罗里达大学）

东太平洋海隆发现新海底热液区，面积相当于一个足球场

深海热液喷口遍布世界大洋，大多形成于大洋中脊系统顶部的火山活动区。2021年，美国斯克里普斯海洋研究所科考船Roger Revelle号在东太平洋海隆调查期间，利用AUV进行地形测量，生成高分辨率（1米）地图。科学家通过解析微地貌特征，意外发现了一个新的海底热液区。该热液区位于水深2550米处，面积相当于一个足球场，是东太平洋海隆已知最大热液区的两倍。此外，该热液喷口原始温度也是东太平洋海隆地区最高的，最大黑烟囱类似于三层楼高的烛台。科学家利用 ROV收集热液喷口流体样品，并在9个热液喷口安装了自主流体温度记录仪，可持续在两年时间内每十分钟记录一次温度值，以推断喷口下方地壳渗透性的变化。下一步，科学家将继续利用AUV沿东太平洋海隆绘制高分辨率地图，以期有更多的新发现。该研究近期发表于《美国国家科学院院刊》。

文献来源：Discovery of Active Off-Axis Hydrothermal Vents at 9°54N East Pacific Rise, Proceedings of the National Academy of Sciences (2022).

ROV使用钛合金采样器采集温度高达368℃的热液流体（图源：斯克里普斯海洋研究所）

科学家通过ROV在9个热液喷口安装了温度记录仪（图源：斯克里普斯海洋研究所）

德国亥姆霍茨海洋中心发布海洋图像数据通用标准，以促进全球海洋数据共享互通

近年来，海洋调查技术飞速发展，人们利用ROV和AUV拍摄到海量的高分辨率海底照片和视频，为科学家解析海底地质构造、获取深海生命信息提供了直观线索。这些照片与视频文件同步记录了拍摄位置、航次名称及参与科学家姓名等信息，目前存储于全球各个海洋研究机构的服务器上。然而，由于存储和读取标准存在差异，全球科学家在高效共享这些数据方面存在一定阻碍。因此。德国亥姆霍茨海洋中心牵头开发了国际海洋图像数据通用标准，规定水下图像元数据格式。科学家基于国际公认的“可查找，可访问，可互操作及可重复使用”的数据管理基本原则，提出了一种名为iFDO的新格式。该格式类似于一种索引卡，记录了图像/视频的描述性信息和链接，其配套的软件可用于对图像进行各种生物或地质解释。目前，德国科学家在大西洋调查航次中对新的图像记录格式进行了测试，AUV、深拖、固定系泊设备上的摄像资料均直接以iFDO格式储存和管理，结果表明效果良好。新的海洋通用数据标准将加快全球海洋科学数据互通与共享，该研究近期发表于《自然·科学数据》。

文献来源：Schoening T, Durden J M, Faber C, et al. Making marine image data FAIR[J]. Scientific Data, 2022, 9.

在大西洋调查航次中，科学家正在对LUISE号AUV进行数据存储设置（图源：GEOMAR）

打捞丢失的海底观测设备，发现了世界上最长的海底浊流，达1100公里

非洲西海岸的刚果河径流量居世界第二，在入海口处形成了巨大的河口海底峡谷。2019年9月至2020年1月，英国国家海洋中心（NOC）联合法国海洋开发研究院（Ifremer），在刚果河河口海底峡谷部署了11台系泊式海底监测设备，以了解海底浊流特征。期间，共记录了12次浊流事件，但是，其中3台监测设备被冲走。随后，2020年1月中旬，发生了一次大规模海底浊流，剩余8台设备全部被冲走，一些海底电缆也被破坏。此后几个月内，科学家陆续找回了9台浮出水面监测设备，并对其数据进行恢复。科学家发现，最后一次浊流事件长达两天，从刚果河河口一直冲刷到1100公里远处的深海峡谷末端，水深达4500米。整个浊流的泥沙含量相当于全球所有河流每年产生沉积物的三分之一，流速从峡谷上游的5.2米/秒增大到峡谷末端的8米/秒。这是地球上有史以来测量到最长的海底沉积浊流，科学认为该次浊流事件是由刚果河沿岸发生的严重洪灾和随后异常大的春季潮汐共同作用造成的。这些恢复的数据提供了对刚果峡谷沉积物流量的直接监测结果，科学家凭借这些数据首次评估了主要河流洪水与深海浊流之间的联系，研究成果近期发表于《自然·通讯》。

文献来源：Peter J. Talling et al, Longest sediment flows yet measured show how major rivers connect efficiently to deep sea, Nature Communications (2022). DOI：10.1038/s41467-022-31689-3

流量巨大的刚果河进入大西洋后，在海底形成规模庞大的刚果海底峡谷（图源：Peter et al., 2022）

广州海洋局海洋战略研究所（转载请注明出处）

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