AMAP评估报告解读:气候变化对北极地区持久性有机污染物和新污染物的影响

气候变化显著影响北极地区的海陆环境,进而影响北极地区典型污染物的来源、传输与环境归趋。北极监测与评估计划(AMAP)近期发布的AMAP 2020评估报告《北极地区持久性有机污染物(POPs)和新污染物(CEACs):气候变化的影响》指出:(1)气候变暖导致北极冰冻圈内长期储存的污染物重新释放和再分配,北极地区随人类活动加剧产生新污染物排放;(2)气候变暖增强了POPs长距离迁移潜力,海洋“生物泵”过程的强化增加了POPs在深海水域的沉积存储;(3)气候变化产生自然环境变化与生物生态变化,进而影响北极食物网的污染物赋存状态和当地居民的暴露水平。该评估报告显示,气候变化对POPs和CEACs的影响十分复杂,相关机制仍有待深入研究。未来需要将更多具有POPs性质的化学品纳入监管,继续开展国家监测项目,加强跨学科交流与活动以及政府、学校、北极本地居民间的合作。     

深海采矿对大洋生态系统的影响

本文扼要介绍了深海采矿的环境效应,重点研究了深海采矿对大洋生态系统特别是对底栖生物,浮游生物,食物链结构等的影响,最后探讨了对试采矿监测结果等的有效性评价以及国外最新的研究动态。     

深海化能合成生态系统研究进展

深海化能合成生态系统(ChEss)是当前最大的国际海洋生物多样性研究计划--国际海洋生物普查计划的现场研究项目之一.深海化能合成生态系统主要包括热液、冷泉、鲸骨生态系统以及由其他高度还原型生境形成的生态系统.确定上述系统动物区系间的进化和生态学关系,对于了解全球尺度上化能合成生态系统物种分布的形成过程至关重要.重点介绍深海化能合成生态系统科学计划发起的背景、研究内容和目标、研究区域、研究技术与方法以及当前在该领域的研究进展和展望,综合国际上在深海化能合成生态系统生物地理学和生物多样性方面的最新进展,了解其中的驱动过程,以期为我国在深海化能合成生态系统、极端环境下的生物多样性和生物地理学研究提供参考.     

从第三极到北极： 多年冻土碳循环研究进展

多年冻土区储存着大量的土壤有机碳, 其碳库变化及生态系统碳反馈机制是当前全球气候变化研究中备受关注的热点问题。为了增强对多年冻土碳循环的认识, 通过综合第三极和北极地区多年冻土碳循环研究, 概述了土壤有机碳库大小、 脆弱性及生态系统碳交换过程, 分析了涉及大气、 海洋和陆地综合影响的多年冻土区生态系统碳循环。研究表明： 第三极和北极多年冻土区碳储量不确定性较大, 影响和控制有机碳分解和生态系统碳交换的生物地球化学过程仍需进一步研究, 进而改进生态系统碳循环相关的模拟研究。在全球气候变化背景下, 研究多年冻土碳库变化及其对气候变化的响应, 是预估未来气候变化的关键环节。     

与全球变化有关的几个北极海洋地质问题

极地区域是全球变化研究的重点区域 ,在北极地区与全球变化有关的地质问题主要是北极地区的海陆变化对全球变化的影响 ,以及全球变化在地层中的记录。这涉及到北极形态变化及与其它大洋沟通的水道开闭情况 ,地形起伏对大气、大洋环流的影响 ,地壳升降与海平面变化对河流流量和海岸稳定性的影响 ,气体水合物及有机碳等变化对全球碳循环的影响 ,以及这些影响与气候变化信息在极地沉积物中的记录。文章在对上述影响及海洋地质研究状况进行探讨后 ,又简要介绍了中国的首次北极考察海洋地质研究状况     

俄罗斯北极地区前寒武纪岩相古地理特征

本文基于大量文献资料,系统研究俄罗斯北极地区前寒武纪的岩相古地理。俄罗斯北极地区前寒武纪共识别出半深海-深海区、浅海区、滨海区、冲积区和隆起剥蚀区5种古地理单元,其中,隆起剥蚀区沉积记录缺失;冲积区以砾岩+砂岩+泥岩和变质碎屑岩+碳酸盐岩为主;滨浅海区沉积则以变质碎屑岩+碳酸盐岩、蒸发岩+碳酸盐岩、砂岩+泥岩+碳酸盐岩3种岩性组合为主,局部有蒸发岩、砾岩+砂岩+泥岩发育;而半深海-深海区为大洋。俄罗斯北极地区前寒武纪古地理以滨浅海区为主,主要分布在东西伯利亚台地、西西伯利亚盆地、鄂霍茨克地块、楚科奇板块和巴伦支海北部地区;半深海-深海区的分布仅次于滨浅海区,此时西西伯利亚盆地尚未完全形成,其东侧为半深海-深海区;隆起剥蚀区分布范围小于半深海-深海区,主要分布在波罗的地盾及其周缘地区,以及东西伯利亚台地的阿纳巴尔地块和阿尔丹地盾地区;冲积区分布范围最为局限,仅在蒂曼-柏朝拉盆地中部发育。研究表明,俄罗斯北极地区广泛发育前寒武纪地层,岩性以碳酸盐岩和变质碎屑岩为主,部分构造单元中的前寒武纪地层已成为陆壳基底,前寒武纪岩相古地理特征研究可为前寒武纪地质研究提供依据,为其余地质时期的岩相古地理研究奠定基础。     

海洋微塑料源汇搬运过程的研究进展

海洋微塑料是全球性的环境问题和挑战,受到了国际社会的广泛关注。然而,现阶段研究主要集中在调查海洋表层微塑料丰度及生态效应,对深海环境中微塑料的分布和沉积搬运过程认识不足。通过总结近10年海洋微塑料的相关研究,综述了海洋微塑料来源、分布以及从源到汇的搬运过程。实地调查表明,海洋表层和水柱都是海洋微塑料的重要聚集区,而深海表层沉积物却是海洋微塑料最终沉积聚集的汇。海洋微塑料搬运到深海沉积汇的过程包括2种方式:垂向沉降和侧向搬运。实验室模拟表明,海洋中微塑料颗粒沉降速率为300～1 000 m/d,沉降过程除了受控于颗粒密度等物理学性质外,还受海洋动力过程、生物作用和海洋雪聚集等因素的影响。沉积在海底的微塑料则可以随再悬浮沉积物向深海侧向运移,该过程与内波、深海浊流或气候事件等因素有关。但是,微塑料向深海搬运的速率和数量等问题远未解决,不利于全面理解海洋微塑料从源到汇的搬运和沉积过程。因此,建议利用分层沉积物捕集器原位观测微塑料的沉降通量,以便开展深海微塑料源汇搬运过程研究。     

北极海冰减退引起的北极放大机理与全球气候效应

自20世纪70年代以来,全球气温持续增高,对北极产生了深刻的影响。21世纪以来,北极的气温变化是全球平均水平的2倍,被称为"北极放大"现象。北极海冰覆盖范围呈不断减小的趋势,2012年北极海冰已经不足原来的40%,如此大幅度的减退是过去1 450年以来独有的现象。科学家预测,不久的将来,将会出现夏季无冰的北冰洋。全球变暖背景下北极内部发生的正反馈过程是北极放大现象的关键,不仅使极区的气候发生显著变化,而且对全球气候产生非常显著的影响,导致很多极端天气气候现象的发生。北极科学的重要使命之一是揭示这些正反馈过程背后的机理。北极放大有关的重大科学问题主要与气—冰—海相互作用有关,海冰是北极放大中最活跃的因素,要明确海冰结构的变化,充分考虑融池、侧向融化、积雪和海冰漂移等因素,将海冰热力学特性的改变定量表达出来。海洋是北极变化获取能量的关键因素,是太阳能的转换器和储存器,要认识海洋热通量背后的能量分配问题,即能量储存与释放的联系机理,认识淡水和跃层结构变化对海气耦合的影响。全面认识北极气候系统的变化是研究北极放大的最终目的,要揭示气—冰—海相互作用过程、北极海洋与大气之间反馈的机理、北极变化过程中的气旋和阻塞过程、北极云雾对北极变化的影响。在对北极海冰、海洋和气候深入研究的基础上,重点研究极地涡旋罗斯贝波的核心作用,以及罗斯贝波变异的物理过程,深入研究北极变化对我国气候影响的主要渠道、关键过程和机理。     

加拿大海王星:科学、运行、管理

加拿大海王星是世界最大的海底缆接科学观测网,于2009年开始运行.它连接了位于不同水深和不同海洋地质环境的大批观测仪器,把数据连续不断地通过互联网传给科学家和大众.海王星的建立是为了推动地震过程和大地构造、海底地下流体、海洋生物与气候变化、深海生态系统、工程和信息科学等五大科学命题的研究.为最大程度地推动国际合作,加速科学发展步伐,它的系统使用完全开放,数据全部免费公开,这在科学史上前所未见.这种全方位、全开放的复杂庞大的科研系统需要高超的管理方法和优良的学术环境.     

加拿大"海王星"海底观测网

加拿大"海王星"海底观测网(NEPTUNE-Canada)是世界首个深海海底大型联网观测站,位于东太平洋的胡安·德·夫卡板块最北部.它以板块构造运动、海底下的流体、海洋生物与气候、深海生态系统为科学目标,通过海底光缆连接安装在海底的仪器设备,进行实时、连续的观测,并通过光电缆将观测信息传回陆地实验室.此外,NEPTUN...     

ESI高影响论文揭示的北极自然科学研究特点

在全球气候持续变暖背景下,北极地区冻土退化、冰川退缩、海冰减少等导致了一系列的生态环境问题,同时也使得资源勘探开发与国际新航道开通成为可能,北极地区的重要性日益凸显。依据2009—2019年6月期间有关北极研究的408篇ESI高影响论文,对发文量、主要作者、研究机构、国家、研究方向等字段进行分析,从自然科学角度,宏观而概要地了解北极研究中最具影响力的研究力量、研究领域,为中国的北极研究提供最精要的科研信息整体分析,并通过内容分析揭示北极研究中的重要方面和中国在当前北极研究中存在的问题及或可行的策略途径。分析发现：美国引领并以绝对优势（论文数量、主要作者、机构、资助基金）占据北极研究领域。北极自然科学研究已形成以气候变暖为核心和背景,辐射相关海冰和海洋、生物与典型生态系统（生物多样性适应与保护、北方针叶林、苔原、微生物）、冰川退缩与冻土退化、大气天气与气候系统等领域的整体研究格局,呈现全面推进态势。研究已取得大量进展,研究手段呈现出大数据支持、模型运算为主的显著特征,但“不确定性”几乎渗透在其各个方面。中国以合作参与、外围相关、微量切入的形式开展北极研究,存在多重限制因素,我国或可利用已有冰冻圈研究积累,积极参与各方面研究及数据共建共享,着重北极对中纬度气候影响等与我国社会经济密切相关的领域,从而为提升北极研究的科学话语权、为我国的防灾减灾和生态环境改善提供支持。     

加拿大多年冻土研究之父——约翰·罗斯·麦凯教授

1984年9月19日,加拿大总督亲自将北方科学百年奖的首奖授予了一位从事多年冻土和地下冰研究的加拿大科学家,以表彰他在北极研究中所作出的突出贡献。不到两年,1986年4月24日瑞典国王又亲自向这位加拿大北极最早的探索者颁发了维加金奖,使他与世界上第一次航行北极东北通道     

基于激光诱导击穿光谱技术的深海稀土元素识别与定量分析探索

深海稀土在世界大洋中广泛分布，其资源潜力巨大。我国是最早开展深海稀土调查的国家之一，引入新技术、新方法有助于未来海洋稀土资源的开发与利用。激光诱导击穿光谱(LIBS)作为一种新型的海洋原位探测技术，具备深海稀土原位分析的能力。本文将LIBS技术引入深海沉积物稀土元素的探测与分析中，以富稀土深海沉积物标准物质(GBW07586～GBW07590)为研究对象，识别出16种稀土元素(Pm除外)的LIBS特征光谱峰，并以此验证了LIBS用于La等6种稀土元素的定量分析能力，可实现ppm量级的灵敏检测。本文阐述了LIBS技术面向深海稀土矿检测的适用性，研究结果将为未来LIBS深海稀土原位探测提供重要依据，为深海稀土资源评估与开采提供支撑。     

深海热泉生物——人类的基因资源宝库

广泛存在于大洋之中的深海热泉生物群落依靠化学自营维持生存与繁衍，构成了独特的生态系统，是对光合作用生态系统理论的一个挑战和补充，在生物学上有着重要的研究意义，对于揭示生命的起源与拓展生命的生存空间有着重要的学术价值，而且还孕育着广泛而重要的应用价值和商业前景，具体体现在新型医药开发、基因疗法、工业应用以及环境保护等方面。深海热泉生物将是人类最重要的基因资源宝库。     

物理海洋观测研究的进展与挑战

从当今物理海洋所面临的若干前沿科学问题出发,重点探讨了物理海洋观测研究所面临的任务与挑战,包括大洋边界流系统、海洋湍流及跨等密度面混合以及海洋热含量和淡水平衡等.在已有的基础上,对我国在深海研究领域特别是物理海洋观测方面提出了几点针对性的建议.     

高压下深海碳循环的过程及其对生命活动的影响

目前约25%化石燃料来源的CO₂被海洋吸收,缓解了人类活动对气候变化的影响。海洋通过多个概念的碳泵将大气中的CO₂输送到深海。深海高压和低温的特点有利于CO₂溶解,目前已经储存了相当于大气含量50倍的无机碳,另外,深海沉积物中还储存有大量甲烷水合物。认识深海中的碳循环过程,对于保护海洋固碳能力、开发固碳潜力有重要意义。总结了国内外在海洋碳库、碳输送研究方面的进展,重点讨论了深海C元素转化循环的过程以及高压对生命活动的影响。微生物驱动了深海碳循环,大部分浮游植物所包含的有机碳在沉降过程中被微生物矿化成CO₂以及转化为难降解的有机碳,使深海成为巨大的、长周转时间的有机碳库; 高压能提高古菌甲烷厌氧氧化的活性,提升屏蔽海底甲烷释放的能力,同时,高压下氧化甲烷的过程中不仅产生碳酸氢盐,还产生可支持异养生物的乙酸,因此,全球甲烷厌氧氧化的通量可能被低估; 高压下细胞代谢额外产生的氨,可作为氨氧化古菌固定无机碳的潜在能量来源。总之,研究现在以及未来的人类活动对深海碳循环过程的影响以及环境效应,评估应用深海作为地球工程技术平台封存CO₂的可能性,都迫切需要加深对碳循环在内的深海元素循环的认识。     

我国近海生态系统食物产出的关键过程及其可持续机理

围绕国家重点基础研究发展计划（973计划）项目“我国近海生态系统食物产出的关键过程及其可持续机理”,介绍了海洋可持续生态系统研究对我国社会与科技发展的意义、研究现状和发展趋势、拟解决的关键科学问题和预期目标,以及研究实施计划。该项研究的最终目标是从人类活动和自然变化两个方面认识我国近海海洋生态系统服务与产出功能,量化其生态容纳量及动态变化,预测生态系统的承载能力和易损性,寻求我国近海海洋可持续开发利用与资源环境相协调发展的途径。     

深海真核微生物多样性研究进展

真核微生物是深海中数量占优势、多样性高且功能重要的微型生物类群。开展深海真核微生物多样性的研究,将为理解深海生态系统结构以及微型生物多样性及其地理分布提供科学依据。迄今,深海真核微生物多样性的研究明显滞后于原核微生物,对于其形态多样性的认识仍局限于有孔虫等无需培养且通过壳体可直接鉴定的少数类群。分子生物学技术的广泛应用,极大地拓展了对深海真核微生物群落结构和多样性的认识,发现了深海中存在的大量未知的新阶元,揭示了较之形态多样性更高的分子多样性。在综述国内外研究进展的基础上,针对真核微生物多样性的研究策略、存在的问题及未来研究应关注的问题提出了建议。     

北极快速变化对北冰洋碳循环和生物地球化学过程的影响

北冰洋是全球海洋碳循环研究的关键地区之一,其独特的地理位置决定了它是开展海陆统筹研究碳汇一个绝佳的场所,即地形相对封闭,边缘有着世界上最大的陆架区,外围有广袤的陆地冻土层和大河输入。近年来,由于全球变暖,海冰消退,北极快速变化所引起的一系列大气、冰雪、海洋、陆地和生物等多圈层相互作用过程的改变,已经对北极地区碳的源、汇效应产生了深刻影响。这种变化不仅体现在由于陆地冻土圈变化所引起的甲烷和二氧化碳释放上,而且,随之而来的海水层化、混合和环流变化,陆源有机碳和营养物质入海通量的增加,改变了海洋二氧化碳"物理泵"、"生物泵"和"微型生物碳泵"作用的强度、方式,以及海洋原有的海洋碳储库构成,也很可能会对全球海陆碳源汇格局产生重要影响。本文主要从北极快速变化所引起生物泵过程变化来讨论全球变暖对的海洋生物地球化学的影响。     

深海沉积物分类与命名的关键技术和方案

对地质研究的对象进行科学合理的分类,是地学研究的重要内容之一.为建立科学合理、量化统一、操作简便的深海沉积物分类与命名方案,详细分析国内外深海沉积物分类与命名现状,深刻了解海洋沉积物组成与分布,深入研究深海沉积物的水深、平均粒径和粘土含量3项参数指标,通过分析涂片鉴定粘土、钙质生物、硅质生物这三者的含量、粒度和化学分析之间的差异,建立钙质生物、硅质生物与CaCO₃、生物SiO₂的量化关系,完成沉降法和激光法粒度分析资料的对比和校正,分析深海沉积物分类与命名的兼容性和可比性.在上述研究成果基础上,自主创新提出深海沉积物分类与命名方案及其关键技术.深海沉积物类型简分法把深海沉积物分为深海粘土、钙质软泥、硅质软泥、粘土-硅质-钙质软泥4类,它能满足一般性海洋地质调查要求,达到基本了解深海沉积物类型的目的,在兼容世界深海沉积物类型现状的同时,充分考虑到混合沉积物的存在.深海沉积物类型细分法在简分法基础上细分了16种沉积物,使分类与命名更加详细和全面,满足海洋地质详细调查研究的要求.深海沉积物分类与命名方案与浅海沉积物分类与命名比较,在图形、类型指标、种类数量、冠字冠名法、混合沉积物表示法、可操作性等方面具有可比性,使浅海到深海的沉积物分类与命名呈渐变和有机联系.