綜述及基本情況
設(shè)施概述
海洋科學(xué)綜合考察船“科學(xué)”號是實(shí)現(xiàn)我國海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略、開展深遠(yuǎn)海綜合科學(xué)考察研究的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。該船由中國船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì),武昌船舶重工有限責(zé)任公司建造,于?2012?年建成,2015?年完成國家驗(yàn)收,由中國科學(xué)院海洋研究所管理運(yùn)行。
“科學(xué)”號海洋科學(xué)綜合考察船是我國首艘具有自主知識產(chǎn)權(quán)、具有深遠(yuǎn)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(dòng)力定位,可滿足無限航區(qū)要求,具有全球航行能力;集多學(xué)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(xué)”號聚焦西太平洋深遠(yuǎn)海,統(tǒng)籌中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、科技基礎(chǔ)資源調(diào)查專項(xiàng)、國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金西太平洋船時(shí)項(xiàng)目等海上作業(yè)需求,在航?1?500?多天,累計(jì)航行?21?萬多海里,有力支撐了我國涉海海洋機(jī)構(gòu)深海裝備體系、技術(shù)體系、人才隊(duì)伍體系建設(shè)和深遠(yuǎn)?？茖W(xué)研究。
科學(xué)目標(biāo)
“科學(xué)”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(xué)綜合考察活動(dòng),實(shí)現(xiàn)以下?6?大科學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)目標(biāo):
大洋環(huán)流系統(tǒng)與氣候變化
海洋動(dòng)力過程與災(zāi)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(jī)理
承擔(dān)國家重大項(xiàng)目情況
迄今,“科學(xué)”號以西太平洋深遠(yuǎn)海調(diào)查研究為主,累計(jì)完成了31個(gè)科學(xué)考察航次和近?300項(xiàng)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(xué)”號承擔(dān)了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)?13?項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金?28?項(xiàng)、科技基礎(chǔ)資源調(diào)查專項(xiàng)?8?項(xiàng)、國家海洋局專項(xiàng)課題?1?項(xiàng)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃4項(xiàng)、中國科學(xué)院對外合作重點(diǎn)項(xiàng)目?1?項(xiàng)、企業(yè)合作研究課題?3?項(xiàng)、問海計(jì)劃?1?項(xiàng)、鰲山科技創(chuàng)新計(jì)劃?2?項(xiàng)等?63?個(gè)航次課題的調(diào)查任務(wù),圓滿完成年度科學(xué)目標(biāo)。
研究進(jìn)展與成果
建成深遠(yuǎn)海綜合探測平臺研發(fā)與應(yīng)用體系
基于國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“科學(xué)”號海洋科學(xué)綜合考察船,通過自主探索與實(shí)踐,在國內(nèi)首次建立了宏觀與微觀、走航與定點(diǎn)、梯度與原位相結(jié)合的深遠(yuǎn)海環(huán)境探測技術(shù)體系;突破了?10?000?米深海定點(diǎn)探測、7?000?米深海探測與采樣、4?500?米深海精準(zhǔn)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(guān)鍵技術(shù);具備立體同步精準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)了深海探測“看得清、測得準(zhǔn)、下得去、采得上、功能全以及用得起”的目標(biāo)。迄今,“科學(xué)”號在完成深海大洋考察任務(wù)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(shí)現(xiàn)了深海環(huán)境和資源新認(rèn)知,奠定了我國自主開展深遠(yuǎn)海綜合科學(xué)研究的基礎(chǔ)。
建成西太平洋實(shí)時(shí)科學(xué)觀測網(wǎng),太平洋西邊界流三維結(jié)構(gòu)和變異機(jī)制研究居國際引領(lǐng)地位
成功建成我國首個(gè)深海實(shí)時(shí)科學(xué)觀測網(wǎng),首次實(shí)現(xiàn)西太平洋主流系潛標(biāo)觀測的全面覆蓋;首次融合感應(yīng)耦合和聲學(xué)通信技術(shù)實(shí)時(shí)傳輸深海?6?000?米全水深溫鹽流等數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)了深海大容量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)陌踩⒆灾骱涂煽?。觀測網(wǎng)全流程一體化作業(yè)包括科學(xué)規(guī)劃、深海潛標(biāo)設(shè)計(jì)、大洋海上作業(yè)、水下和衛(wèi)星實(shí)時(shí)傳輸、數(shù)據(jù)智能分析挖掘、電腦手機(jī)終端圖形接收等,其建設(shè)與維護(hù)實(shí)現(xiàn)了批量化、標(biāo)準(zhǔn)化和常態(tài)化,為我國大洋觀測網(wǎng)建設(shè)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(jī)制,揭示了潛流系統(tǒng)的新特征和物理機(jī)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(lǐng)域作出了重要貢獻(xiàn),標(biāo)志著我國在西太平洋環(huán)流與氣候領(lǐng)域的研究實(shí)現(xiàn)了從跟蹤到引領(lǐng)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(dòng)物?12?個(gè)新種;首次報(bào)道了深海儷蝦與舟體海綿屬的共生關(guān)系,為揭示海洋生物的協(xié)同演化,探索甲殼動(dòng)物分子系統(tǒng)演化以及適應(yīng)深海熱液、冷泉化能生態(tài)系統(tǒng)的分子機(jī)制提供了新的認(rèn)知。該成果代表了中國深海生物分類的最高學(xué)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(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)。
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(hù)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(dǎo)致;在俯沖板片前緣細(xì)致刻畫了一個(gè)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(guān);在俯沖板片內(nèi)部地層內(nèi)識別了強(qiáng)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(rèn)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(diǎn)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(lǐng)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(xué)鏡頭不耐高溫和高濃度顆粒附著對光學(xué)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(xué)”號海洋科學(xué)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?zé)嵋簢娍谶M(jìn)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(gè)國際上未見報(bào)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?jǐn)?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(shí)驗(yàn)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(yīng)機(jī)制取得新認(rèn)知
構(gòu)建了深海無脊椎動(dòng)物養(yǎng)殖體系,實(shí)現(xiàn)了深海貽貝(水深?2?000?米)化能營養(yǎng)生物活體的實(shí)驗(yàn)室培育,我國成為繼德國、日本之后世界上第三個(gè)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(shí)驗(yàn)—海洋移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室—深海原位實(shí)驗(yàn)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(kuò)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(kuò)張并且高表達(dá),提供了適宜的共生環(huán)境。此外,細(xì)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(xì)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(xué)提出了深海無脊椎動(dòng)物宿主與共生菌互作的概念模型,為深海生物適應(yīng)性研究提供了理論基礎(chǔ)。(中國科學(xué)院院刊供稿)
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