綜述及基本情況

設施概述

海洋科學(xué)綜合考察船“科學(xué)”號是實(shí)現我國海洋強國戰略、開(kāi)展深遠海綜合科學(xué)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(xué)院海洋研究所管理運行。

“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、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,續航力?15?000?海里,自持力?60?天,DP-1?動(dòng)力定位,可滿(mǎn)足無(wú)限航區要求,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(lái),“科學(xué)”號聚焦西太平洋深遠海,統籌中國科學(xué)院戰略性先導科技專(zhuān)項、科技基礎資源調查專(zhuān)項、國家重點(diǎn)基礎研究發(fā)展計劃項目和國家自然科學(xué)基金西太平洋船時(shí)項目等海上作業(yè)需求,在航?1?500?多天,累計航行?21?萬(wàn)多海里,有力支撐了我國涉海海洋機構深海裝備體系、技術(shù)體系、人才隊伍體系建設和深遠?？茖W(xué)研究。

科學(xué)目標

“科學(xué)”號通過(guò)開(kāi)展全球范圍內(冰區除外)深海及洋區海洋科學(xué)綜合考察活動(dòng),實(shí)現以下?6?大科學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)目標:

大洋環(huán)流系統與氣候變化

海洋動(dòng)力過(guò)程與災害

深海生物、基因資源及生物多樣性

大洋生態(tài)系統與碳循環(huán)

洋中脊與大陸邊緣熱液系統及地球深部過(guò)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(xué)”號以西太平洋深遠海調查研究為主,累計完成了31個(gè)科學(xué)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)和地球物理等數據資料逾?15?TB?和大量寶貴的生物、地質(zhì)樣品。以?2018?年為例,“科學(xué)”號承擔了中國科學(xué)院戰略性先導科技專(zhuān)項?13?項、國家自然科學(xué)基金?28?項、科技基礎資源調查專(zhuān)項?8?項、國家海洋局專(zhuān)項課題?1?項、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃4項、中國科學(xué)院對外合作重點(diǎn)項目?1?項、企業(yè)合作研究課題?3?項、問(wèn)海計劃?1?項、鰲山科技創(chuàng )新計劃?2?項等?63?個(gè)航次課題的調查任務(wù),圓滿(mǎn)完成年度科學(xué)目標。

研究進(jìn)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(xué)”號海洋科學(xué)綜合考察船,通過(guò)自主探索與實(shí)踐,在國內首次建立了宏觀(guān)與微觀(guān)、走航與定點(diǎn)、梯度與原位相結合的深遠海環(huán)境探測技術(shù)體系;突破了?10?000?米深海定點(diǎn)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(cháng)沉積物取芯等關(guān)鍵技術(shù);具備立體同步精準開(kāi)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(xué)”號在完成深海大洋考察任務(wù)逾?21?萬(wàn)海里,“發(fā)現”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、雅浦海山區獲得?4?000?余號大型生物樣品,實(shí)現了深海環(huán)境和資源新認知,奠定了我國自主開(kāi)展深遠海綜合科學(xué)研究的基礎。

建成西太平洋實(shí)時(shí)科學(xué)觀(guān)測網(wǎng),太平洋西邊界流三維結構和變異機制研究居國際引領(lǐng)地位

成功建成我國首個(gè)深海實(shí)時(shí)科學(xué)觀(guān)測網(wǎng),首次實(shí)現西太平洋主流系潛標觀(guān)測的全面覆蓋;首次融合感應耦合和聲學(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據,實(shí)現了深海大容量數據實(shí)時(shí)傳輸的安全、自主和可控。觀(guān)測網(wǎng)全流程一體化作業(yè)包括科學(xué)規劃、深海潛標設計、大洋海上作業(yè)、水下和衛星實(shí)時(shí)傳輸、數據智能分析挖掘、電腦手機終端圖形接收等,其建設與維護實(shí)現了批量化、標準化和常態(tài)化,為我國大洋觀(guān)測網(wǎng)建設提供了示范。

基于上述觀(guān)測和歷史積累,深入研究了太平洋西邊界流的三維結構和變異機制,揭示了潛流系統的新特征和物理機制,構建了熱帶太平洋西邊界流三維結構框架,揭示了西邊界潛流的來(lái)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,標志著(zhù)我國在西太平洋環(huán)流與氣候領(lǐng)域的研究實(shí)現了從跟蹤到引領(lǐng)的歷史性跨越。

深海海洋生物分類(lèi)與多樣性研究居國際前列

通過(guò)對西太平洋海山、熱液、冷泉等深海生物多樣性調查與研究,發(fā)現并發(fā)表了深海巨型和大型動(dòng)物?12?個(gè)新種;首次報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)物分子系統演化以及適應深海熱液、冷泉化能生態(tài)系統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(lèi)的最高學(xué)術(shù)水平,顯著(zhù)提升了我國深海生物的發(fā)現和研究能力并與國際研究同步,該團隊也成長(cháng)為國際上少有的建制完整的海洋生物分類(lèi)與多樣性研究團隊。

海山航次發(fā)現的稀有海蛞蝓、未知的珊瑚、馬蹄螺、深海扇貝、多毛類(lèi)、海鞘、蝦蟹和魚(yú)等深海生物,在寡營(yíng)養海域發(fā)現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象,為海山生物多樣性和生態(tài)系統的研究與保護提供第一手重要資料。

系統性揭示了雅浦俯沖帶俯沖侵蝕特征,建立了其新生代以來(lái)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(huà)了一個(gè)正斷層發(fā)育帶,其成因與俯沖過(guò)程中板片前緣的撓曲作用相關(guān);在俯沖板片內部地層內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,認為該區域俯沖板塊的粗糙程度是控制上覆板塊侵蝕過(guò)程的主要因素,俯沖板塊內部海山與地壘地塹構造帶的發(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(guān)點(diǎn)修正并完善了雅浦俯沖系統的演化模式,對于重新闡明雅浦俯沖帶的演化模式及過(guò)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(zhù)對光學(xué)系統的影響等國際技術(shù)難題。該系統自成功研制后依托“科學(xué)”號海洋科學(xué)綜合考察船和“發(fā)現”號深海纜控潛器對馬努斯熱液區、沖繩海槽熱液區的高溫熱液噴口進(jìn)行了原位拉曼光譜探測,采集到大量原位光譜數據?；趪鴥仁状潍@得的亞米級馬努斯熱液區的深海高分辨地形圖,發(fā)現?2?個(gè)國際上未見(jiàn)報道的熱液區,獲得了該熱液噴口周?chē)鷾囟忍荻确植?最高溫度?344℃)和物質(zhì)成分數據;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(guò)對比在同一熱液噴口保壓取樣方法測量的?CO2?濃度,發(fā)現原位測量的濃度可高出保壓取樣實(shí)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)現裸露在海底的天然氣水合物——“可燃冰”。

深?；苌鷳B(tài)系統生物適應機制取得新認知

構建了深海無(wú)脊椎動(dòng)物養殖體系,實(shí)現了深海貽貝(水深?2?000?米)化能營(yíng)養生物活體的實(shí)驗室培育,我國成為繼德國、日本之后世界上第三個(gè)成功開(kāi)展人工模擬環(huán)境下化能營(yíng)養生物培養的國家?；凇笆覂饶M實(shí)驗—海洋移動(dòng)實(shí)驗室—深海原位實(shí)驗室”研究,發(fā)現深海貽貝的免疫基因整體收縮,為共生系統的建立和維持創(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(lèi)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;新的證據支持溶酶體的細胞內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(wú)脊椎動(dòng)物宿主與共生菌互作的概念模型,為深海生物適應性研究提供了理論基礎。(中國科學(xué)院院刊供稿)

原文鏈接：http://ydyl.china.com.cn/2020-09/21/content_76725362.htm