面朝大海，高科技向“深藍”

向洪江

編者按

強海洋科技創(chuàng)新，促進海洋高端產(chǎn)業(yè)孵化，發(fā)展海洋經(jīng)濟，是我國建設海洋強國戰(zhàn)略的重要組成部分。日前，以“創(chuàng)新海洋科技 引領產(chǎn)業(yè)發(fā)展”為主題的世界海洋科技大會在山東青島舉行。本期摘錄和分享中國科學院院士吳立新等專家在大會上的精彩觀點，并發(fā)布各國海洋專家形成共識的海洋領域前沿科學和工程技術(shù)的重大難題。

近50年來，海洋吸收了整個地球氣候系統(tǒng)中超過90%的熱量盈余及超過30%的人類排放的CO2，從根本上減少了進入地球系統(tǒng)的凈輻射，減緩了全球變暖的速率，維持了賴以生存的食物鏈來源和地球生態(tài)系統(tǒng)的平衡。然而，海洋對熱量和CO2的極限吸收能力是多少？對熱量與CO2的吸收如何改變海洋的動力和生物地球化學環(huán)境？又如何進一步影響全球極端氣候、海平面、生態(tài)系統(tǒng)以及深海資源格局？這些關鍵問題與未來地球的宜居性息息相關。

海洋觀測與探測是認識海洋與經(jīng)略海洋的重要支撐。當前海洋觀測與探測領域正向多學科、全海深、精細化、低能耗和智能化等方向發(fā)展，涉及大數(shù)據(jù)分析、人工智能、可持續(xù)能源、海洋通信技術(shù)等新興學科、行業(yè)和領域。特別是基于人工智能的大數(shù)據(jù)分析技術(shù)已成為海洋觀測技術(shù)創(chuàng)新的驅(qū)動力量。如何發(fā)展新技術(shù)，實現(xiàn)全球、長期、連續(xù)、實時、綜合、精細、低成本的智能海洋觀測與探測是目前面臨的巨大挑戰(zhàn)。

海洋是地球系統(tǒng)的關鍵組成部分，準確、精細地預測海洋與地球氣候系統(tǒng)的變化是科學應對和減緩全球氣候變化的關鍵手段。當前海洋與地球系統(tǒng)變化的預報預測正向多圈層耦合以及高分辨率的方向發(fā)展，如何提高海洋與地球系統(tǒng)變化的精細化與精準化預報預測是國際上面臨的急迫任務和巨大挑戰(zhàn)。

海岸帶是地球系統(tǒng)中水圈、巖石圈、生物圈和大氣圈的交匯地帶，是陸地、海洋和大氣之間物質(zhì)和能量交換和多尺度過程相互作用最活躍的地帶。海岸帶區(qū)域人類活動的高度集中，社會與經(jīng)濟高度發(fā)展，高強度的工業(yè)、生活與養(yǎng)殖業(yè)污染排放，導致海岸帶生態(tài)環(huán)境不斷惡化，對海岸帶可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生巨大的環(huán)境壓力。同時，富營養(yǎng)化、缺氧、海洋酸化等成為海岸帶區(qū)域突出的生態(tài)環(huán)境問題，造成漁業(yè)資源退化、海洋經(jīng)濟發(fā)展受到阻礙等嚴重后果。海岸帶可持續(xù)發(fā)展是世界級難題。

深?？赡苁堑厍蛏钠鹪吹刂?。但截至目前，我們還沒有找到深海生命起源的直接證據(jù)。是否能夠通過獲得更原始的生命形式即更古老的微生物，來揭示生命的起源與演化的過程和機制，仍是當前的科學難題。

地球是唯一有海洋、有板塊運動的類地行星，但是海底多圈層相互作用與板塊構(gòu)造之間的內(nèi)在聯(lián)系一直不清楚。海水與巖石圈相互作用的機制如何？對大洋環(huán)流有什么影響？進入地球內(nèi)部的水如何影響板塊俯沖的起始和板塊運動？大規(guī)模板塊俯沖在海洋物質(zhì)能量循環(huán)中扮演什么樣的角色？其中，海底跨界面的物質(zhì)能量交換與板塊俯沖啟動機制是有待回答的重大科學問題。

深海中蘊藏著豐富的多金屬礦產(chǎn)資源。目前，深海多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼、多金屬硫化物、稀土等礦產(chǎn)勘探程度低、成礦規(guī)律認識不清，深海礦產(chǎn)的采礦、集礦、揚礦、選礦以及水下作業(yè)系統(tǒng)等技術(shù)裝備需要盡快突破，深海礦產(chǎn)勘探開發(fā)的環(huán)境影響評價和開采安全保障還需要持續(xù)攻關。深海戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源的成礦機理認識、資源精細勘查、資源量精確評估、綠色高效開發(fā)技術(shù)等問題是未來重要的科技發(fā)展方向。

極地海洋的快速變暖和酸化，使得極地海區(qū)生態(tài)系統(tǒng)正受到嚴重威脅，并對全球環(huán)境和氣候產(chǎn)生影響。一方面，極地海洋的快速變化將導致全球水循環(huán)格局的改變，引發(fā)水資源分布變化、海平面上升等一系列重大問題;另一方面極地海洋環(huán)境與氣候的變化改變了全球能量和質(zhì)量分布格局，引發(fā)區(qū)域和全球天氣、氣候災害風險加劇。

大型深海工程結(jié)構(gòu)是海洋資源與能源開發(fā)利用的重要工程裝備。目前對深海平臺系統(tǒng)的耦合作用機理仍然缺乏足夠的科學認識，安全運行保障技術(shù)滯后。建立極端動力環(huán)境下超長重現(xiàn)期動力環(huán)境設計標準，發(fā)展科學高效的平臺系統(tǒng)整體耦合動力分析方法，揭示整體結(jié)構(gòu)損傷演化規(guī)律和耦合失效模式，是海洋資源開發(fā)與海洋工程發(fā)展的核心問題。

（摘編自《光明日報》，作者劉艷杰，2019年10月6日）

閱讀指津

這是一篇關于海洋科學研究核心問題和經(jīng)典難題的新聞報道，從九個方面介紹了目前海洋領域科學研究的重大難題與解決這些問題有關的高科技。

第一段，指明海洋對熱量和CO2的吸收能力及機制與地球的生態(tài)環(huán)境息息相關。

第二段，指出海洋觀測與探測的重要意義及當前面臨的挑戰(zhàn)。

第三段，闡明對海洋與地球系統(tǒng)變化的精準預測是急迫任務和巨大挑戰(zhàn)。

第四段，指出海岸帶可持續(xù)發(fā)展正面臨的壓力和難題。

第五段，點明獲得海洋中更原始的生命形式來揭示生命起源與演化的過程和機制，是當前的科學難題。

第六段，指出海底多圈層相互作用與板塊構(gòu)造之間的內(nèi)在聯(lián)系等科學問題亟待解決。

第七段，強調(diào)深海礦產(chǎn)資源的勘探、評估、開發(fā)技術(shù)等問題是未來重要的科技發(fā)展方向。

第八段，簡述極地海洋的變化對全球環(huán)境和氣候的影響。

第九段，提出大型深海工程結(jié)構(gòu)等重要裝備的安全保障問題。

小試身手

1.?下列關于“海洋領域科學研究的重大難題”說法正確的一項是（ ）（3分）

A.?目前就深海大洋對熱量與CO2的吸收在改變海洋的動力和生物地球化學環(huán)境的研究已取得了突破。

B.?提高海洋與地球系統(tǒng)變化的精細化與精準化預報預測是當前科學研究的急迫任務和巨大挑戰(zhàn)。

C.?深海是地球生命的起源地之一，但截至目前，我們還沒有找到深海生命起源的直接證據(jù)。

D.?大型深海工程結(jié)構(gòu)是海洋資源與能源開發(fā)利用的重要工程裝備，但目前對這些工程裝備的科學認識、研究、開發(fā)都還很有限。

2.?結(jié)合全文內(nèi)容，下列有關海洋學研究的推測不正確的一項是（ ）（3分）

A.?在海洋觀測與探測領域，基于人工智能的大數(shù)據(jù)分析技術(shù)已成為海洋觀測技術(shù)創(chuàng)新的驅(qū)動力量，未來會發(fā)揮更大作用。

B.?海岸帶區(qū)域工業(yè)、生活與養(yǎng)殖業(yè)污染排放能否得到控制，海岸帶生態(tài)環(huán)境惡化能否得到有效改善，都將對海岸帶可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生影響。

C.?只要深海礦產(chǎn)的采礦、集礦、揚礦、選礦以及水下作業(yè)系統(tǒng)等技術(shù)裝備得到突破，那么未來深海的礦產(chǎn)資源的勘探開發(fā)就能順利進行了。

D.?海底多圈層相互作用與板塊構(gòu)造之間的內(nèi)在聯(lián)系、海底跨界面的物質(zhì)能量交換與板塊俯沖啟動機制等重大科學問題將會找到答案。

3.?仔細閱讀全文，分析概括海洋領域研究有哪些重大的技術(shù)難題亟待突破。（4分）

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答案及解析

1.?D

A項，“已取得了突破”不正確，原文并沒有這樣的說法;B項，“是當前科學研究的急迫任務和巨大挑戰(zhàn)”說法不準確，原文為“如何提高海洋與地球系統(tǒng)變化的精細化與精準化預報預測是國際上面臨的急迫任務和巨大挑戰(zhàn)”;C項，“深海是地球生命的起源地之一”說法過于絕對，原文為“深?？赡苁堑厍蛏钠鹪吹刂弧?。

2.?C

說法過于絕對，原文只說“深海礦產(chǎn)的采礦、集礦、揚礦、選礦以及水下作業(yè)系統(tǒng)等技術(shù)裝備需要盡快突破，深海礦產(chǎn)勘探開發(fā)的環(huán)境影響評價和開采安全保障還需要持續(xù)攻關”。

3.?①海洋觀測與探測方面的技術(shù)難題;②準確、精細地預報預測海洋與地球系統(tǒng)變化方面的技術(shù)難題;③涉及深海礦產(chǎn)資源的勘探、開發(fā)等方面的技術(shù)難題;④大型深海工程裝備、安全保障等核心技術(shù)問題。（每點1分）

《這些，你一定知道》上期答案