科技动态▏美推出新一代USV等18则最新国际海洋科技动态 - 海底地质样本采集工具

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⒈拜登政府向国会提交2025财年预算，USGS、NOAA预算保持稳定

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3月初，拜登政府向国会提交2025财年预算请求，其中美国地质调查局（USGS）为16亿美元，与去年基本持平；美国国家海洋和大气管理局（NOAA）66亿美元，较去年实际下拨资金增加1.88亿美元。

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USGS预算重点支持4个方向：⑴观测卫星LandsatNext的开发；⑵USGS实验室建设；⑶干旱灾害的监测与应对研究；⑷提升USGS向决策者提供科学建议的能力；⑸提高关键矿产的评估与研究水平。

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NOAA的预算侧重5个方面：⑴卫星观测基础设施的投资和研发；⑵加强气候产品服务，支撑政府制定气候变化应对政策；⑶海洋产业协调发展；⑷区域间科学知识共享；⑸基础观测设施的更新和维护。

↑USGS2025年预算请求书（图源：USGS）

⒉美国能源部发布年度进展报告，阐述水电及海洋能项目成果

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3月15日，美国下属的水电技术办公室（WPTO）发布报告，全面阐述了WPTO资助的40多项水电和海洋能项目在2022—2023年度取得的成绩。水电项目成果包括：⑴研究和制造先进材料降低了现有水电设施运营成本；⑵开发信息化平台帮助水电利益相关者了解国家相关项目投资和税收政策；⑶支持水电网络安全设施建设等。海洋能项目成果包括：⑵部署美国首个电化学海洋CO2去除系统，每年可捕获100吨CO2，相当于50辆汽车一年的碳排放量；⑵在飓风级波浪中测试了波浪能转换器的安全性，验证了原型机的耐用性；⑶开发并测试了一批海洋能相关生态环境影响评价方法和工具；⑷应用模块化海洋数据采集系统支持多个海洋能项目，监控原型机在测试时的环境和设备参数。

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↑技术人员正在安装波浪能转换器原型机（图源：美国能源部）

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⒊澳大利亚加强海洋遗产保护，发现一艘120年前沉船

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2月26日，澳大利亚“调查者”号（RV Investigator）科考船完成了对一艘120年前沉没运输船的详细调查。这艘名为“SSNemesis”号的沉船长74米，1904年沉没于澳大利亚东部近海，2022年5月被海洋调查公司发现。2023年9月，“调查者”号受南威尔士州遗产委员会委托，对该沉船开展系统调查。科考船通过多波束测深识别沉船并绘制周边高分辨率地形图，通过水下相机拍摄了许多沉船高清照片，并据此创建了3D模型，为沉船保护及考古提供了重要支撑。

↑多波束测深数据显示的沉船影像（图源：CSIRO）

⒋哥斯达黎加热液喷口区发现新深海蠕虫，对认识极端生态系统生物多样性具有重要意义

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美国伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）与斯克利普斯海洋学研究所（SIO）合作，在哥斯达黎加太平洋沿岸约50公里的热液喷口区发现一种新深海蠕虫，并以“阿尔文”号深潜器首席潜航员的名字命名。该新物种最早于2009年“阿尔文”号执行任务时发现，2018年研究团队再次返回该区域采集了图像视频及生物标本。该深海蠕虫属于沙蚕科（Nereididae），长约10厘米，推测主要以细菌为食，具有敏锐的嗅觉和触觉。2009年以来，研究团队在哥斯达黎加甲烷渗漏区记录了约450个物种，截至目前在该极端生态系统的新发现物种数量增加至48个。

↑在哥斯达黎加甲烷渗漏区发现的深海蠕虫（图源：WHOI）

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⒌美国南极科考船启动招标程序，计划2031年入列

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2月底，美国国家科学基金会（NSF）极地项目办公室发布公告，公开招标船舶集成商，以支持新一代南极科考船的最终设计、建造和交付。招标文件提供了新一代南极科考船的科学能力和要求、设备指标以及各项预算等信息。根据规划，新船具备PC3级1破冰能力，续航能力将大于90天，搭载55名以上科学家。新船将在2026年年中完成最终设计并启动建造，计划2029年年中下水，2031年年中正式交付并开始执行科学计划。极地办公室强调，新一代南极科考船需要集成目前最先进的技术，旨在在未来数十年引领南极科学研究。

↑美国新一代南极科考船设计简图与效果图（图源：USAP）

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⒍美一公司推出新型水下滑翔机，续航时间及速度较上一代大幅提升

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近日，美国海洋设备研发公司（TWR）出新型水下滑翔机“斯洛库姆哨兵（Slocum Sentinel）”，并计划于3月在伦敦举办的国际海洋技术与工程设备展览会（OI）上展示。新型滑翔机直径33厘米，长度超过2.4米，其锂电池容量是上一代“斯洛库姆”滑翔机的3.5倍，续航时间长达2年以上，可搭载8个不同的传感器或硬件集成模块。此外，“斯洛库姆哨兵”装配了业界最大的浮力发动机（工作容积达4L），尾部配备双推进器，最快滑翔速度达3.5节，可在强洋流条件下保持稳定滑行。

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↑“斯洛库姆哨兵”水下滑翔机设计图（图源：TWR）

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⒎美推出新一代无人水面艇（USV），可用于海洋测绘和海底作战

近日，美国无人机制造公司Saildrone为美国海军研发了新一代Saildrone Surveyor无人水面艇（USV）。此款USV长20米，重15吨，配备最新的多波束声呐设备，最大测深可达11000米。USV由风能、太阳能和柴油发电机混合提供动力，可以在公海执行长时间的远程任务。该款USV还专门配备了用于防御的导弹模块，可随时应对各种威胁和挑战。接下来，美国海军将对这款USV进行测试，重点关注它为包括反潜战在内的一系列重要任务提供水面支持和水下情报收集的能力。

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↑Saildrone Surveyor USV在美国阿拉巴马州的莫比尔海湾进行测试（图源：Saildrone）

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⒏美造船企业HII公司推出小型无人水下航行器（UUV），长度仅15厘米

3月12日，美国最大的造船企业HII公司在2024年国际海洋学展会上推出REMUS130型UUV。该设备直径约18厘米，长度在15～30厘米之间，属于小型UUV，具有灵活性和便携性等特点，电池寿命约10小时，额定作业深度100米，可用于海上油气勘探、海上搜救、反水雷作战等任务。此外，HII还透露，该公司正在为印太地区某客户制造去年8月上市的REMUS620型UUV。该款UUV续航能力长达110小时，最大航程275海里，主要用于水雷对抗、水文测量、情报收集、监视和电子战。

↑REMUS130型UUV在海上测试（图源：HII）

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⒐美国借助水母研制生物混合水下机器人，仿真性能显著提升

仿生水下机器人通过模仿海洋生物形态特征，可提高水下运动能力和工作效率，帮助人类完成深海极端环境下的作业任务。然而，再“仿真”的水下机器人也无法做到像真正海洋生物一样自由游动，且需电力提供动能。美国加州理工学院科学家提出新思路，将电子元件植入活体水母体内，研制“生物混合机器人”。研究团队通过3D打印技术制作了一种带有传感器的“水母帽”，再与真正的水母相连接，材料成本仅20美元。借助水母在海底自由游动，植入的设备可同步采集海洋温度、盐度和氧含量数据。此外，设备中包括一种电子起搏器，可帮助水母以比平时快三倍的速度游动。由于水母没有大脑和痛感，附加的设备不会对他造成不适或伤害，因此该研究符合生物伦理原则。研究成果近期发表于《生物灵感与仿生学》（Bioinspiration&Biomimetics）。

↑植入“水母帽”的水母正在实验室水箱中进行游泳测试（图源：加州理工学院）

⒑英国利用水下滑翔机采集海水温盐信息，可提高海洋天气预报的准确性

英国气象局与英国国家海洋学中心（NOC）拟开展合作，利用美国斯洛库姆G3水下滑翔机在欧洲北海采集盐度和温度数据，以提高海洋天气预报的准确性。该项目在未来3年实施，旨在大幅完善北海的现有海洋数据集，相关信息将用于海洋条件和天气模式的建模。NOC工程师团队将远程操控水下滑翔机，所采集的数据可实时传送至英国气象局，由此支撑气预报模型的分析。斯洛库姆水下滑翔机由美国海洋设备公司TeledyneWebb研发，具有效率高、长续航（可达上千公里）的特点。

↑即将释放的3台斯洛库姆G3水下滑翔机（图源：NOC）

⒒瑞士公司推出新型无缆水下检测机器人，专为复杂水下地形条件设计

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近日，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的孵化企业Hydromea推出了一款新型无缆水下检测机器人——EXRAY，今年3月在伦敦举行的国际海洋技术与工程设备展览会上首次展出。EXRAY配备了最新的LUMA无线通信技术，可实现数据及视频的实时传输，极大提高了水下设施检测或监控工作的效率。EXRAY重量仅为9公斤，方便携带和收放，可在水下狭小且复杂的环境下工作。此外，EXRAY具有高度模块化的结构，可集成高分辨率摄像机等多种类型传感器，且能自动分析数据和生成调查报告。

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↑新型EXRAY无缆水下检测机器人（图源：hydromea）

⒓日本新一代北极科考船命名，计划于2025年3月下水

2月22日，日本海洋科技中心（JAMSTEC）宣布，其正在建造的新一代北极科考船正式命名为“未来Ⅱ”号（英文名称MiraiⅡ）。新船计划于2025年3月下水，2026年秋季交付，届时将接替退役的科考船“未来”号。JAMSTEC于去年7—10月公开征集新船名称，共收到7075份申请。人气较高的词语“北极熊”用于命名“未来Ⅱ”号的船载工作艇，“北斗”将纳入船舶标志设计中。“未来Ⅱ”号船长128米，总吨位13000，能够以3节速度连续破除1.2米厚冰，搭乘34名船员和63名科学家。

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↑JAMSTEC“未来Ⅱ”号北极科考船概念图（图源：JAMSTEC）

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⒔高盐环境下，原始红树林的固碳效应受甲烷排放影响较小

红树林具有很强的固碳能力和生态资源价值，但湿地生态系统排放的甲烷抵消了部分红树林对大气CO2的净吸收，进而削弱了其碳埋藏效应。德国波罗的海海洋研究所的学者基于红树林边缘的沉积物岩心及孔隙水样本，利用多种同位素指标分析了全球不同纬度带的红树林固碳效应。研究表明，高盐度环境下红树林的甲烷排放抵消量（约7%）小于受淡水影响的红树林（约27%）。这是因为高盐条件在一定程度上抑制了甲烷的大量生成，特别是孔隙水和地表水中的甲烷氧化作用也随盐度增高而增强，可减少10～33%甲烷排放。这项研究强调，受淡水影响较小、盐度高的原始红树林仍然是重要的大气碳汇，保护和修复红树林将极大降低甲烷排放对其固碳效应的影响。研究成果发表于《自然·气候变化》（Nature climate change）。

↑红树林是一种生长在热带与亚热带海岸线的“喜盐”树种，具有陆地森林难以企及的固碳功能（图源：thoughtco.com）

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⒕两极地区超过90%的海鸟体内检测出微塑料，需加强环境保护措施

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近年来，微塑料已成为威胁海洋生态环境及人类健康的重要污染物之一。南北两级作为地球上受人类活动影响最少的区域，微塑料对其生态环境的影响程度尚不清楚。意大利罗马第三大学的学者基于1130份来自两极的海鸟样本，分析了1983年以来海鸟体内的微塑料含量。研究表明，40年来，两极地区至少有13种海鸟摄入了微塑料。在北极地区，90%的海鸟样品体内含有微塑料，平均每个样品体内含有7.2个微塑料颗粒；在南极地区，97%的海鸟样品体内含有微塑料，平均每只海鸟体内含有1.1个微塑料颗粒。研究强调，微塑料已在极地生态系统中广泛分布，需要采取更多的措施来减少微塑料对两极地区的影响。研究成果发表于《海洋科学前沿》（Frontiersin Marine Science）。

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↑生活在北冰洋沿岸的北极鸥，大部分受到微塑料污染（图源：pixnio.com）

⒖已停止活动的热液喷口仍是深海微生物生存和固碳的重要场所

实验热液喷口喷发出富含能量及矿物质的流体，吸引大量深海鱼类、贝类和微生物定居。当热液喷口停止活动时，较大生物会迁移到其他热液喷口处生活，而留下的微生物如何继续生存？这一问题目前仍缺乏足够的认识。德国不来梅大学的学者利用载人深潜器采获了东太平洋海隆热液喷口的样品，评估正在活动和已经停止活动的热液喷口之间微生物生产力的差异性。研究表明，在正在活动和已停止活动的热液喷口中，化能自养型微生物占比分别为49%和31%，这表明即使热液喷口已经停止活动，其微生物群落的固碳速度仍与活动的热液喷口相当。科学家还通过分析基因组确定了这些微生物的种类与固碳方式。该研究证实了即使热液喷口已经停止活动，仍是深海微生物的生存和海底固碳的重要场所。成果发表于《自然·微生物学》（Nature Microbiology）。

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↑深海载人潜水器的机械手正在采集已停止活动的热液喷口岩石样品（图源：marum）

⒗夏威夷卡恩纳海脊的火山物质重量大，导致下方壳幔边界下沉3.5公里

夏威夷火山链是太平洋中部的一条板内火山链，由地幔柱内部减压熔融引起的岩浆喷发形成。美国夏威夷大学的学者研究了2018年在夏威夷瓦胡岛以西用海底地震仪（OBS）采集的数据，结合重力资料，对夏威夷火山链中的卡恩纳海脊进行地壳结构成像分析。研究显示，在卡恩纳海脊6km厚的洋壳上方有7km厚的火山物质堆积，火山物质内部存在一个高地震速度、高密度的结晶核心，被交替的熔岩流和火山碎屑覆盖。受火山物质的重力影响，地壳基底和莫霍面向下移动了约3.5km。该研究表明，夏威夷火山链与西北部的帝王海山链相比，具有更强的岩石圈刚性。这为进一步探讨板内火山链的形成机制，及其对岩石圈变形的影响提供了重要参考。研究成果发表于《地球物理研究杂志：固体地球》（Journal of Geophysical Research:Solid Earth）。

↑夏威夷瓦胡岛卡恩纳海脊水深图（a）OBS测线位置图，灰色圆为OBS位置（b）黑线为多道地震测线（图源：Dunn,R.A.,etal.,2024）

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⒘高分辨率地震剖面揭示日本大阪湾断裂浅层构造，快速滑移积累了巨大的大地地形应变量

日本西部大阪湾内活动断层密集分布，存在巨大地震风险，威胁日本大阪-神户都市圈安全。日本山口大学的学者基于日本地质调查局在大阪湾采集的15条高分辨率地震剖面和多波束测深数据，结合已有钻孔信息，推断大阪湾主断层的浅层构造和变形历史。地震剖面成像显示，主断层上盘发育不对称背斜和向西的向斜，下盘发育巨大向斜。其中，潮汐等非地质因素影响了上盘沉积物厚度，从而控制了上盘的几何形状。学者估算，中晚更新世以来，大阪湾主断层的平均垂直上升速率达到1.0～1.7米/千年，其滑动使区域积累了巨大的大地地形应变量。该研究提出有必要进一步评估整个区域断层的滑移率，进而评估地震灾害风险。研究成果发表于《地球与行星科学进展》（Progressin Earthand Planetary Science）。

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↑经过数据解释的地震剖面图组合，可以看到巨大的向斜（图源：Hamahashietal.,2024）

⒙使用神经网络计算全球海底水深，准确度相较于旧模型提高16%

截止目前，全球海底地形的精细测绘仅完成不到25%。未作精细测绘的海底区域，通常利用卫星测高重力异常反演海底地形来获取低分辨率的海底深度数据。美国圣地亚哥大学的学者以全球船载测深数据为基础，利用机器学习开发了一个神经网络算法，可利用卫星重力异常数据来计算全球海底深度。该神经网络模型通过划分不同的地理区域来分别对神经网络进行训练和测试，计算深度误差较旧模型降低了16%，计算值误差从165米降低到了138米，80%的海域深度误差在128米以内。该研究提出了一种估算全球海底深度的新方法，可以更准确地揭示海底地形特征。研究成果发表于《地球与空间科学》（Earthand Space Science）。

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↑全球船测海底地形测绘航迹（图源：Harper et al., 2024）

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■本文内容均来自《海洋科技动态》（2024年4月刊），由中国地质调查局广州海洋地质调查局、南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）编写。文/丁望、陈红瑾、彭天玥、袁野、刘丽强，审核/朱本铎，均来自广州海洋地质调查局海洋战略研究所。本文从中摘取了其中的部分内容，版权归作者所有，组稿/溪流

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