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星海微萤(文摘版)

为天文研究工作者、天文爱好者和大众提供有用的信息

 
 
 

日志

 
 

地球(2017 年 3 月 B)  

2017-05-02 08:52:59|  分类: 地球 |  标签: |举报 |字号 订阅

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今年大气二氧化碳浓度或升 2.5 ppm2017 3 6 日参考消息)

挺进深海大洋(2017 3 6 日科技日报)

土耳其将建首个南极科研基地(2017 3 6 日中国科学报)

我国获取万米级海洋人工地震剖面(2017 3 6 日人民日报)

全国人大代表张金城:国家水文地质资料须完善(2017 3 7 日中国科学报)

国产水下滑翔机下潜6329米(2017 3 7 日中国科学报)

发现CO2浓度升高对全球碳水循环影响减弱(2017 3 7 日中国科学报)

我将建可容纳数十人的海底实验室(2017 3 9 日科技日报)

土壤污染没你想的那么严重(2017 3 9 日科技日报)

下潜6329米,国产水下滑翔机刷新世界纪录(2017 3 9 日科技日报)

深海空间站:大洋深处竞赛场(2017 3 9 日科技日报)

有望构建三元深海作业体系(2017 3 9 日科技日报)

吴有生:深海战略应聚焦1000米以深(2017 3 9 日科技日报)

走进科学时代的南极洲(2017 3 10 日中国科学报)

连线“决心”号,上“新鲜”科普课(2017 3 11 日科技日报)

格陵兰“化了”(2017 3 11 日中国科学报)

万米级载人潜水器将刷新“中国深度”(2017 3 12 日中国科学报)

美环保局局长否认二氧化碳为主要温室气体(2017 3 13 日中国科学报)

地震带与慢地震关系渐明晰(2017 3 13 日中国科学报)

“蛟龙”号首次完整剖面调查西北印度洋新生火山脊(2017 3 14 日科技日报)

研究南海“磁带”,追溯地层“年龄”(2017 3 14 日文汇报)

南极,升起五星红旗的地方——南极探寻之旅(一)(2017 3 14 日新民晚报)

 


参考消息 2017 3 6

今年大气二氧化碳浓度或升 2.5 ppm

地球(2017 年 3 月 B) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版)

 

 


科技日报 2017 3 6

挺进深海大洋

——中国科学院西太平洋科学观测网建设历程

李彦青

地球(2017 年 3 月 B) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

2010年航次首套潜标布放过程(主浮球布放)

 

地球(2017 年 3 月 B) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

2015年西太航次王凡(二排右二)及考察队员合影(每次过赤道,船上会有小小的仪式)

 

地球(2017 年 3 月 B) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

2016年航次潜标实时化传输系统水面浮体布放

 

20161210日,随着一封电子邮件的到来,热带西太平洋科学观测网的科学家团队们兴奋高呼“数据成功传回了!”。

这封邮件是深海潜标数据实时传输系统从深海中传来的第一个实时数据,观测网从最初的科学构想变成了现实,攻克了数据实时传输的难题。

然而,这一路走来,并非一帆风顺,可任何困难都没有动摇过中国科学院海洋研究所王凡研究员及其团队的决心。

攻坚克难,潜标布放首获成功

20101115日,“科学一号”自青岛起航,王凡担任航次首席科学家,带领中科院海洋所的科学家团队,在热带西太平洋成功布放了第一套深海潜标。

“所谓深海潜标是一个自海底至海面的锚系观测系统,海底处由重力锚固定位置,海底至海面由缆绳贯穿,整条缆绳的不同深度上固定有观测设备及提供浮力的浮球,保证缆绳基本垂直状态,各个设备就可长时间观测不同深度的海洋水文要素。”王凡解释潜标的设计原理。

作为科学观测网项目的负责人,王凡从最初的第一套潜标开始,就与他的同事们一起,对这其中的技术难点进行逐一攻克。

“实际设计和操作过程是非常复杂的,深海大洋中,海面风浪千变万化显而易见,而看不见的还有海底地形沟壑纵横、海洋内部激流暗涌,所以设计、布放潜标并保证其能长时间安全运行,可是耗费了我们团队的不少心力啊。”王凡回忆起来忍不住有些感慨。

“第一套潜标我们初步确定在深达万米的菲律宾海沟西侧陡坡上进行布放,布放的理想区域只有2公里见方,在此处布放潜标就如同在狂风呼啸的万米悬崖上扔下一串石头,而石头必须不偏不斜地落在峭壁上的方桌上,其难度可想而知。”该航次队长张林林介绍。

当时船舶条件落后,团队也缺少经验,他们反复观摩了国际上其他国家的潜标布放视频,航次前方案的专家论证会召开了10次之多,不放过任何细节。根据潜标布放的不同技术环节,设计了作业流程图,并明确标明每个队员在不同环节的位置和工作,并据此进行了多次“实战演习”。在团队的共同努力下,才终于成功完成了第一套潜标的布放,迈出了关键的第一步。

科学家团队攻克了潜标的技术难题,终于乘风破浪而出,严阵以待地准备着潜标布放前最后的工作,而海上恶劣的自然条件与简陋的工作生活条件,也给他们造成了不小的困难。

在“科学一号”科学考察船出海大概45天后,经过风大浪急的吕宋海峡,风浪高达45米,大部分队员晕船反应严重,呕吐和难以进食导致的虚弱和眩晕,折磨着队员们紧张的神经。

但潜标布放这关键的最后实施怎能就此松懈,队员们互相支持与鼓励着克服困难,在风浪的挑战下坚持完成了既定的任务与工作。

当时的“科学一号”没有海水淡化系统,船上的淡水十分宝贵,首先要保证的是基本饮水需要,个人洗漱极尽节省。热带西太平洋上气温平均37摄氏度左右、甲板温度高达50摄氏度以上,队员们每天在甲板上工作,烈日炎炎下转眼就汗流浃背了,回去休息时也无法痛快地洗个澡、换套衣服。

“当时宿舍里的味道可真是‘一言难尽’呀!”考察队员王富军笑着说起来,“潜标布放成功以后,让队员们痛快地洗了一次澡那也算是‘奢侈’的奖励了。”队员们在工作任务完成上几近苛求,生活条件却是能将就则将就,当时的困难,都是现在他们嘴里的趣事了。

精益求精,科学观测网初步构建

2015年,在中国科学院先导性科技专项的支持下,王凡团队搭载了我国首艘新一代科学考察船“科学号”,回收15套深海潜标,维护后新布放13套深海潜标。

5年前一个航次完成2套潜标相比,目前团队的对于潜标回收及布放的工作效率可谓突飞猛进。王凡再次担任航次首席,带领考察队员顺利完成了任务,完成了初步构建中深层潜标观测网的目标。

这一航次潜标回收、维护及布放套次突破20套,数量多是一大挑战。在航次之前,王凡与中科院院士胡敦欣组织科学家团队就潜标的选址、仪器的设计集成、人员的安排调配以及航线任务的规划都进行了反复的会商研讨。

航次方案改了又改,为的是利用有限的设备、船上空间、人员和航次经费,进行最优的排列组合,完成需要实现的科学目标的观测。

相比于第一次布放的潜标,现在组成观测网的潜标设计更为复杂,每套潜标上的仪器设备数目由原来的几套升级为十几套。为了达到预期的科学目标,从潜标设计开始,包括不同深度观测要素设计、仪器的布置安排、各个深度浮球的数据等全部细节都需要经过准确的计算。“差之毫厘,失之千里。”

王凡说:“科学严谨是我们必须秉承的态度,航次前的每一次研讨改进,都是我们最终能成功的基础。”

“在这个航次中,布放1套潜标(包括前期准备及后续定位)平均用时7.76小时,回收1套平均用时5.28小时,两组人员轮换工作,平均每组需要12人。”航次的队长汪嘉宁对航次中每一个环节的数据了如指掌。

为了对于潜标回收布放有更科学的认识和分析,他们在开展航次工作的同时,对潜标工作中的各个环节都进行了科学设计、合理分工,并统计多套潜标操作过程中的各项数据。

“科学家说话都要有根据的,数据就是我们最有力的工具,这些实际工作的各项数据都是我们宝贵的经验,我们一定要好好利用起来。”王凡组织团队基于大数据,对各项指标进行量化分析,进而建立起一套科学有效的工作流程。

凝心聚力,数据实时传输实现

201610月—20171月,王凡团队搭载“科学号”考察船,再次进行了西太平洋科学观测网的维护升级,历时54天、航程7800余海里,成功完成11套深海潜标的回收和14套深海潜标的布放任务,并实现了深海潜标数据实时化传输的这一重要技术突破。

20152016两年来潜标的成功回收率达到96.2%,这标志着潜标观测网已经实现了稳定运行,实现了潜标布放和回收的标准化、批量化和常态化,这在国际海洋观测网建设中也是首屈一指的。”王凡自豪地介绍,“这标志着我们的科学观测网已经实现了稳定运行。”

如今,观测网已成功获取西太平洋代表性海域连续23年的温度、盐度和洋流等数据,一方面将为探索研究热带西太平洋环流的三维结构、暖池变异及其对气候变化的影响提供宝贵数据资料,提升我国海洋探测和深海科学研究能力,另一方面将加速我国海洋环境和气候预报能力的提高,为保障国家的海洋环境安全提供科学支撑。

在数字化和信息化高速发展的今天,人们逐渐习惯并享受实时性和准确性带来的便利,但在深海大洋研究上,要想获得海洋内部最新最准确的数据却并非易事,甚至被视为世界性的难题。

深海潜标最上面一个浮体距离海平面还有四五百米,这些数据很难穿透海水传输到卫星上。如何实现潜标观测、数据水下采集和传输、卫星通信等多系统集成,并设置好其工作程序,降低功耗实现长时间稳定工作是深海数据实时传输的难点。

王凡说:“海上现场作业具有很大的不确定性和工程难度,潜标的布放是一个压力和张力快速变化的过程,如何在这一过程中保证实时传输系统设备的正常工作是另一个难点。”

在本航次中,中科院海洋所和声学所联合开展技术攻关,研发了无线水声通信和有线数据传输两种方案。最终,实时数据传输的两套方案均获试验成功,科学家和业务用户可以通过电脑或手机终端实时掌握深海大洋的动力状况。

“数据每小时回传一次,打开手机就可以看到远在西太平洋的深海潜标刚刚传回来的深海观测数据,包括大洋上每8米一层的洋流的流速、流向等。”在该航次中担任首席的汪嘉宁兴奋地说,“我们也在深海大洋实现了‘现场直播’了。”

历时七年,王凡带领的科学家团队一步一步地向他们的目标扎实迈进,热带西太平洋科学观测网成功构建并升级,在世界海洋科考史上都具有重要意义,对我国深海探测能力提升意义重大。

而他们并没有就此止步,在2017年的计划中,他们将全面升级数据实时化传输潜标,旨在建成我国的西太平洋实时化传输潜标观测网。

“对深海大洋的探索我们只能算是刚刚起步,要走的路还长着呢,我们的团队中不乏年轻的骨干力量,将会继续投入到下一步工作中去。我们想要将这自主建设的科学观测网长期运行下去,帮助中国的科学家在世界海洋观测研究及气候预测领域实现领跑。这是我们的‘野心’,更是我们的责任。”王凡对未来笃定而清晰,对理想坚定而执着。

 


中国科学报 2017 3 6

土耳其将建首个南极科研基地

据新华社电 土耳其科技部长法鲁克·厄兹吕近日宣布,土耳其首个南极科研基地将于明年竣工。

厄兹吕当天在记者会上说,土耳其科学家将在南极建立永久性科研基地并开展科学研究,基地建设工作计划于2018年完成。

厄兹吕表示,科研基地所需的建筑材料将在土耳其生产,并由破冰船运送至南极地区。

为建立南极科研基地,土耳其科学家做了充分准备。去年4月,由土耳其生物学家、地质学家、海洋学家和医生组成的14人科考队赴南极,进行极地气候变化和海洋生物研究。今年2月,9名土耳其科学家前往南极选址(秦彦洋 施春)

 


人民日报 2017 3 6

我国获取万米级海洋人工地震剖面

本报北京35日电  (记者赵永新)记者从中国科学院地质与地球物理研究所获悉:该所历经近20年艰辛自主研发的万米级海底地震仪,近日在世界最深处马里亚纳海沟挑战者深渊成功应用,完成了两条万米级人工地震剖面,并获得极为珍贵的一手数据资料。这标志着我国成为继日本之后世界上第二个具有自主研发万米级海底地震仪能力的国家,并在世界上首次成功获取万米级海洋人工地震剖面。

 


中国科学报 2017 3 7

全国人大代表张金城:国家水文地质资料须完善

本报讯(记者王超)“国家经济社会和国防建设的快速发展,暴露出现有的水文地质资料数据不能满足现实需求,迫切需要更新完善。”在全国人大代表、火箭军指挥学院教授张金城看来,更新完善水文地质资料数据,既是制定国家水资源发展战略和合理利用地下水资源的需要,又是保护治理水生态环境、支援国防和军队建设的需要。

水文地质资料是反映地下水分布和形成规律、物理性质和化学成分的资料,对于地下水资源开发利用和环境治理、经济社会和国防建设发展等具有重要参考价值。

张金城通过广泛调研,发现我国水文地质资料数据存在的主要问题为资料更新不及时、大比例尺资料不全、偏远落后地区资料空白多、资料数字化程度不平衡等。

张金城建议,更新完善国家水文地质资料,首先要广泛动员、加大投入,构建重点地区“大比例尺( 15万)”水文地质资料更新完善速度;其次,要坚持统筹规划,逐步补齐偏远落后地区水文地质资料;最后,要注重信息引领和机制完善,实现水文地质资料数字化,建立水文地质资料统管共享渠道。

 


中国科学报 2017 3 7

“海翼”号刷新世界纪录

国产水下滑翔机下潜6329

本报讯(记者丁佳)在“探索一号”科考船螺旋桨附近做了一个漂亮的回旋后,“海翼”号深海滑翔机潇洒地驶离母船,如同游子远行前的告别。12个多小时后,它为中国创造了一项新的世界纪录。

记者35日从中国科学院获悉,由中科院沈阳自动化研究所自主研发的“海翼”号深海滑翔机,近日在马里亚纳海沟挑战者深渊上完成了大深度下潜观测任务并安全回收,其最大下潜深度达到了6329米,刷新了水下滑翔机最大下潜深度6000米的世界纪录。这次试验的结果将有助于对“海翼”号进行更大下潜深度的提升和改进。

“当接收到6329米这个数据的时候大家都非常激动,我的同事甚至欢呼起来了。”中科院沈阳自动化所副研究员金文明坦言,“其实我的内心还是比较紧张的,因为就在去年,在同一个海域,我们的一台水下滑翔机在挑战6000米深度世界纪录时与母船失去了联系。现在‘海翼’号成功打破了世界纪录,并安全地回收到甲板上,我非常高兴。”

“海翼”号水下滑翔机由中科院沈阳自动化所研制,是具有完全自主知识产权的新型水下观测平台。它是一种通过调节自身浮力和姿态以实现在水中滑行并对水体信息进行收集的新型水下机器人。这种新型的水下机器人具有低功耗高静音的特点,可以对特定海域进行高精度大范围的水体观测,能够有效提高海洋环境的空间和时间测量密度。

中国科学院沈阳自动化所助理研究员罗业腾介绍,本航次“海翼”号水下滑翔机一共进行了12次下潜工作,累计工作时间达到了87小时48分钟,累计航行达到134.6公里。收集了大量高分辨率的深渊海域水体信息,为海洋科学家研究此片海域的水文特性提供了重要资料。

 


中国科学报 2017 3 7

中科院水保所

发现CO2浓度升高对全球碳水循环影响减弱

本报讯(记者张行勇)中科院水土保持所研究员上官周平课题组博士生闫伟明等基于全球超过900个植物物种1800多组植物气孔特征参数对环境因子变化响应的数据,辨析了环境因子对气孔特征参数变化的影响程度,相关成果32日发表于《全球变化生物学》。

植物叶片气孔特征对环境因素的响应对重塑历史CO2浓度及未来气候变化下全球碳水循环预测具有重要的理论意义。课题组发现植物气孔特征参数的变化策略受到植物自身和环境因子的共同调控,大气CO2浓度升高导致叶片气孔密度下降,而增温与干旱导致了气孔密度的增加;气孔密度对CO2和温度的响应存在一定的阈值效应,未来全球碳水循环变化的主导因素正在由CO2浓度升高向气候变暖转变。

此外,研究发现气孔密度还受到大气氮沉降、植物物种及试验条件的调控,这些差异性响应对未来气候变化下全球碳水循环的预测带来了巨大挑战;气孔密度和气孔指数均与CO2浓度显著相关,但是气孔指数在历史CO2重塑方面比气孔密度更为可靠。

 


科技日报 2017 3 9

我将建可容纳数十人的海底实验室

科技日报北京38日电 (记者刘园园)“‘蛟龙’号载人深潜器可以在水下停留12小时,只能容纳几个人,未来的深海空间站可能是千吨级的,可以在海底停留半个月甚至几个月。”全国人大代表、深海载人装备国家重点实验室主任颜开,在接受科技日报记者采访时表示,我国未来将建可容纳几十个人一起工作生活的海底实验室。

今年1月,科技部部长万钢在全国科技工作会议上介绍,深海空间站计划已经列入我国“科技创新2030—重大项目”,而且项目实施方案编制全面启动。

在颜开看来,建立深海空间站的难度并不亚于建立太空空间站。据介绍,深海空间站应该携带多种作业工具,比如小型载人潜水器,科学家可以借助它们抵达更深的海底,完成研究任务后再乘潜水器返回。颜开表示,科学家可以在其中培育和研究深海生物,发现深海矿产、油气资源,甚至寻找可以治病救人的深海生物基因用于制药。

由于在海底停留的时间比较长,海底空间站使用什么能源就是个问题。颜开设想,可以采用燃料电池或者核动力,甚至未来也有可能在海底发现新的取之不尽的能源。

建设深海空间站还面临着一些技术问题。“1000米深的海底压强是大气压强的100倍,这就相当于一个指甲盖就承受了100多公斤重的压力。”颜开说,这意味着,深海空间站如果要下潜到1000米以深的深度,将需要尺度大、质量轻、耐压强度高的特殊材料,这些材料的加工制造工艺也很有难度。此外,还要解决深海通讯导航、空间站精确操作控制等难题。

 


科技日报 2017 3 9

土壤污染没你想的那么严重

委员认为土地保护工作力度还有待提升

本报记者 刘园园  

今年两会,环境污染再次成为代表、委员热议话题。其中除了空气和水污染外,土壤污染也受到了不少关注。

“与空气和水的污染相比,土壤污染看不见、摸不着,但也和人体健康以及生态环境息息相关。”土壤与农业可持续发展国家重点实验室学术委员会主任周健民委员向记者解释说,土壤污染会通过食物链抵达人们的餐桌。

环保部2014年公布的《全国土壤污染状况调查报告》显示,全国土壤环境状况总体不容乐观,全国土壤总的超标率为16.1%。周健民解释说,16.1%是点位超标率,也就是说土壤采样点中16.1%是超标的,指的并不是土壤污染面积的比例。

“其实土壤污染并没有大家想象的那么严重。”国土资源部物化探研究所应用地球化学室主任王学求代表说,因为华北、东北等粮食主产区的土壤整体是安全的,土壤污染主要集中在非粮食主产区如西南地区、珠三角地区等。

此外,王学求解释,根据环保部的报告,中度和重度污染点位比例只占不到3%,而对于轻微和轻度污染土壤,可以通过农作物品种选择等途径在一定程度上对土壤污染的危害加以规避。“一定要保证目前还干净的土壤不被污染,因为一旦污染就要付出巨大代价。”周健民表示。

“污染物一旦进入土壤,很难将其‘请’出来。”王学求也持同样观点,他解释说,重金属一旦污染土壤,其含量可能几千年都难以降低。

周健民指出,对于已经污染的土壤,一定要依据土壤的污染性质和污染程度采取针对性措施。

2017年政府工作报告中,李克强总理提到要“开展土壤污染详查”,摸清土壤污染的“家底”,才能采取针对性措施。

有报道显示,全国土壤污染状况详查工作已经启动。王学求介绍,此次详查要做到1平方公里采集16个样品,比以往1平方公里采集一个样品的调查更精确。

很多西方发达国家在环境污染治理上已经摸索出比较成熟的经验。王学求认为,在土壤污染治理方面,最值得借鉴的就是它们对土地的规划利用。

“按照我们国家二级土壤(轻度污染)的标准,欧洲整体土壤污染率达到26%,而我们国家这一比例是13%14%。” 王学求告诉记者,但欧洲国家多采取严格和成熟的土地规划利用措施,合理规避土壤污染带来的危害。

王学求建议,国家相关管理部门之间的土壤污染基础数据应该共享,以实现对土地规划利用的统筹协调。

河北省农林科学院副院长王海波委员也注意到这个问题。“目前我们国家土地管理职能分散,没有形成协调联动的职责体系,缺乏一套完整有效的制度措施和工作机制,土地保护工作力度还有待提升。”王海波说。

“目前国内关于土壤污染的相关指标也比较混乱。”王学求认为,土壤污染各项指标是进行土地污染治理的基础,而且可以为土地污染立法提供科学依据,应该想办法建立成熟完善的指标体系。

(科技日报北京38日电)

 


科技日报 2017 3 9

下潜6329米,国产水下滑翔机刷新世界纪录

科技日报讯 (记者李大庆)记者近日从中国科学院获悉,我国自主研发的“海翼”号深海滑翔机,在马里亚纳海沟完成了大深度下潜观测任务并安全回收,其最大下潜深度为6329米,刷新了水下滑翔机最大下潜深度的世界纪录,为我国深渊科考提供了新的科考手段。

水下滑翔机是一种通过调节自身浮力和姿态以实现在水中滑行并收集水体信息的新型水下机器人。这种新型的水下机器人具有低功耗高静音的特点,可以对特定海域进行高精度大范围的水体观测,能够有效提高海洋环境的空间和时间测量密度,是现有水下观测手段的有效补充。

“海翼”号水下滑翔机是根据中科院B类战略先导专项的部署,由中科院沈阳自动化所研制的、具有完全自主知识产权的新型水下观测平台。从原理样机的研发到深渊观测任务的圆满完成经历了13个年头,包含浅海、深海、深渊等不同型号的水下滑翔机20余台。此次“海翼”号在马里亚纳海沟共完成了12次下潜工作,累计工作87个小时48分钟,总航程超过134.6公里,其最大下潜深度达到了6329米,是目前世界上安全下潜深度最大的水下滑翔机。在执行观测任务中,“海翼”号收集了大量高分辨率的深渊区域水体信息,为海洋科学家研究该区域的水文特性提供了宝贵的资料。

据介绍,“海翼”号水下滑翔机是今年115日搭乘“探索一号”科学考察船从三亚起航的。中科院深渊科考队成员是按照中科院“海斗深渊前沿科技问题研究与攻关”项目、国家重点研发计划“深海关键技术及装备”重点专项的任务部署,开赴马里亚纳海沟、雅浦海沟执行深渊科学考察和装备试验任务的。

 


科技日报 2017 3 9

深海空间站:大洋深处竞赛场

本报记者陈 瑜

地球(2017 年 3 月 B) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版)

前苏联一级核动力深海工作站工作想象图

 

深海空间站,又称深海工作站,有人形象地将它比作“龙宫”——把地面的“房间”搬到了深达千米的水下,可利用站载(物理、化学、生物检测系统及光、声学)观察系统,直接操控所携带的无缆自治潜水器、水下吊车、有缆遥控作业潜器及配套的作业工具,适应不同对象的具体作业要求,成为在海底从事科学研究、资源勘探、检修维修作业等的移动工作平台。

放眼全球,除了美俄等传统海洋强国,挪威、荷兰等欧洲国家也都在开展用于深海油气、矿产资源开发的深海工作站研究。来自海底深处的召唤,引来越来越多的回应者。

生活在地球上的人们对太空空间站并不陌生,但很少有人知道,在地球分布最广阔的海洋中,人类早已着手在海底打造“深海空间站”。

目前,国际上深海运载平台分为“无人”和“载人”两大类。由于深海通信、目标识别、实时决策、作业操作、事故处理更为复杂,载人运载平台将发挥不可替代的作用。其中,大型载人运载平台的发展方向是在深海空间创造前所未有的工作环境,提升人员进入深海并实施长时间、大功率的作业能力,取得海洋科学、经济、军事等方面的效益。

2016年,国务院印发《“十三五”国家科技创新规划》(以下简称《规划》),明确提出未来五年国家科技创新的指导思想、总体要求、战略任务和改革举措。这是我国首次以国家科技创新规划命名。

《规划》提出,“十三五”期间,要面向2030年再部署一批体现国家战略意图的重大科技项目,深海空间站项目名列其中。

冷战时期军事对抗的战场

上世纪美苏争霸时期,由于对核战争的担忧,双方都认为海平面以上的一切是不安全的,因此非常注重水下能力建设,除在核潜艇研制方面展开激烈竞争,还在深海空间站技术领域投入研究,以提高水下探测作业能力。

1959年,美国着手研制建立北大西洋“反潜武器环境预报系统”,但需要解决水下作业装备;1963年,美国“长尾鲨”核潜艇失事,美国海军需加强深海搜索、救援及海洋工程能力。在此背景下,1965年美国开始建造NR-1深海核动力作业平台,最大工作潜深为3000英尺(约914米),1969年,NR-1在通用动力电船公司下水,它搭载了多种探测作业装备,参与过“挑战者”号航天飞机残骸的海底打捞、坠入海底的F-14战机打捞等重要任务,200811月退役。

上世纪60年代初,除了美国的海上军事封锁,多个发达国家出台海洋开发计划,开发大陆架和深海,紧迫的国际形势促使苏联发展深海探测与作业能力。

上世纪70年代至90年代,前苏联开始了“一级核动力深海工作站”的研制工作,分别研制了三艘1910型核动力深海工作站,北约代号为U级(UNIFORM),三艘1851型核动力深海工作站,北约代号为X-Ray

前苏联“一级核动力深海工作站”的最大特点,是搭载了大量探测、观察设备和水下机器人、机械手等作业工具,具备强大的深海探测作业能力。俄罗斯人至今认为,该工作站是世界上独一无二的,并自信地认为,这六艘深海工作站的研制和投入使用,使俄罗斯牢牢掌握对世界大洋洋底的控制权直至新世纪初。

新时期民用领域“神”助手

进入新世纪,美俄把深海工作站研制与应用的战略重心,由深海军事对抗逐渐转向深海能源资源、国土权益、科研环保等领域。

上世纪70年代,哥伦比亚大学拉蒙特·多尔蒂地球物理观测站的布鲁斯·希森博士(注:发现大西洋中脊的美国地质学家)及伍兹霍尔海洋研究所的查尔斯·霍利斯特博士是首批登上NR-1的科学家。NR-1将他们带到几乎尚未开发的原始大陆架,在亲睹海底面貌后,希森感慨,自己花费八年时间写的所谓真实海底的材料都错了,必须回去重新思考。

由于这种迟到的认可,NR-1收到源源不断的来自科学家的使用请求,其新使命由此产生。

1993年,NR-1完成海底油管勘测,搜寻易于出故障的管道部分,2007年在加尔维斯顿港进行海底地形详细勘测等任务。NR-1退役后,2008年,美国宣布将新研制千吨级的NR-2深海空间站。与NR-1相比,NR-2除了履行军用使命,还承担了海洋工程安装、维护和维修等九类民用使命任务。

为满足拓展海洋权益与开发北冰洋油气资源的需要,进入新世纪,俄罗斯加快研制通用型与专用型千吨级深海工作站。

2003年,俄罗斯新研发了一艘(10831型)核动力深海工作站,因其耐压壳体由数个球壳串联组成,型式酷似俄罗斯动画片“小马驹”中的主角而获得“小马驹”的昵称。2012年,“小马驹”参加了俄罗斯“北极-2012”研究考察,在北冰洋门捷列夫大陆架上开展了大量水下作业,在2500米—3000米深度获得了大量地质资料,通过深海钻探获取了三块长度分别为60公分、30公分和20公分的岩心样本,以及重达500公斤的深海矿石和泥土样本。这些科考结果有效支撑了俄罗斯对莱蒙诺索夫和门捷列夫山脊等北极海底地区领土主权所有权的主张。

2006年,俄罗斯提出研发北冰洋油气开采六类专用型深海核动力工作站的设想,由核动力水下钻井平台、核动力水下运输平台、多功能探测平台、核动力水下天然气转运平台、核动力水下供能平台和核动力水下作业平台等六类平台组成深海油气资源开采装备体系,用于北冰洋深海海底的油气资源探测与开发,这六类平台中最大排水量在23000吨左右,大小与720个集装箱或74节高铁车厢相当。

未来先进技术研究孵化器

地球是一个蓝色的星球,海洋占到地球面积的70%。然而到目前为止,人类对海洋的勘探与研究仍停留在十分初步的阶段。阻碍人类前进的脚步恰恰就是“海水”。

随着深度增加,海水产生的压力会迅速增加,当深度达到1000米左右时,海水产生的压力为100个大气压,即我们生活在空气中承受压力的100倍,相当于一个指甲盖上要承受100公斤的重物。

人类要到达深海,必须研制出能承受如此巨大压力的交通工具。但这并非易事。

海水中只含有极少量氧气,目前各类交通工具的发动机基本都是通过燃烧燃料产生动力,到了深海离开氧气后,这些发动机都会“熄火”,因此如何为深海交通工具提供动力也是技术难题。

在海水中,无线电波、光都会迅速衰减,传播距离非常短,声波成为唯一能水下长距离传播的手段。因此海豚、鲸等海洋生物都通过声音来相互沟通,但受限于声波速度、波长等固有特点,人类对它的应用远不如电磁波那么自如和广泛。到了深海怎么确定我在哪里、我要往哪里去、怎么和别人通信等都存在很大的技术困难。

但与传统水面海洋平台、通过布放探测仪器进行海洋科考的船舶相比,深海工作站有许多“独门秘籍”:可不受海面恶劣风浪环境的影响,在特殊环境下可进行长周期高效率的水下作业。

正因如此,深海工作站研究方兴未艾。

“这是因为拥有很强的深海作业能力已成新世纪海洋强国的战略取向。”中国工程院院士吴有生分析说,深海空间站的定位在于既提升深海资源环境探测能力,又增强深海开发与工程作业能力。它是世界上高技术大型“有人装备”与前沿“智能无人技术”的高度结合体,代表了深海载人技术与信息技术、智能技术高度融合的发展方向。

但在这场你追我赶的国际竞技中,参赛“作品”目前都处于概念设计阶段,并无实质性进展,因为要突破深海条件的大型耐压结构技术、高能量密度动力技术、水下信息技术等大量关键技术。

吴有生认为,这些研究工作将推动船舶、能源、动力机械、材料、水声、电子信息等多领域的科学和多门类的技术,谁掌握了核心技术,谁将在未来深海资源探测和开发中占得先机。

 


科技日报 2017 3 9

有望构建三元深海作业体系

地球(2017 年 3 月 B) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

在北京科博会上首次亮相的小型深海空间站试验艇模型

 

载人潜水器是深海空间站的基础,但深海空间站有着自身鲜明的技术特点:它不以下潜深度为主要技术指标,而是突破了载人潜水器“仅数小时观察探测”的限制;通过携带功能广泛的作业潜水器与工具,能在比潜艇深得多的水下完成迄今为止难以胜任的深海作业任务;不同于水面操控进行深海探测与开发的方式,它潜于深海进行操控作业,不受水面海洋平台及科考船所遇到的海面恶劣风浪环境的影响。

20125月,我国深海空间站——小型深海移动工作站模型在北京科博会上首次亮相。相关媒体报道称,该平台为35吨级,海底工作时间可达1218小时,可载6人。平台底部装载着水下机器人,平台潜到海底后,驾驶人员可以释放机器人,遥控其进行独立航行作业。机器人最远可离开平台100米,工作深度最大可达1500米,可以完成一些物体的抓取和布放工作。深海空间站研制成功后,可为我国深水油气田开发、海洋观测网络建设与运行维护、海洋科学研究提供深海作业装备。它将与水面工作平台、各类水下无人探测作业装备相结合,共同构成三元深海作业体系。

 


科技日报 2017 3 9

吴有生:深海战略应聚焦1000米以深

地球(2017 年 3 月 B) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

吴有生 中国工程院院士

 

不同于陆、空、天,人类对深海的认识及开发尚处于初级阶段。我国在深海研究开发中虽起步晚,但进展快、后劲大,与西方国家处于同一阶段,完全有可能抢占深海开发的制高点。

在中国工程院院士吴有生看来,我国深海战略应聚焦1000米以深的海洋科学研究、深海资源开发等方向,到2030年以前,要在深海部分科学问题以及南海重大科学问题研究领域成为世界“领跑者”;在深海油气、矿产与生物资源开发领域,努力追赶世界先进水平,成为“并行者”。为此,必须尽快提升深海资源与环境探测、深海开发与工程作业两大能力。我国在深海探测及工程作业装备领域已实现了重大突破,但仍然存在一些问题,如部分关键元器件与材料还依赖进口;潜水器作业可靠性尚待提高等。

针对这些问题,吴有生认为,在“蛟龙”号之后,应加强现有载人与无人潜水器的实用化配套建设,以尽快拓展7000米以浅深海研究与开发的广度。同时,在“蛟龙”号前沿技术的基础上,尤其要以在3000米以浅进行大范围、长航程、高功率深海作业为目标,大力发展深海空间站技术,积极推动载人与无人技术相结合,进一步提高深海工程作业能力,为实现“海洋强国梦”提供重要技术装备支撑。(本报记者 陈瑜)

 


中国科学报 2017 3 10

走进科学时代的南极洲

秦大河

地球(2017 年 3 月 B) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

《南极洲:从英雄时代到科学时代》,[]大卫·戴著,李占生译,商务印书馆2017 1 出版

 

要了解南极洲历史和探险史,认识南极英雄时代的代表人物,学习和传承南极精神,澳大利亚历史学家大卫·戴撰写、李占生翻译的《南极洲:从英雄时代到科学时代》,是一本合适的读物。

南极洲是地球上唯一没有原住民居住的大陆。南极探险是人类早期发现和探索南极洲的历史,也是科学认识南极大陆、解开大自然奥秘的前奏。早在古希腊时,传说南半球有一个与欧亚大陆相对称的、幅员辽阔的南方大陆。这个所谓的南方大陆就是后人所说的南极洲。为寻找它,从18世纪末到20世纪初的百余,探险家们驾驶帆船在咆哮的西风带航行,在险象环生的冰海中开辟航线,在裂隙纵横的冰盖上奋力前行,造就了南极探险史上的英雄时代。

1772—1775,英国航海家詹姆斯·库克率两艘独桅帆果敢号和探险完成了一次环球航行,此间他三次穿过南极圈,最远到达了南纬7110分。那个时候,有人曾异想天开地认为南极点周围是一片汪洋大海,声言可以乘船挺进南极点。后来,一批探险家有很多次南极探险,直到19111215日,挪威人阿蒙森率队到达了南极点,成为第一个到达南极点的人。一个后,英国探险家斯科特也到达南极点。阿蒙森和斯科特先后登上南极点,标志着人类在南极探险历程中达到了光辉的顶点,书写了南极探险史上不朽的篇章。一代又一代探险家前仆后继,一个又一个的南极地理大发现,为科学探索和科学考察扫清了道路,终于迎来了南极洲的科学时代。在南极洲的英雄时代,人们与恶劣的自然条件作斗争的同时,相互间还有竞争。在南极洲的科学时代,这里成了国际科学研究的竞技场,科学发现的竞争依然激烈。

第二次世界大战后,特别是1957—1958国际地球物理暨国际极地期间,全世界数以万计的科学家登上了南极冰盖,在极端恶劣的环境里,来自不同背景的科学家同心协力、合作,相互支持、救援,完成了史上第一次大规模国际合作南极科学考察,开辟了科学时代南极考察国际合作的新局面。但也出现了领土、资源等诉求,以及环境保护、生物保育、合作、安全等实际问题。为确保各国对南极洲的尊重,也为了保护地球上现存的这片唯一的净土,1959121日,12个国家在美国华盛顿签署了《南极条约》(1961623日生效)。条约冻结了领土要求,规定南极洲仅用于和平目的,保证科学考察的自由,促进国际合作,禁止军事活动和核活动。之后,又相继签订了许多条约和公约,如1991签订的《关于南极条约的环境保护议定书》,为保证南极科学活动和环境保护奠定了法律基础。1985107日,中国成为《南极条约》协商国。

20世纪80代以来,全球变暖研究日渐深入,南极冰盖以其独特和不可替代的禀赋,为气候变化这一科学问题作出了独特的贡献。南极冰盖记录的地球大气过去80温室气体浓度变化的旋回,冰内气泡记录的1750以来大气圈温室气体浓度不断攀升的事实,等等,为气候变化科学的发展,人类应对气候变化和保护地球环境的对策奠定了科学基础。进入21世纪,南极研究面临更多科学难题,如南极洲大气、海洋和冰冻圈之间的相互作用怎样影响气候变化?在经历数千的相对稳定后,南极海冰开始加速融化,是哪些因素控制着海冰的季节分布和冰量?它的变化对下伏大洋水体和洋流产生了怎样的影响?南极冰盖冰体收支综合观测的结果如何?人类和病原体如何影响和适应南极极端环境?南极洲的地壳和地幔结构,生命进化和延续,陨石揭示的太阳系形成的信息,南极大陆有效管理的政策问题……研究这些科学难题,需要全世界科学家的参与。

中国直到20世纪80代才来到南极洲,但中国进步很快。21世纪的今天,中国的南极事业一日千里,世界瞩目,新一代极地科学家迅速成长,莘莘学子中不乏南极粉丝,民众中的南极迷比比皆是。商务印书馆刊印这本书,不仅对读者了解南极历史,分析、判断南极事务,是一份不可多得的史料,也为我们了解南极大发现时代前辈们的奋斗精神提供了史实。

本书译者李占生和我相识已有三十多。他长期从事中国海洋和中国南极外事工作,对南极国际条约和法规有深入研究,著有《南极条约体系》等专著。他还参加了中国南极中山站的选址和建站工作,是一位有思想、有实践经验的南极问题专家。阅读此书,对中国在南极各项事业的发展大有裨益。

(本文是秦大河院士为该书写的序,略有删节。)

 


科技日报 2017 3 11

连线“决心”号,上“新鲜”科普课

地球(2017 年 3 月 B) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

近日,意大利女教师阿莱西亚·西科尼(左)和意大利科研人员一起用“决心”号上的视频设备与意大利的学生连线,在船上进行“现场直播”并讲课。

正在我国南海北部开展大洋钻探的美国“决心”号,不仅是科学家们进行国际合作研究的“大舞台”,还是一个直接面向世界各国学生进行科普教育的“流动课堂”。

新华社记者 张建松摄

 


中国科学报 2017 3 11

格陵兰“化了”

科学家研究气候变化对岛屿影响

地球(2017 年 3 月 B) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

格陵兰岛冰架上布满了融水坑。

图片来源:Adam LeWinter

 

从直升机上鸟瞰格陵兰岛会发现,这里的冰盖在讲述一个分崩离析的“故事”。水和压力造成的长长裂缝刻画着冰面,蓝色的融水湖不断扩张,急流脉络向西蜿蜒,流向冰架末端最终进入大海。

飞过这个世界最大融冰的科学家选择了一个明媚的夏日研究融化问题。格陵兰岛边缘170万平方公里的冰架在夏日定期融化。但在2016年,冰雪融化时间开始变早,而且在向岛内扩展。到4月,12%的表面冰层融化,而通常年平均融化量到6月也不过10%

融化加速

而且,研究显示,格陵兰岛冰川的融化速度比原先预想要快得多。从2003年到2013年,该地区的冰融化了将近2.7万亿吨,而非稍早之前估计的2.5万亿吨。根据卫星数据,研究人员发现在低海拔地区,尤其是冰盖的西部边缘,冰层融化范围最广。

就在此次考察之前,一股湍急的融水冲走了固定在一座桥上的传感器,这已经是设备4年中第二次被冲走。“我已经参加过多次考察了,但从未见过这么多水。”直升机飞行员对研究人员说。

在格陵兰岛,大量冰雪正在融化。虽然格陵兰岛冰架的衰减已是老生常谈,但直到最近,大量崩解的冰川带着内部的冰块沉入大海,这引起了大量注意。之前研究也显示,格陵兰岛冰层在2011年至2014年间融化约1万亿吨,是过去20年的2倍。而冰层融化导致全球海平面每年上升0.74毫米。“没有人希望看到冰架如此迅速地融化。”美国加州大学欧文分校地球物理学家Isabella Velicogna说,“但这却比我们预计得还快。”

目前,科学家急切希望找出格陵兰岛冰雪融化的原因和未来发展趋势,因为这里拥有能让海平面上升约7米的大量冰雪。尽管北极地区变暖速度是其余地区的2倍,但仅高温一个原因无法解释格陵兰岛冰雪的迅速融化。反常的温暖夏季可能促进了微生物和藻类在日渐湿润的冰架上生长,增加了冰架对太阳能的吸收。此外,从低纬度地区飘来的烟灰和灰尘似乎也起了一定作用。

找出“元凶”

为了追踪这些复杂因素,科学家使用了卫星设备:用图片监控冰层颜色和反射性;用高度计测量融化情况,还组织了多次野外考察。通过分析冰架的变化,研究人员还希望弄清生物过程和物理过程是如何“合作”摧毁它的。

英国布里斯托大学生物地球化学家Martyn Tranter表示,“我们十分担忧新生物会加速全球海平面上升。”

直升机降落在雪面上,刺眼的冰雪让科学家不得不戴上太阳镜。但当英国谢菲尔德大学的Joe Cook在使用与传感器相连的微型笔记本电脑时,大家发现雪并没有看起来那么白。它吸收了部分可见光,并且主要是波长较长的红外波。

Cook表示,冰雪变暗是由融化引起的:在融化和重新冻结的过程中,冰晶不再长而尖,而是变得大而圆,这能减少约10%的冰雪反射率。冰雪吸收太阳辐射越多,导致温度越高,于是加速其融化。

测量工作完成后,他们返回直升机,停留处的雪已经消失无踪,暴露出崎岖湿滑的冰面。而且冰雪仍在持续变脏变暗。卫星数据显示,自2001年起,冰架边缘正以每十年5%的速度变暗。更早前的样本还揭示了其他“元凶”:例如,欧洲工厂和加拿大火灾产生的烟灰也对冰雪融化“贡献”良多。

此外,研究人员量化了每种“染黑剂”的相关影响,却发现另一个因素可能是最大“元凶”:藻类和细菌的繁盛。

冰面上布满了手指粗细的孔洞,每个洞里都有融水,但有一块厚厚的烂泥铺在底部。而欧洲探险家Nils A. E. Nordenskild150年前就提出,一些被称为“冰尘”的烂泥就是活细菌。它们产生了其他反馈效应:黑色冰尘捕获的太阳能不断融化冰雪,使洞加深,同时为细菌制造更有利的生存环境。

2010年,布里斯托大学微生物学家Marian Yallop在冰架边缘发现了更多生命:藻类。“让所有人感到惊讶的是,藻类也能生存在这种极端寒冷、高紫外线的环境中,并忍受常规融冻循环。”参加了今年考察的Yallop说。

而且,布里斯托大学冰川学家Andrew Tedstone表示,冰雪融化提前、24小时太阳照射和液态水这3个因素可能加速了藻类繁殖。该理论或能解释在2010年、2012年和2016年温暖的夏季,黑冰区域表面急剧变黑,相反在2015年较冷的夏季,颜色没有变化的原因。

在第三个取样点,藻类对冰雪的破坏显而易见。这里的情景与人们想象中的格陵兰岛相去甚远。“人们可能认为格陵兰岛冰盖是原始、纯洁的。”英国利兹大学大气学家Jim McQuaid说,但实际上一团糟:冰尘洞合并成了水洼、盆地以及湍急的河流。研究人员将褐色的雪收集起来,之后将分析这些样本的DNA和其他标记物以鉴定藻类物种和无机污染物。

距离最后一个取样地点20公里有一块试验区,考察组在这里监控了数周,目的是确定冰雪变黑的地面实况,并量化每种变黑因素及其对融化的影响。该团队使用无人机、常规样本和一系列参考点追踪了7种不同小环境的反射率、冰尘构造和生物活性是如何进化的。科学家希望借助这些成果,最终能利用卫星数据推断出整个格陵兰冰架的融化情况。

由表及里

2012年,格陵兰岛融化出现反常情况。卫星数据显示,到当年712日,几乎98%的冰架表面都出现了液态水,即便格陵兰岛最寒冷的地方也有融化迹象。记录显示,上次出现这种现象是在1889年,这种现象约每150年出现一次。但当时,科学家无法确定这一反常融化的原因。

近日发表的有关2012年融化的模型显示,并非变黑的冰雪吸收了过多阳光从而导致融化——实际上当时岛上空云量很大。相反是大团高压系统让该地区气候温暖且降雨增多。

研究人员回到自己温暖的工作室继续工作,以便更多了解格陵兰岛融化带来的影响。其中一个关键问题是,冰盖下部融化排出的水是如何影响冰川向海洋移动的,以及它们流出的速率。研究人员还想知道春季融化的冰山水是如何对夏季径流产生影响的。

科学家最近已发现,在春季的消融与冻结周期,紧挨着表层雪之下出现了大量约6米厚的“冰晶体”。传感器数据显示,该晶体阻止了夏季冰融水向更深层的老雪层渗透。相反,冰融水似乎被限制在地表范围,从而扩充了夏季径流。

明年春天Tedstone将穿越格陵兰岛东南部,这需要在-30℃的环境中驾驶雪地摩托车行驶150公里的艰苦跋涉,以便验证晶体现象是否已经非常普遍。“这将是一个相当残酷的过程,但没有其他办法,想得到数据,只能这样。”他说。

而冰雪融化也为实地调研制造了许多困难,研究人员面临着无数的烂泥和水坑,并且随着周围冰雪的逐渐消失,他们不得不每周寻找并转移到下一个工作与住宿地。尽管如此,他们仍然对不停变换的冰景感到惊讶。McQuaid说:“每天晚上,随着太阳下山,我们都会静静享受在这片神奇冰面上的时刻,这里没有其他人来过,它很快会融化,所以也不可能有人再来。”(张章编译)

 


中国科学报 2017 3 12

万米级载人潜水器将刷新“中国深度”

——专访万米级载人潜水器总设计师叶聪

据新华社电 我国自主研制的无人潜水器最大潜深已经突破万米,“蛟龙”号载人潜水器下潜深度也已突破7000米,万米级载人潜水器何时能深潜大洋?其研制难在哪里?目前进展如何?记者近日就以上问题采访了万米级载人潜水器总设计师、中船重工702研究所水下工程研究开发部副主任叶聪。

4年内实现深潜万米深海大洋

作为“蛟龙”号的主任设计师,叶聪参与了“蛟龙”号7000米级载人潜水器的研制,同时在海试时首次驾驶“蛟龙”号下潜突破7000米深度。如今,叶聪作为万米级载人潜水器的总设计师,何时能驾驶新的潜水器下潜万米探大洋?

叶聪说,“蛟龙”号于2012年在马里亚纳海沟创造了世界作业类潜水器最大下潜深度7062米的纪录。“蛟龙”号的问世,推动了我国深海装备事业的快速发展。目前,4500米级载人潜水器正在总装联调,万米级全海深载人作业型潜水器已经开始研制。

“按照计划,将在2020年完成万米级载人潜水器的研制,未来科学家将随着它深潜万米海底进行科考,探索深海大洋的未知世界。”叶聪说。

研制“压力”太大

“蛟龙”号研制成功不易,万米级载人潜水器研制更难。那么,有哪些难处需要克服?

叶聪说,“蛟龙”号具备了载人到达全球99.8%以上海底作业的能力,但要达到可以载人在全球所有深海作业的能力并非易事。像“蛟龙”号在7000米处的压力是700个大气压,即“蛟龙”号2.1米直径的载人舱耐压球壳需要承受的压力相当于14座埃菲尔铁塔的重量。万米级载人潜水器再往下4000余米,还要增加4000余个大气压。这么大的压力加在潜水器上,对潜水器的结构设计、材料等,都提出了巨大挑战。

载人舱耐压球壳是载人潜水器技术的核心。叶聪说,“蛟龙”号研制之初有一部分是国际合作,“像载人舱耐压球壳是我们的设计,利用了俄罗斯的材料和加工工艺,其他有些部件如传感器、推力器等也是引进的。”

其次,与“蛟龙”号相比,在材料和使用环境更复杂、更多限制条件的情况下,作业能力的要求不能降。“就像射击一样,在300米时打十环,现在要求500米也打十环,这是很大的挑战。”

“万米级载人潜水器研制是海洋领域挑战最高的项目之一。因此,载人潜水器本体研制需要攻克更多技术难点,耐压构件密封、控制、水声通信等,都是研制过程中难啃的技术骨头。”叶聪说。

钛合金研制获重大突破

万米级载人潜水器的研制已经全面启动。目前,其研制进展如何?

叶聪说,“蛟龙”号研制过程中,突破了一系列关键技术,如大潜深的载人潜水器的设计技术;有很好的定位和悬停功能、很好的水声通信系统等。此后,又开始了4500米级载人潜水器的研制,以钛合金载人舱耐压球壳为突破口,实现了载人舱耐压球壳的自主研制。

“在‘蛟龙’号和4500米级载人潜水器研制经验的基础上,万米级载人潜水器的研制正有条不紊地进行着。它建成投入使用后,将会创造新的‘中国深度’,进一步提升我国海洋探测能力与研究水平。”叶聪说。

目前,万米级载人潜水器载人舱用钛合金研制取得重大突破,成功研制出一种新型高强度高韧度可焊接钛合金,采用该合金制备的全海深载人潜水器载人舱缩比件顺利通过压力试验,已成功完成第一个全尺寸载人舱半球的冲压,为全海深载人潜水器用钛合金载人舱研制任务的顺利完成奠定了基础。

“我们将直面技术和进度等实际困难与挑战,确保载人潜水器保质保量按期完成。”叶聪说(刘诗平)

 


中国科学报 2017 3 13

美环保局局长否认二氧化碳为主要温室气体

地球(2017 年 3 月 B) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

Scott Pruitt

图片来源:Gage Skidmore

 

近日,美国环保局(EPA)局长Scott Pruitt引发气候变化领域一片混乱。在接受美国CNBC电视台采访时,Pruitt表达了自己对二氧化碳是全球气候变暖最主要原因的怀疑。

在采访中,当被问及二氧化碳是否为“气候变化的主要旋钮时”,Pruitt表示不同意这一观点。“精准计算人类活动对气候的影响十分困难,有关二氧化碳的影响程度存在巨大争议,所以我不同意二氧化碳是全球变暖的最主要原因。”他说,“我们还需要继续讨论、评估和分析。”

EPA局长的这些言论违背了科学界甚至政府机构的主流认识——EPA官网的有关说法是,“二氧化碳是导致近来气候变化的主要温室气体”。科学家和环保主义者纷纷予以批评,提到此言论错误而危险,并认为他否定了气候变化背后的科学。

“摘下面具后,Scott Pruitt展现了自己纯粹气候变化怀疑论者的面目。”自然环境保护委员会气候和清洁空气项目主任David Doniger说。参议员Brian Schatz则批评Pruitt的言论“极端”且“不负责任”。他说,如果谁还曾怀疑Pruitt是气候变化的否认者,现在怀疑应该被打消了,“任何否认经过上百年发展的成熟科学与基本事实的人,都不够格担任EPA局长”。

一些环保机构也要求Pruitt辞职。“纵火犯现在掌管着消防部门,似乎他很高兴让气候危机失控。”美国“山岭俱乐部”在一份声明中说,“任何明智的参议员都应该要求解除他的职务。”

EPAPruitt已经开始推翻一些条例,其中包括《清洁水法案》。他还提到下一步将取缔清洁能源计划和节能燃料标准等。

在采访中,Pruitt还评价了联合国应对气候变化的《巴黎协定》,并将其称为一个“坏协议”。之前,总统唐纳德·特朗普曾表示将撤出《巴黎协定》,但至今其政府仍未行动(唐一尘)

 


中国科学报 2017 3 13

地震带与慢地震关系渐明晰

本报讯 36日,《自然》杂志在线发表了中科院海洋研究所特聘研究员高翔与加拿大地质调查局教授王克林的最新研究成果:地震带与其下方的慢地震在断层流变特征上是分离的,慢地震的发生受地幔楔角(断层面与大陆莫霍面交界)附近特殊的地质条件控制。

本世纪初,科学家发现断层在板块汇聚边界地幔楔角附近有间歇性加速运动的现象,并把这种伴随着低频地震的断层运动称为幕式震颤与慢滑移(ETS)。随之又发现了一系列类似现象,统称为慢地震。幕式震颤与慢滑移是最有规律的一种慢地震,通常发生在下冲海洋岩石圈很年轻的热俯冲环境。慢地震是自板块构造理论被广泛接受以来地球动力学最重要的发现之一,它的发现颠覆了对断层运动方式只有地震破裂和无震蠕滑的普遍认识。近年来尽管在慢地震的观测和模拟研究上取得了巨大的进展,但依然没有一个基本概念模型可以解释慢地震区域分布的多样性及其与大地震的关系。

高翔和王克林的新发现是基于对俯冲断层流变性质(脆性摩擦与黏性蠕滑等)的研究。板块边界大地震发生于断层浅部,因为该处温度低,断层呈脆性。深部的高温环境一般使断层呈黏性。而高翔和王克林发现,在某些俯冲带,地幔楔角附近的高压流体使断层在这一深度又重新呈现脆性,从而带来幕式震颤与慢滑移。

他们提出,在地震带和慢滑移带之间,断层呈半脆性或黏性。这一断层流变模型的提出解释了与慢地震相关的众多未解难题,“比如为何与地震带是分离的,为何对应于地幔楔角特殊的岩石学条件,为何在热俯冲环境里多发但在冷俯冲环境里缺失以及为何在某些非俯冲环境中出现等等。”

这一流变模型也解释了美国陆上圣安德烈斯断层的慢地震现象。圣安德烈斯断层之下正在脱水的古地幔楔提供了类似俯冲带的高压流体环境。这进一步表明慢地震的发生往往是受特殊的地质条件控制,而不是通常认为的地震破裂向稳定蠕滑的一种过渡方式。中国陆上某些断层是否也有这种现象尚有待研究。

该研究成果不仅解释了多种看似不相关甚至矛盾的慢地震观测现象,而且为研究大断层的滑动特征和地震生成机制提供了全新的概念模型。

(王晨绯)

 


科技日报 2017 3 14

“蛟龙”号首次完整剖面调查西北印度洋新生火山脊

新华社北京313日电 (记者刘诗平)“蛟龙”号载人潜水器当地时间39日在西北印度洋开展了中国大洋38航次第5次下潜,对新生火山脊进行了从山底到山顶的完整剖面调查,为科学家今后在相似洋脊开展工作提供了观察样本。

国家海洋局发布的信息称,第5次下潜在大糦热液区沿测线开展调查,最大潜深3537米,海底作业5小时50分钟。此次下潜进行了测深侧扫微地形测量,对洋中脊的新生火山脊进行了从山底到山顶的完整剖面调查与采样,对地热探针和蜡状岩芯取样器进行了测试与作业。

同时,本次利用携带的“新武器”——岩屑取样器,在大糦热液区斩获了数枚火山玻璃(为岩浆遇海水快速冷凝的产物)样品。

下潜科学家、国家海洋局第二海洋研究所副研究员余星说,此次下潜调查了大糦热液区中一座新生火山脊的完整剖面,“从山脚到山顶爬升150米,翻越了整座山脊”。

此次下潜共获取岩石样品、短柱状沉积物插管3管,它们是揭示西北印度洋脊岩浆过程和洋脊演化历史方面的重要资料。虽然没有发现硫化物区和热液喷口,但详细的测线调查为科学家今后在相似洋脊开展工作提供了一个观察样本。

“如果把黑烟囱比作树木,那供它生长的土壤就是洋脊。”本航段首席科学家韩喜球说,要想明白“树木”如何生长,就需要了解“土壤”的成分和结构。此次采集的岩石样品中,包括了热液蚀变玄武岩及玄武岩火山玻璃,有助于研究洋脊的火山活动和岩浆作用,揭示其演化历史和海底热液硫化物成矿间的关系。

大糦热液区由中国大洋33航次于2015年发现,其名得自《诗经·商颂·玄鸟》中的“龙旂十乘,大糦是承”,意指非常丰富的食物。大糦热液区热液活动较频繁,为盲虾、螃蟹等提供了充足的营养。

 


文汇报 2017 3 14

研究南海“磁带”,追溯地层“年龄”

地球(2017 年 3 月 B) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版)

同济大学海洋与地球科学学院副教授易亮在决心号上做研究。

新华社发

 

据新华社决心313日电(记者张建松) 如果将地球磁场自形成以来的不断变化,比喻成一岁月之歌,包含磁性颗粒的海底岩石或沉积物,就好比这首歌的录音机磁带。研究磁带最初的磁性记录,可以追溯唱歌年代,判断地层年龄

这种研究方法被称为磁性地层学自上个世纪60年代大洋钻探开展以来,磁性地层学就成为重要的岩芯样品定年方法,与有孔虫、超微化石等生物定年相互印证。

正在南海北部开展大洋钻探的决心号上,科学家团队中的古地磁组共有3人:来自同济大学海洋与地球科学学院的副教授易亮、来自美国普渡大学的博士生张杨、来自美国加利福尼亚州立大学的助理教授史蒂文·斯肯纳。

他们在船上的主要任务,就是通过研究从南海海底钻取的岩芯古地磁,绘制出磁性条形码,判断岩芯样品年龄,追溯南海的岁月之歌。这不仅需要在船上对岩芯样品进行一些复杂检测,同时还需要进行修正研究。

截至目前,我们已经成功获得了第三次南海大洋钻探第一个站位650万年以来的地磁极性倒转序列,这些古地磁数据非常宝贵,初步研究结果也非常理想,为航次后的研究提供了可靠的年龄信息易亮说

 


新民晚报 2017 3 14

南极,升起五星红旗的地方——南极探寻之旅(一)

汪永晨  /

地球(2017 年 3 月 B) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版)

南极长城站里面的这种标有地名和距离的牌子,不仅中国长城站里有,在乔治王岛上也有,各个国家科学家们钉的自己故乡有多远的牌子。这是一种超越距离的思念。

 

半年前定的201718日登南极乔治王岛,访问长城站。不过,这个时间是人定的,到时飞机能不能起飞,那可要老天爷说了算,要看南极风。

18日上午,我们乘坐的飞机从智利篷塔阿雷纳斯机场准时起飞,和我们同在机场候机的还有第三十三次中国南极科学考察队的科学家们。

在南极长城站,主管气候监测的科学家指着电脑中的卫星云图告诉我们,201711日—110日只有一天飞行“窗口”,就是18日。而且从卫星云图上看,1月中下旬天气会更差。

中国南极长城站位于乔治岛的菲尔德斯半岛上,方位是南纬6213分,西经5855分。它面临民防湾中的一条小湾,这条小湾已被中国南极考察队命名为长城湾。长城站背靠终年积雪的山坡,水源十分丰富。这里地势开阔,滩涂约长2000米,宽约300余米。

地理学概念上的南极,指南纬6633分以南的区域,严格意义上说,南极圈内才算得上南极。南极圈是天文学上从两极受太阳光线来确定南极地区永久界限的一种方法,也是南温带和南寒带的界限。

从地理位置上讲,长城站所在位置并不是地理概念上的南极,属于南极圈的外围,但因为1959年《南极条约》把南纬60度以南的区域定义为条约所适用的范围,包括南极洲和南大洋,所以人们就把这个区域定义为南极区域,但是从地理学概念上切勿混淆。

我们去南极,朋友们问得最多的一个问题不是你们进没有进南极圈,而是南极很冷吧?

19997月到过北极,那次是从美国阿拉斯加的北纬62度一直到了北纬78度。7月,也是北极的夏天。那次我回答朋友关于北极冷不冷的问题时,是和北京比的。我说北极的夏天和北京的冬天差不多,太阳出来时,会比北京的冬天还暖和。

南极的1月份也是那儿的盛夏,我们在那儿只有一天,应该说,准备的防冻装备有点过分了。南极的夏天,和北京的冬天也差不多。不过,乔治王岛只在南极洲的边上,真的到了南极圈里有多冷,我没有感受到。

有一点还是值得说的,从照片上看,南极长城站建站时的198412月,长城站是被白雪覆盖的,而我们这次18日在那儿,长城站的地上看起来基本上是黑土地。

中国是一个南极考察的迟到者,比发达国家建立考察站晚了30年。1959年签订的《南极条约》分协商国和缔约国,协商国由在南极地区建立考察站的国家组成,在国际南极事务中有发言权和表决权。加入条约但没有建立考察站的国家为缔约国,虽有发言权但没有表决权。因此“协商国是一等公民,缔约国是二等公民。”

选定科考站需要考察几个条件,比如是否具备较大的露岩地域、船只易接近、卸货方便、有充足的淡水资源和站区可开展综合科学考察等,11个备选站址中以菲尔德斯半岛南部地区最为理想,这是一块台阶式鹅卵石地带,地域开阔,有3个宜饮用的淡水湖;海岸线长、滩涂平坦,便于小艇抢滩登陆;夏季露岩多,地衣、苔药等植物发育也比其他地点好,企鹅和其他鸟类在此栖息繁殖,适宜开展多学科考察。最后,中国南极长城站就定在这里,长城站的建立改变了中国在南极事务上的地位。

我们在长城站时,看到站内墙上挂着长城站的科研项目表上的内容可真不少。站长也告诉我们,长城站是座小小的科研城,科研人员不仅在这里可以从事气象观测、固体潮观测、卫星多普勒观测、地震观测、地磁绝对值观测,高空大气物理观测等,还可在生物实验室、无线电波传播实验室、地质实验室、地貌和第四纪地质实验室、地球物理实验室和微机房里进行综合研究、实验、分析和数据处理。

让我们有点没有想到的是,和我们同一天到长城站的科学家,那天晚上要睡地铺,因为前一批考察人员还没有坐船离开,乘飞机来的科学家们又到了。所以只能睡地铺了。

有关长城站,还有两点值得一提。一是,那里建的暖房,西红柿已经结果了。虽然还是绿的,个头也不大,肯定不能保证供应,但解个馋的新鲜蔬菜是有了。

二是,长城站对垃圾处理十分严格,不同类垃圾有专人搬运到不同的区域,然后利用装载机运输到垃圾处理站。按南极环保规定,要用焚烧炉焚烧处理纸质垃圾和食物残渣。焚烧后的这些垃圾残渣全部装入收集袋内。其它不允许在南极焚烧的垃圾也要分别装入不同的收集袋。所有的垃圾收集袋要存入集装箱,一直要等到“雪龙号”再次来时,统统运回国内做处理。长城站的生活污水,经过管道汇集到一个污水处理站,达到排放标准后,才可以沿着管道排入长城湾。

如果有一天你也乘飞机去乔治王岛,记住往回飞的飞机上有鸡汤喝。

 

 

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