綜述及基本情況
設施概述
海洋科學綜合考察船“科學”號是實現(xiàn)我國海洋強國戰(zhàn)略、開展深遠海綜合科學考察研究的國家重大科技基礎設施。該船由中國船舶及海洋工程設計研究院設計,武昌船舶重工有限責任公司建造,于?2012?年建成,2015?年完成國家驗收,由中國科學院海洋研究所管理運行。
“科學”號海洋科學綜合考察船是我國首艘具有自主知識產(chǎn)權(quán)、具有深遠海探測與研究能力的?4?000?噸級綜合科考船;定員?80?人,續(xù)航力?15?000?海里,自持力?60?天,DP-1?動力定位,可滿足無限航區(qū)要求,具有全球航行能力;集多學科、多功能、多技術(shù)手段為一體,其綜合海洋環(huán)境立體探測范圍涵蓋全球?99.2%?的海域。
投入使用?6?年來,“科學”號聚焦西太平洋深遠海,統(tǒng)籌中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項、科技基礎資源調(diào)查專項、國家重點基礎研究發(fā)展計劃項目和國家自然科學基金西太平洋船時項目等海上作業(yè)需求,在航?1?500?多天,累計航行?21?萬多海里,有力支撐了我國涉海海洋機構(gòu)深海裝備體系、技術(shù)體系、人才隊伍體系建設和深遠?？茖W研究。
科學目標
“科學”號通過開展全球范圍內(nèi)(冰區(qū)除外)深海及洋區(qū)海洋科學綜合考察活動,實現(xiàn)以下?6?大科學領域的相關目標:
大洋環(huán)流系統(tǒng)與氣候變化
海洋動力過程與災害
深海生物、基因資源及生物多樣性
大洋生態(tài)系統(tǒng)與碳循環(huán)
洋中脊與大陸邊緣熱液系統(tǒng)及地球深部過程
深海海底油氣資源形成機理
承擔國家重大項目情況
迄今,“科學”號以西太平洋深遠海調(diào)查研究為主,累計完成了31個科學考察航次和近?300項航次課題,獲取了高質(zhì)量的水文、地質(zhì)、生物生態(tài)和地球物理等數(shù)據(jù)資料逾?15?TB?和大量寶貴的生物、地質(zhì)樣品。以?2018?年為例,“科學”號承擔了中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項?13?項、國家自然科學基金?28?項、科技基礎資源調(diào)查專項?8?項、國家海洋局專項課題?1?項、國家重點研發(fā)計劃4項、中國科學院對外合作重點項目?1?項、企業(yè)合作研究課題?3?項、問海計劃?1?項、鰲山科技創(chuàng)新計劃?2?項等?63?個航次課題的調(diào)查任務,圓滿完成年度科學目標。
研究進展與成果
建成深遠海綜合探測平臺研發(fā)與應用體系
基于國家重大科技基礎設施“科學”號海洋科學綜合考察船,通過自主探索與實踐,在國內(nèi)首次建立了宏觀與微觀、走航與定點、梯度與原位相結(jié)合的深遠海環(huán)境探測技術(shù)體系;突破了?10?000?米深海定點探測、7?000?米深海探測與采樣、4?500?米深海精準探測與取樣、1?000?米水體剖面走航探測、深海?30?米長沉積物取芯等關鍵技術(shù);具備立體同步精準開展深海地形地貌、海底環(huán)境、水體環(huán)境的綜合探測和樣品采集的能力;實現(xiàn)了深海探測“看得清、測得準、下得去、采得上、功能全以及用得起”的目標。迄今,“科學”號在完成深海大洋考察任務逾?21?萬海里,“發(fā)現(xiàn)”號深海纜控潛器(ROV)成功完成?227?次下潛,在南海冷泉、沖繩海槽、雅浦海山區(qū)獲得?4?000?余號大型生物樣品,實現(xiàn)了深海環(huán)境和資源新認知,奠定了我國自主開展深遠海綜合科學研究的基礎。
建成西太平洋實時科學觀測網(wǎng),太平洋西邊界流三維結(jié)構(gòu)和變異機制研究居國際引領地位
成功建成我國首個深海實時科學觀測網(wǎng),首次實現(xiàn)西太平洋主流系潛標觀測的全面覆蓋;首次融合感應耦合和聲學通信技術(shù)實時傳輸深海?6?000?米全水深溫鹽流等數(shù)據(jù),實現(xiàn)了深海大容量數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)陌踩?、自主和可控。觀測網(wǎng)全流程一體化作業(yè)包括科學規(guī)劃、深海潛標設計、大洋海上作業(yè)、水下和衛(wèi)星實時傳輸、數(shù)據(jù)智能分析挖掘、電腦手機終端圖形接收等,其建設與維護實現(xiàn)了批量化、標準化和常態(tài)化,為我國大洋觀測網(wǎng)建設提供了示范。
基于上述觀測和歷史積累,深入研究了太平洋西邊界流的三維結(jié)構(gòu)和變異機制,揭示了潛流系統(tǒng)的新特征和物理機制,構(gòu)建了熱帶太平洋西邊界流三維結(jié)構(gòu)框架,揭示了西邊界潛流的來源,闡明了西邊界潛流在南北半球水交換中的重要作用。該研究取得了一系列突破性原創(chuàng)成果,在國際海洋與氣候領域作出了重要貢獻,標志著我國在西太平洋環(huán)流與氣候領域的研究實現(xiàn)了從跟蹤到引領的歷史性跨越。
深海海洋生物分類與多樣性研究居國際前列
通過對西太平洋海山、熱液、冷泉等深海生物多樣性調(diào)查與研究,發(fā)現(xiàn)并發(fā)表了深海巨型和大型動物?12?個新種;首次報道了深海儷蝦與舟體海綿屬的共生關系,為揭示海洋生物的協(xié)同演化,探索甲殼動物分子系統(tǒng)演化以及適應深海熱液、冷泉化能生態(tài)系統(tǒng)的分子機制提供了新的認知。該成果代表了中國深海生物分類的最高學術(shù)水平,顯著提升了我國深海生物的發(fā)現(xiàn)和研究能力并與國際研究同步,該團隊也成長為國際上少有的建制完整的海洋生物分類與多樣性研究團隊。
海山航次發(fā)現(xiàn)的稀有海蛞蝓、未知的珊瑚、馬蹄螺、深海扇貝、多毛類、海鞘、蝦蟹和魚等深海生物,在寡營養(yǎng)海域發(fā)現(xiàn)的多片五彩斑斕的珊瑚林、多種深海生物共存共生、深海蝦孵卵及海星攝食柳珊瑚等現(xiàn)象,為海山生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)的研究與保護提供第一手重要資料。
系統(tǒng)性揭示了雅浦俯沖帶俯沖侵蝕特征,建立了其新生代以來的完整演化模式
雅浦俯沖帶地貌-沉積特征研究表明,雅浦弧前區(qū)約?4?000?米水深處形成了明顯的坡折帶,其存在主要由于弧前斜坡上發(fā)育的兩期大型滑塌體所導致;在俯沖板片前緣細致刻畫了一個正斷層發(fā)育帶,其成因與俯沖過程中板片前緣的撓曲作用相關;在俯沖板片內(nèi)部地層內(nèi)識別了強烈的不整合面,其記錄了卡羅琳洋脊的初始張裂事件。研究揭示了雅浦俯沖帶的俯沖侵蝕模型,認為該區(qū)域俯沖板塊的粗糙程度是控制上覆板塊侵蝕過程的主要因素,俯沖板塊內(nèi)部海山與地壘地塹構(gòu)造帶的發(fā)育增大了俯沖板片的基底起伏,其俯沖造成了雅浦俯沖帶弧前或島弧地殼的侵蝕。該觀點修正并完善了雅浦俯沖系統(tǒng)的演化模式,對于重新闡明雅浦俯沖帶的演化模式及過程具有重要意義。
深海原位拉曼定量探測領域取得新突破
成功研制出國際首臺耐高溫(450℃)的熱液流體拉曼光譜探針(RiP),攻克了光學鏡頭不耐高溫和高濃度顆粒附著對光學系統(tǒng)的影響等國際技術(shù)難題。該系統(tǒng)自成功研制后依托“科學”號海洋科學綜合考察船和“發(fā)現(xiàn)”號深海纜控潛器對馬努斯熱液區(qū)、沖繩海槽熱液區(qū)的高溫熱液噴口進行了原位拉曼光譜探測,采集到大量原位光譜數(shù)據(jù)。基于國內(nèi)首次獲得的亞米級馬努斯熱液區(qū)的深海高分辨地形圖,發(fā)現(xiàn)?2?個國際上未見報道的熱液區(qū),獲得了該熱液噴口周圍溫度梯度分布(最高溫度?344℃)和物質(zhì)成分數(shù)據(jù);成功確定了沖繩海槽中部熱液噴口流體中?CO2、SO42??的濃度,通過對比在同一熱液噴口保壓取樣方法測量的?CO2?濃度,發(fā)現(xiàn)原位測量的濃度可高出保壓取樣實驗室測試濃度的?3?倍以上;在我國南海約?1?100?多米深的海底首次發(fā)現(xiàn)裸露在海底的天然氣水合物——“可燃冰”。
深?；苌鷳B(tài)系統(tǒng)生物適應機制取得新認知
構(gòu)建了深海無脊椎動物養(yǎng)殖體系,實現(xiàn)了深海貽貝(水深?2?000?米)化能營養(yǎng)生物活體的實驗室培育,我國成為繼德國、日本之后世界上第三個成功開展人工模擬環(huán)境下化能營養(yǎng)生物培養(yǎng)的國家?；凇笆覂?nèi)模擬實驗—海洋移動實驗室—深海原位實驗室”研究,發(fā)現(xiàn)深海貽貝的免疫基因整體收縮,為共生系統(tǒng)的建立和維持創(chuàng)造了有利條件,而?Toll?樣受體(TLR)、肽聚糖識別蛋白(PGRP)等免疫受體收到了正選擇且特異性的擴張,提示上述分子在共生菌的特意識別中發(fā)揮作用;Bathymodiolus platifrons?基因組多種類型的通道蛋白發(fā)生了擴張并且高表達,提供了適宜的共生環(huán)境。此外,細胞外基質(zhì)的糖基化為共生菌的選擇性富集提供有利條件;新的證據(jù)支持溶酶體的細胞內(nèi)消化是深海貽貝獲取物質(zhì)能量的重要方式。以上成果首次基于多物種的比較組學提出了深海無脊椎動物宿主與共生菌互作的概念模型,為深海生物適應性研究提供了理論基礎。(中國科學院院刊供稿)
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