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科研动态
23 JUN 2022

海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室在东北印度洋孟加拉湾构造地质研究中取得新进展

地幔柱引起的热点型火山作用在全球大洋中广泛存在,形成了以海山链和无震海岭为代表的海底构造-地貌痕迹,如北太平洋夏威夷海山链和东北印度洋东经九十度海岭等。热点型岩浆侵位时的板块构造环境,会对其形成的海山和海岭的最终结构和形貌特征产生显著影响。据此,通常将热点型火山作用分为板内型和近扩张中心型两个端元类型,它们分别通过岩石圈弹性变形和壳下低密度“山根”达到均衡。二者之间的过渡类型可能同时具备端元类型的部分特征,其侵位方式和最终结构与先存构造(如大型岩石圈破裂带等)密切相关。 85°E海脊是东北印度洋一条线性基底隆起,表现为显著的空间重力负异常带。由于海脊大部分深埋于孟加拉深海扇沉积物之下,目前对其构造特征、构造属性和起源的认识存在较大争议,提出了板内变形带、泄露型转换断层、废弃扩张中心、热点型海脊等多种成因机制。其中,热点型海脊成因模型能够解释绝大部分观察到的海脊结构特征。但是,海脊反“S”形的平面展布特征,与单一热点侵位于向北运动的印度板块形成的热点型海脊/海山链的理论痕迹相矛盾。对此,近年来有学者提出海脊南、北不连续以及南、北部分别由不同热点形成等模式,但仍然缺少对海脊关键部位结构的描述和对整条海脊成因机制的合理解释。

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16 JUN 2022

海洋试点国家实验室在地球系统模式可预报性研究领域取得新进展

近日,由海洋试点国家实验室“鳌山人才”卓越科学家、海洋动力过程与气候功能实验室(以下简称“功能实验室”)成员张绍晴教授领衔的科研团队,在地球系统模式可预报性研究方面取得新成果,该成果基于多个模式的大量数值实验,系统性地探讨了初值可预报性、边值可预报性以及联合初边值可预报性的线性演变特征。 近年来,全球范围内特大暴雨、热浪、冬季干旱、夏季洪涝等极端天气气候事件频发,严重威胁人类的生命财产安全。研究气候系统的可预报性,既能增加人们对气候状态演变规律的认知,也可以通过提前预测,降低未来气候变化带来的社会、经济损失和环境破坏影响。气候系统的可预报性是一个被系统内部线性和非线性过程决定的固有特性,指当系统随时间演变时输入信号的可追踪性,从而开发出预测未来气候状态的方法。气候系统的输入信息通常包括初始状态和边界条件,其可预报性也就相应地由初值可预报性和边值可预报性构成,所以预测未来的气候状态是一个联合初边值可预报性问题。目前学界的研究,多从气候系统演变过程中的信号和噪音比来定性探讨其可预报性期限问题,对初值可预报性和边值可预报性及联合初边值可预报性的定量测定探讨较少。

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13 JUN 2022

海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室2项科技成果分别获得海洋科学技术奖一等奖和海洋优秀科技图书奖

近日,2021年度海洋科学技术奖获奖项目正式公布,海洋试点国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室(以下简称“功能实验室”)大陆架科学钻探团队“大陆架科学钻探与南黄海科学发现”成果获得一等奖,功能实验室天然气水合物团队撰写的“天然气水合物运聚体系:理论、方法与实践”专著获得海洋优秀科技图书奖。 “大陆架科学钻探与南黄海科学发现”项目通过在南黄海实施CSDP-1和CSDP-2两口全取心科学钻探井,获取高质量连续岩心,解决了南黄海陆架区系列地学关键问题。其中,CSDP-1井创造了我国陆架区钻探船全取心钻进300.1m的最深记录,建立了南黄海第四纪标准地层格架,确定南黄海陆架形成时间,揭示了长江、黄河物源转换的关键节点;CSDP-2井创造了全球陆架区全取心钻进2843.18m的最高记录,在南黄海首次钻至志留系,建立了南黄海志留纪至早三叠世地层基准剖面,首次在南黄海海相地层中钻遇油气显示,系统评价了烃源岩和储层并提出“四源三储多期”成藏新模式;发现了下扬子块体东延的关键古生物证据。上述成果在众多科研及生产部门应用推广,并为南黄海油气勘查提供了重要支撑。

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10 JUN 2022

由海洋试点国家实验室科学家牵头发起的联合国“海洋十年”大科学计划成功获批

2022年6月8日,联合国教科文组织政府间海洋学委员会(UNESCO/IOC)执秘佛拉基米尔·拉贝宁正式发函,祝贺由青岛海洋科学与技术试点国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室(以下简称“功能实验室”)主任、国际欧亚科学院院士乔方利领衔,联合全球25个国家的34家海洋与气候科研机构、3个国际组织共同发起的“海洋与气候无缝预报系统”大科学计划(Ocean to climate Seamless Forecasting system,简称OSF)正式获批。这是我国物理海洋学领域首个在联合国框架下发起的大科学计划,标志着我国在海洋与气候预报预测这一国际高度关注的核心领域已从长期的科技积累与发展阶段跨入国际科学引领阶段。 功能实验室围绕海洋与气候预测预报这一国际科学前沿,数十年磨一剑,形成了以原创的浪致混合理论为基础、以国际首创的海浪-潮流-环流耦合模式和首个包含海浪的地球系统模式发展为突破点、以海洋卫星和新型高效费比表层漂流浮标为观测支撑的新格局。本次获批的OSF大科学计划,以解决“海洋十年”的第五项挑战为目标,旨在跨越从目前的7天预报到数月短期气候预测之间的预报“盲区”,与国际合作伙伴共同推动海洋与气候预报能力的大幅提升。OSF大科学计划的实施将围绕以下5个方面重点展开:加强对海洋与气候联系的科学理解,进一步厘清海洋在气候系统中的控制性作用;基于海洋卫星和北斗卫星观测以及理论技术的突破,大幅提升海洋的观测能力;在预报理论与技术突破的基础上,实现观测数据与先进模式之间的结合与同化,跨越预报“盲区”,实质性提升预报能力;建设海洋与气候多灾种预警系统,为国际社会提供高质量公共服务产品,以科技为支撑深度参与全球海洋治理;面向青年一代,特别针对小岛屿发展中国家、最不发达国家以及内陆发展中国家的青年科技骨干开展能力建设,培养世界青年学者在海洋科技与海洋治理领域的先进知识与理念。

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10 JUN 2022

海洋地质过程与环境功能实验室科技支撑平台中国大洋样品馆“全国科普教育基地”揭牌

中国大洋样品馆是海洋地质过程与环境功能实验室重要的科技支撑平台,海洋试点国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室主任石学法研究员担任馆长。日前,中国大洋样品馆被中国科学技术协会认定为2021-2025年度首批全国科普教育基地。2022年6月1日,中国大洋样品馆“全国科普教育基地”揭牌活动顺利举行。青岛市科协党组成员、副主席秦云鹏,崂山区委副书记王春,崂山区科协主席孙志坚等相关领导来所参加揭牌活动并进行了调研。常务理事单位自然资源部第一海洋研究所副所长魏泽勋、海洋地质过程与环境功能实验室主任石学法研究员及相关部门负责同志出席活动。 在座谈活动中,魏泽勋副所长对秦云鹏副主席、王春副书记一行的到来表示欢迎,对青岛市科协、崂山区长期以来对大洋样品馆科普等工作的支持、指导表示感谢,简要介绍了大洋样品馆开展的海洋科普工作情况。秦云鹏副主席对大洋样品馆在青岛市科协各项工作的支持与配合表示感谢,对大洋样品馆多年来的科普工作开展情况和有益探索给予了高度评价。王春副书记对大洋样品馆获得“全国科普教育基地”称号表示祝贺,并对海洋一所对青岛经济社会发展和科普工作做出的贡献表示感谢。海洋地质过程与环境功能实验室、大洋样品馆副馆长卜文瑞研究员汇报了大洋样品馆科普工作开展情况,并就下一步科普工作提出了思路。

1030
10 JUN 2022

海洋地质过程与环境功能实验室科学家在现代大洋中脊首次发现太古宙克拉通地幔

大陆主要由克拉通和造山带构成,其中克拉通主要形成于18亿年以前的地球早期,是地球表层的重要组成单元。古老克拉通多具有巨厚(>200公里)的岩石圈根,且由于其密度和热流值较低、刚性较大,能够避免遭受后期地质作用的改造而保持稳定。因此,克拉通形成后基本无明显的地震活动和岩浆作用,是地球上最稳定的地区。然而,大量的研究表明全球克拉通的巨厚岩石圈根可以发生部分乃至整体性的移除,从而导致克拉通发生显著的岩石圈减薄,甚至导致其失去稳定性而发生强烈的破坏。我国华北克拉通自2亿年左右以来,发生了大规模强烈的构造变形、地震活动、岩浆作用和盆地形成,被认为是全球范围内发生岩石圈减薄和克拉通破坏的经典地区。尽管克拉通地幔减薄可能存在不同的方式,已提出的机制 包括地幔拆沉、地幔柱热/化学侵蚀等,但减薄的太古宙克拉通地幔通常被默认进入到软流圈中。考虑软流圈可以在全球范围内发生地幔对流,并且在洋中脊发生被动上涌和减压熔融,从而形成新的大洋岩石圈。因此,现今洋中脊的深海橄榄岩作为软流圈部分熔融后的残留体,是寻找软流圈中的太古宙克拉通地幔的最佳载体。 前人通过Re-Os同位素体系测定深海橄榄岩年龄,发现绝大多数深海橄榄岩的年龄明显老于其所出露的洋中脊的扩张年龄,表明它们在进入到现今洋脊之前曾遭受了熔体抽取事件,代表为残存在软流圈中的古老地幔。但已发表的Os同位素数据显示来自全球不同洋中脊的深海橄榄岩最老年龄不超过22亿年,太古宙克拉通型地幔也至今尚未在深海橄榄岩中有所报道,这被认为太古宙克拉通型地幔进入软流圈后被地幔对流作用完全均一化。但考虑到全球深海橄榄岩的Os同位素数据仍十分匮乏,太古宙克拉通型地幔可能出露在洋中脊,但尚未被发现。

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09 JUN 2022

海洋试点国家实验室林霄沛教授牵头的CSK-2计划被正式接受为联合国“海洋十年”国际大科学计划

在第十四个“世界海洋日”之际,青岛海洋科学与技术试点国家实验室(简称“海洋试点国家实验室”)和中国海洋大学联合日本国家海洋地球科学技术局(JAMSTEC)等八个国家、十六家政府和研究机构在政府间海洋学委员会西太分委会共同发起的“第二次黑潮及周边海域国际合作研究”(CSK-2)以联合国计划(UN24)的形式正式注册为“联合国海洋科学促进可持续发展十年”(简称“海洋十年”)大科学计划。 黑潮是北太平洋上一支最强的西边界流,具有高温,高盐,流幅窄,流速快,流量大的特征。黑潮对西太平洋边缘海的物理环境、生态环境乃至地质环境具有重要的调控作用,其变化对东亚天气、气候变化、能量水分循环有深刻影响。1965年至1979年政府间海洋学委员会发起并组织了第一次黑潮及周边海域国际合作研究(CSK-1)国际合作计划,这是本地区第一个国际海洋合作计划,推动了黑潮研究并促进了本地区海洋科技合作。但人类对于黑潮及其周边海域认识仍相当有限,特别是在全球气候变化的形势下,黑潮对气候变化的响应和影响,以及其生态系统的变化一直为地区各国所关注。自2017年,海委会西太分委会就组织地区各国对第二次黑潮合作开展可行性研究,并于2021年在其第十三届政府间会议上正式设立了该计划。基于此,CSK-2计划以黑潮及其周边海域为研究对象,搭建一个多国家政府、研究机构、企业及其他利益相关方的沟通和合作框架,推动多学科发展和跨学科交叉融合,深入了解黑潮系统及其环境和社会经济价值,不仅促进该领域海洋科学研究,并形成有效解决方案,以满足社会和经济发展需求。该计划重点研究黑潮及对全球和区域天气和气候的影响,进而改善区域天气预报和气候预测,并通过深入了解黑潮与海洋生态系统的关系,促进黑潮及周边海域地区的渔业和水产养殖业的发展。

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17 MAY 2022

《海洋天然气水合物开采基础理论与技术丛书》第四卷和第五卷出版发行

日前,海洋试点国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室两部专著《海洋天然气水合物开采热电参数评价及应用》和《海洋天然气水合物开采出砂管控理论与技术》由科学出版社正式出版,中国科学院高德利院士、中国工程院孙金声院士为专著作序。 《海洋天然气水合物开采热电参数评价及应用》主要介绍海洋含天然气水合物岩心的热学性质和电学参数在天然气水合物形成分解过程中的演化规律。天然气水合物的成藏演化与其储层热力学环境密不可分,同时水合物生成分解又伴随显著的热交换行为,直接对开采效率产生影响。因此,天然气水合物储层热物性是评价水合物成藏过程、产气潜力和传质传热规律的重要线索;储层中不同类型和含量的天然气水合物是改变电阻率的最主要因素,使得电阻率成为天然气水合物资源勘查与评价的重要手段。此外,以电阻率测试为基础的成像技术和复电阻率技术在天然气水合物储层动态演化监测、剖析天然气水合物形成分解机制等方面有独特的优势。《海洋天然气水合物开采热电参数评价及应用》一书针对上述问题,深入总结了海洋天然气水合物岩心的热学性质及电学参数在天然气水合物形成分解过程中的演化规律。

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11 MAY 2022

海洋试点国家实验室在南海北部海底峡谷研究方面取得新进展

海底峡谷是大陆边缘重要的地貌单元,对沉积物“源—汇”过程及其相关能源资源、海底生态系统和海洋地质灾害等均具有重要影响。根据地貌特征,海底峡谷可分为单支型海底峡谷与树枝型海底峡谷体系。相较于单支型海底峡谷,树枝型海底峡谷体系多分布于构造活跃陆缘,具有活动性强和覆盖面积广等特征,因此可向深海输运更为丰富的陆源碎屑及有机质,为深海油气和天然气水合物聚集成藏提供充足的物质基础和储集空间,同时对深海碳汇过程也有积极作用。虽然当前关于单支型海底峡谷的形成演化已有较为深入的认识,但是对于地貌及地质过程更为复杂的树枝型海底峡谷体系的形成演化机理研究却较为匮乏,亟待展开进一步探索。 海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室科研人员综合利用高分辨率海底多波束测深和二维多道地震数据,对南海东沙海域的典型树枝型峡谷体系展开研究,系统分析了该树枝型峡谷体系的地貌特征、侵蚀-沉积充填特征及其与断裂体系和海洋动力的伴生关系(图1)。结果表明,东沙海域树枝型峡谷体系由一个主干峡谷(C2)和三个分支峡谷(C1, C3和C4)所构成,分支峡谷的走向及其纵剖面形态受构造作用影响的程度在空间上存在明显差异,故不能仅以局部分支与构造作用间的关系来阐释整个树枝型峡谷体系分支峡谷形成演化与构造作用的耦合关系。同时值得注意的是,峡谷区发育有广泛分布的沙波、冲刷坑等底流成因地貌,指示该峡谷体系处于强烈的底流作用之下,特别是内波/内潮作用。峡谷地貌通常对内波/内潮具有显著的放大效应,进而促进峡谷体系中各分支的得到冲刷和扩展;与此同时,对于直面内波/内潮的峡谷侧翼,受到的侵蚀作用更为强烈,从而更易于形成峡谷侧翼冲沟,其中部分冲沟在长期的侵蚀作用下可进一步演化为新的分支。综上分析,本研究建立了构造和海洋过程对树枝型峡谷体系形成演化的控制模式(图2)。该模式对于理解全球其他树枝型峡谷体系及其所在陆缘的形成演化及资源环境效应具有重要借鉴意义。

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13 APR 2022

海洋试点国家实验室在黄河陆源有机碳埋藏效率研究方面取得新进展

黄河是中国边缘海沉积物和有机碳的最大贡献河流之一。前人利用总有机质及单体分子生物标志物的碳同位素揭示了黄河输运的有机碳以陈化土壤碳为主并且能够有效地保存在海洋沉积物中,是重要碳汇。张玉双博士等利用升温热裂解的放射性碳分析(RPO-14C)方法表征了由黄河输运并埋藏在渤海、黄海沉积物中有机碳的性质和分布格局,并估算了不同热化学稳定性的不同陆源有机碳组分的埋藏效率。结果表明,黄河输运的有机碳中96%是生源有机碳(biosphericOC)和岩石风化的化石源有机碳(petrogenicOC),而未风化的化石源有机碳只占4%,比前人基于单体化合物的放射性碳分析估算的化石源有机碳(32%)低一个数量级。渤海、黄海沉积物中总陆源有机碳的埋藏效率整体较高,平均高达89 ± 30%,主要是由于黄河主要输送难熔且陈化的细颗粒有机碳以及渤海、黄海相对稳定的沉积环境。同时,该研究揭示出陆源有机碳的埋藏效率随着活化能的升高有降低趋势,这一现象由以下几种因素共同造成:1)输运过程中粗颗粒中的化石源有机碳的选择性降解;2)受海源有机碳输入影响造成化石源有机碳的选择性矿化;3)与次生矿物紧密结合的陈化C4植物来源的有机碳的选择性保存作用。

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18 MAR 2022

海洋试点国家实验室于际民团队在碳循环研究取得重要进展

作为巨大的碳储库,海洋对不同时间尺度的大气二氧化碳(CO2)变化起着至关重要的作用。尽管冰芯记录揭示了过去大气CO2多时间尺度波动,但是这些波动具体是受哪些海洋过程调控呢?这一问题至今尚未解决。2022年3月17日Nature Geoscience杂志以Article的形式在线发表了青岛海洋科学与技术试点国家实验室鳌山人才卓越科学家于际民研究员团队的最新研究成果“Millennial andcentennial CO2 release from the Southern Ocean during the lastdeglaciation”(Yu et al., 2022,Nature Geoscience, DOI: 10.1038/s41561-022-00910-9), 该研究成果为回答这一前沿科学问题提供了重要线索。 由于海-气CO2交换发生在海洋表层,传统上大多数科学家利用生长在表层海洋的生物载体(如浮游有孔虫的钙质壳体和硅藻的蛋白石骨骼)来开发不同的指标用以研究碳循环。然而,依据这些指标所获得的数据信号存在诸多时、空差异,影响推测碳循环机制。例如,大多数有孔虫类和硅藻主要生长在春、夏两季,即便基于它们的研究表明某海域向大气释放CO2,也不能断言该海域是大气的一个碳源,因为在春、夏两季释放的CO2可能会在其它季节被海洋重新吸收。 与表层海洋相比,海洋内部水体(深海)可综合全年的海-气CO2交换信号,基本不受季节变化的影响。因此,在一定程度上,海洋内部水体可更好地反映大范围海域对大气CO2的影响。不过,海洋内部碳循环也受多个过程调节,并非所有过程都可直接反映海-气CO2交换信号。譬如,生物降解作用会增加深海中的碳含量,但是仅有一部分碳含量的增加与海-气CO2交换直接相关(即,碳从大气封存到了深海),而其它部分的碳含量增加则是碳在海洋内部的空间转移(比如,碳从浅海被转移到深海);显然,若为探索大气CO2变化机制,海-气交换部分的CO2是我们期望获得的信息。那么,如何从海洋内部海水数据提取有效的海-气CO2交换信号呢?这是碳循环研究中一个关键而极具挑战性的问题。 针对这一前沿科学问题,于际民研究员领衔的研究团队开发了一种全新的、可有效反映海-气CO2交换的示踪指标—DICas (详见Yu et al., 2019, Nature Communications)。利用这一新型示踪指标,并结合数值模拟,该研究团队详细揭示了末次冰消期海洋内部与大气之间的CO2交换过程。结果发现,在末次冰消期早期,海洋内部水体通过南大洋向大气释放了CO2。更有意义的是,该研究提出了一种新的机制来解释大约1.46万年前Bølling时期所呈现的百年尺度CO2快速上升:南极中层水的骤然扩张。与其它水体相比,南极中层水对大气CO2的封存效率较低,因此该水体的扩张会降低海洋对大气CO2的封存能力,从而导致大气CO2上升。这表明,海洋内部水体的大气CO2封存能力与洋流循环密切相关。 海洋碳循环是一个复杂、重要的研究课题。为更准确的预测未来大气CO2变化,我们亟需深入理解全球碳循环、营养物质循环及其与温盐环流的耦合机制,而研究地球的气候历史是提升对碳循环-气候体系机制性理解的一个重要渠道。 上述这项工作得到了国家自然科学基金委和澳大利亚研究理事会的经费支持,由来自青岛海洋科学与技术试点国家实验室、澳大利亚国立大学、伍兹霍尔研究所、中国科学院、新南威尔士大学、康涅狄格大学等单位的科学家组成的国际团队合作完成。

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