全球海洋科技發展動態2018年第一期
最新一期「前沿進展」來了，趕快來了解全球海洋科技領域的最新動態吧！
本期導讀
·海洋動力過程與氣候變化
內波驅動的經向翻轉環流
北極變化對中低緯度氣候影響研究的挑戰
北大西洋底層水在末次盛冰期形成
中尺度渦控制著春季浮游植物爆發的時間：以日本海的研究為例
美研究預測2017—2018年發生拉尼娜的可能性為60%~80%
美科學家提出未來氣候觀測系統的重點資助方向
·海洋生態環境演變與保護
環境變化致使南大洋浮游藻類叢生
限制退化的海草場生態系統重建的瓶頸問題
·海底過程與油氣資源利用
早全新世北極陸架凍土沉積的「千年老碳」比現在更加不穩定
海洋固結沉積物或加劇地震和海嘯破壞性
·海洋生命過程與資源利用
造礁珊瑚能夠適應全球氣候變暖嗎？
百慕大珊瑚研究發現溫度是影響珊瑚生長的最主要因素
走向世界的中國生物醫藥
·深遠海和極地極端環境與戰略資源
澳大利亞媒體評論中國南極戰略及地緣政策
澳日聯合勘探解密地球「消失的第七大陸」
·海洋技術與裝備
新型CO2遠洋探測裝置預搭載無人艦船
英研究人員開發出利用熒光染料識別微塑料的新方法
海洋動力過程與氣候變化
內波驅動的經向翻轉環流
（楊慶軒 編譯）
海洋中最小尺度的湍流混合與最大尺度的經向翻轉環流息息相關，混合誘導的垂向浮力通量維持經向翻轉環流的運轉，而層結海洋中大部分湍流混合是通過中小尺度的內波破碎誘發的。最近，Kunze等人基於細尺度參數化方法計算了全球大洋的混合率，進而估算了跨等密度面浮力通量，給出了印度洋、太平洋和大西洋內區和邊界區緯向平均的跨等密度面水體輸運。
結果表明印度洋、太平洋和大西洋4000~4500m之間邊界區的跨等密度面水體輸運分別為4~6Sv、10~14Sv、4~5Sv，其總和為18~25Sv，與之前學者們估計的全球南極底層水（AABW）的20~30Sv較為一致；印度洋、太平洋和大西洋2500m以上內區的跨等密度面水體輸運分別為2Sv、5Sv、3~4Sv，低於前人估計，與更加絕熱的海洋內部相一致，如跨等密度面混合發生在南半球高緯度等密度面露頭處。該研究工作指出混合誘導的垂向浮力通量對控制全球大洋環流結構的重要性，深化了人們對全球經向翻轉環流的進一步認識。
圖印度洋(紅)、太平洋(藍)、大西洋(綠)、全球(黑)的內區(實線)和邊界區(虛線)平均的(左圖)跨等密度面速度wi(m/s)和(右圖)跨等密度面輸運 W (Sv)隨浮力(上圖)和深度(下圖)的分布。
原文題目：The Internal-Wave-Driven Meridional Overturning Circulation
來源： http://journals . ametsoc . org/doi/ - full/10.1175/JPO-D-16-0142.1
北極變化對中低緯度氣候影響研究的挑戰
（陳顯堯，王曉宇 編譯）
當前發生在北極的令人觸目驚心的海冰消融警示著人們地球氣候系統的變化未必都是平穩而緩慢發生的過程，也未必只在遙遠的未來才會產生深刻的影響。正如熱帶海洋的熱量異常會影響全球氣候一樣，北極海洋和氣溫顯著增暖所帶來的變化也會影響到中低緯度地區。
通過對已有研究工作的梳理，發現目前對於北極增暖放大效應的原因，比如來自中緯度的熱量和水汽輸送的貢獻，仍然缺少清楚的認識。這些認識上的不足使得我們在嘗試解釋北極變化和中低緯度其他過程之間的關係時遇到了瓶頸。從本質上說，這類研究目前面臨的複雜性歸因於北極變化和中低緯度氣候與天氣變化之間互為因果關係，因此，未來的研究和分析工作應當從北極對中低緯度地區的影響和中低緯度地區對北極的影響這兩個方向分別展開。
此外，目前另一個讓人困惑的問題在於北極觀測和氣候模式的研究結果存在鮮明的差異，其中觀測的研究結果支持了北極到中低緯度之間存在明顯且密切的聯繫，但是基於氣候模式的分析結果更多地顯示北極對中緯度地區只有較弱的影響。一個非常好的表達二者之間差異性的例子就是被稱為「北極變暖-歐亞變冷」的趨勢分布（見下圖），即儘管北極持續快速的增暖，但是自1980s以來，歐亞地區的平均冬季氣溫卻出現了減小的趨勢。大量的觀測證據指向北極增暖是歐亞變冷的原因：通過強化西伯利亞高壓系統而產生一個將冷空氣帶向歐亞中央區的特殊天氣系統。但是氣候模式研究學者們持更加謹慎態度，有模式結果表明歐亞的變冷只不過是一次不尋常但十分強烈的自然氣候波動，不可能是北極海冰變化引起的。很多模式研究團隊也聲稱沒有發現北極海冰減退和歐亞變冷之間的可信聯繫。
從各類模型研究結果之間所存在的較大差異性可以看出，研究北極對中緯度地區的影響，結果本身對氣候模型的選取和海冰分布類型都非常敏感，而在模型中低的信噪比額外增加了探究北極和中緯度地區氣候聯繫的難度，導致目前這種研究工作面臨的狀況如同是在一堆稻草中尋找一根繡花針。然而，也有新的證據表明氣候模式未必能準確捕捉這種影響的全部振幅，從而導致模式結果中信號過弱，氣候模型的研究者首先需要清楚是否和為什麼他們的模擬結果低估了北極和中緯度地區之間的聯繫，或許這樣，模式分析和觀測結果才能夠達成一致。
圖1989-2016年間，北極的冬季氣溫相對於全球平均持續性地快速升高（紅色陰影），而歐亞大陸的冬季變得更冷（藍色陰影）。全球平均的冬季氣溫升高幅度為0.5℃。數據來源於NASA GISTEMP(https://data.giss.nasa.gov/gistemp/).
雖然對於北極是否已經對當前的中低緯度地區產生顯著影響這一問題目前還存在較大爭議，但有趣的是科學家們對於北極增暖會在未來顯著影響中緯度的天氣和氣候這一觀點上達成一致意見，雖然對於認識北極如何影響我們的氣候和影響程度的多少都還有很多不確定性，需要我們深入研究，但可以確定的是，目前北極所發生的增暖必將對未來全球氣候產生長遠的影響。
原文題目：Climate science: Far-flung effects of Arctic warming
來源：https://www.nature.com/articles/ngeo2924
北大西洋底層水在末次盛冰期形成
（鄒建軍 編譯）
海洋經向翻轉流是全球氣候系統的一個主要組成部分。在軌道、亞軌道和千年時間尺度，經向翻轉流通過局地深層水形成和廣泛地上涌將深部低溫富碳水體與溫暖貧碳的表層水相連。通過重新分配近表層熱量和影響深部碳存儲，經向翻轉流對全球氣候起著重要影響。大西洋深層水(NADW)是驅動全球經向翻轉流的一個主要驅動器。但是在末次盛冰期，大西洋經向翻轉流的空間分布仍然是一個謎。
現今海洋，北大西洋深部水體主要由NADW和南極底層水（AABW）組成。北大西洋深層水分上下兩層，覆蓋1500~4000m水深，以貧營養鹽為顯著特徵。NADW上層水主要源自拉布拉多海，通過冬季開闊海域對流形成；下層主要源於北歐海，通過開闊海洋對流並和北大西洋水混合而形成。相對而言，AABW形成於南極陸架，沿著NADW下部向北流，以富營養鹽為特徵。
傳統觀點認為，北大西洋深層水在末次盛冰期變淺，深部主要受AABW的控制。最近的一項研究對此認識提出了挑戰。來自美國伍茲霍爾海洋研究所的科學家通過對采自北大西洋的1個沉積岩心中底棲有孔蟲殼體穩定碳同位素（δ13C，指示營養鹽的代用指標，值越大表示營養鹽含量越高）和放射性碳同位素 （14C）進行分析，發現在末次盛冰期，在5000m水深的北大西洋發育相對年輕貧營養鹽的北大西洋底層水，表明北大西洋深部環流呈現類似「三明治」的分布格局，即南極深層水位於冰期北大西洋中層水和北大西洋底層水之間。該項研究認為在末次盛冰期貧營養鹽北大西洋底層水主要形成於拉布拉多海，其形成過程與海水結冰時的鹽析過程有關，類似於現今南極大陸和北太平洋鄂霍次克海深部水體的形成過程。但需要指出的是，深部水體營養鹽含量在沒有動力變化條件下也會發生變化，底棲有孔蟲穩定碳同位素並不是一個完美的水團示蹤劑，因此該研究結論還需要得到進一步確認。
原文題目：
Carbon isotope evidence for a northern source of deep water in the glacial western North Atlantic；Tantalizing evidence for the glacial North Atlantic bottom water
來源：www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1614693114；www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/p-nas.1701563114
中尺度渦控制著春季浮游植物爆發的時間：以日本海的研究為例
（楊德周 編譯）
春季藻華的爆發時間對區域漁場和碳元素的收支都起著重要的作用。而已有的許多研究表明中尺度渦能夠引起近表層水體物理化學及生物學特性的改變，進而影響海洋的初級生產力及生物化學過程。還有研究表明，中尺度渦的存在還會影響漁場的形成及幼魚分布和存活。在某些海區，例如阿拉斯加灣、灣流和盧文流區域，渦旋能夠捕捉並輸送包含有豐富營養物質和浮游植物離岸的近岸水。但是，在日本海域這個過程似乎並不是主要的過程，該海域浮游植物的春季爆發具有明顯的規律性，並且在春季藻華之前不受營養鹽的限制。因此該研究對於理解渦旋對溫帶地區葉綠素的季節分布的影響具有重要意義。
首先，基於高通濾波的SLA數據和地轉速度異常數據，確定中尺度渦對混合層深度的影響，即：反氣旋渦使混合層深度加深，而氣旋渦使混合層深度變淺。接著，根據衛星葉綠素數據發現不同混合層深度對於藻華的爆發時間有很大影響。研究表明：對於氣旋渦，由於混合層深度變淺，藻華的爆發時間受自下而上過程的控制，混合層深度變淺，光合有效輻射率增加；此時藻華爆發的時間較早，早於冬季冷卻結束的時間。相反，對於反氣旋渦，光照限制的解除與對流混合的減弱程度緊密相關，因此藻華的發生意味著對流混合的關閉，說明在冬末時期垂向混合受到抑制，有利於浮游植物藻華的爆發。
葉綠素與混合層深度(MLD)、凈熱通量(Q0)、光合輻射有效率(I0)/混合層內的平均輻照度(IML)的關係（圖a-c為反氣旋渦的情況，e-g為氣旋渦的情況）及混合層深度與凈熱通量(Q0)的關係(圖d為反氣旋渦的情況，圖h為氣旋渦的情況)
研究還表明，在溫帶水體中，藻華爆發的越早，有機物質向底部的輸出越多，因為在較冷的水體中浮遊動物的新陳代謝比較緩慢，捕食活動減弱。相反，藻華爆發的越晚，水體越暖，浮遊動物的攝食率越高，為高營養級的物種更好地提供食物。因此渦旋的存在可能不僅僅會影響初級生產力，還可能影響魚類的覓食甚至海洋生態系統。
儘管本文的研究集中在日本海的Yamato Basin區域，但該研究可能對於渦旋較多的溫帶地區海域具有同樣的適用性。
原文題目：
Mesoscale Eddies Control the Timing of Spring Phytoplankton Blooms: A Case Study in the Japan Sea
來源：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2017GL074359/abstract
美研究預測2017—2018年發生拉尼娜的可能性為60%~80%
（劉燕飛 編譯）
2017年11月6日，美國德克薩斯大學（University of Texas）與美國國家大氣研究中心（NCAR）的研究人員在《地球物理研究快報》（Geophysical Research Letters）發表題為《2017—2018年拉尼娜發生可能性的兩年預測》（A Two-year Forecast for a 60~80% Chance of La Ni?a in 2017-18）的文章稱，2017—2018年發生拉尼娜的可能性為60%~80%。
研究人員利用基於模擬多年實際事件的氣候模式和基於觀測數據預測因子的經驗模式進行回溯預測。對歷史上ENSO事件的分析表明，拉尼娜持續2年的可能性隨著先前厄爾尼諾事件的強度而增加。對當前ENSO事件的預測表明，2017—2018年更有可能發生拉尼娜。基於氣候模式預測，發生拉尼娜的可能性為60%；基於經驗模式預測，發生拉尼娜的可能性為80%；而兩種方法預測發生厄爾尼諾的可能性都低於8%。
另一項研究得到了類似的結論。11月9日，NOAA發布《ENSO診斷討論》（ENSO Diagnostic Discus-sion）報告，預計拉尼娜現象將於2017—2018年冬季在北半球繼續，可能性為65%~75%。根據美國氣候與社會國際研究中心/氣候預測中心（IRI/CPC）的ENSO多模式預測和北美多模式集合預報（NMME），偏弱的拉尼娜事件將持續到2018年2月至4月。拉尼娜很可能在未來幾個月影響美國各地的溫度和降水。美國南部地區溫度偏高而降水量偏低，美國北部地區的溫度偏低而降水量偏高。
原文題目：
A Two-year Forecast for A 60-80% Chance of La Ni?a in 2017-18.
來源：
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2017GL074904/full
美科學家提出未來氣候觀測系統的重點資助方向
（劉燕飛 編譯）
2017年11月14日，來自美國科羅拉多大學、國家航空航天局（NASA）、國家海洋與大氣管理局（NOAA）、伍茲霍爾海洋研究所等機構的20多位氣候專家在《地球未來》（Earth"s Future）期刊上發表題為《設計未來的氣候觀測系統》（Designing the Climate Observing System of the Future）的文章，提出了未來氣候觀測系統重點資助的7大優先需求，並指出設計良好的氣候觀測系統可以為保護公共衛生和經濟帶來數萬億美元的福利。
氣候觀測可以解決未來幾十年海平面上升、乾旱、洪水、極端熱浪、糧食安全和淡水供應等一系列重大社會問題。過去針對具體氣候問題的資助已經在人類健康、安全和基礎設施等方面帶來了巨大的改善。但是，目前的氣候觀測系統並沒有以全面、綜合的方式進行規劃，無法充分滿足各種氣候需求。因此，科學家們首先提出需要優先考慮最重要的需求，即7大挑戰。其次，客觀評價擬建的觀測系統（包括衛星觀測、地基觀測和原位觀測）和潛在的、不明確的新觀測方法，量化解決氣候優先事項的能力。第三，設計良好的氣候觀測系統可以提供數萬億美元的福利，為決策者保障公共衛生和經濟提供未來幾十年所需的信息。
科學家們結合世界氣候研究計劃（WCRP）確定的挑戰，敦促未來氣候觀測系統應當重點資助以下7項優先需求：雲、大氣環流和氣候敏感性；冰川融化及其全球後果；理解和預測極端天氣；氣候系統碳反饋；區域海平面變化和沿海影響；全球食物系統中的水；短期氣候預測。針對以上各個方面，觀測系統需要建立長期地球監測資料庫，增進對過程的理解，並提升對氣候系統的模擬和預測能力（表1）。
表1 未來氣候觀測系統的設計
原文題目：Designing the Climate Observing System of the Future
來源：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2017EF000627/full
海洋生態環境演變與保護
環境變化致使南大洋浮游藻類叢生
（任艷陽，侯典炯 編譯）
2017年11月7日，Biogeosciences期刊在線發表題為《環境變異對大方解石帶上顆石藻和硅藻所產生的生物地理學影響》的文章。來自英國和美國的海洋研究人員稱，環境變異後南大洋中每年都會繁殖大量浮游藻類，形成大方解石帶（Great Calcite Belt），吸收大氣中的二氧化碳，參與碳循環從而改變夏季水的化學成分。
文章中分析了浮游植物生長的海洋生態條件。採用了數據收集和整體分析的方法發現顆石藻和硅藻的海洋化學成分與種群之間的關係並不簡單。海表溫度、營養水平和二氧化碳的濃度是決定顆石藻和硅藻等浮游生物生長最重要的因素，而鐵元素是控制浮游生物種群繁殖的關鍵。由於所有浮游植物的生長都離不開鐵，而南大洋的鐵又常常供不應求，因此，微小的顆石藻和小硅藻要比大型硅藻更容易生存，從而在南大洋佔據了一席之地。當然，影響這類浮游植物生長的環境因素並不是單一的。科學家從太空拍攝的衛星圖象中發現，每年南大洋約有16%的面積會被夏季浮游藻類所覆蓋，遠遠看去，深藍色的海水中呈現出一個個松綠色的漩渦。在高倍顯微鏡下，看到顆石藻反射的光，這是因為碳酸鈣在它們周圍形成了大片白色粉塊，這些粉塊就像數以萬計的小鏡子，可以將海水的顏色反射回NASA的地球觀測衛星。
在形成粉塊的過程中，這些浮游藻類可以除去海水中的碳，同時再將部分二氧化碳釋放回海洋表面和大氣中。久而久之，這些碳酸鈣粉塊會形成一條巨大的方解石帶，參與碳循環從而改變夏季海水的化學成分。
百慕大群島海洋科學研究所Nicholas Bates教授指出，大方解石帶是海洋中一個龐大的「碳匯」，裡面的二氧化碳濃度極高，對環境的影響巨大。因此，這一發現不僅會增加全球碳循環模型的完整性，還可以幫助相關科學家預測二氧化碳在大氣中的去向，意義非凡。
原文題目：
Southern Ocean drives massive bloom of tiny phytoplankton
來源：
https://www.sciencedaily.com/releases/2017/11/171130170230.htm
限制退化的海草場生態系統重建的瓶頸問題
（曲凌雲 編譯）
海草場是許多海洋生物棲息和繁殖的關鍵場所。然而由於污染、水體變暖和疾病發生等多種原因，全球範圍內的海草場都在衰退。2017年11月1日，西澳大利亞大學和美國弗吉尼亞海洋研究所的研究小組聯合在《科學報告》（Scientific Reports）上發表了一篇題為《Identifying critical recruitment bottlenecks limiting seedling establishment in a degraded seagrass ecosystem》的文章。文章的新研究揭示了限制海草早期種子萌發生命過程的瓶頸，這項研究有助於改善基於種子的海草場恢復工作。
對大多數海草來說，其研究程度遠遠落後於陸生植物。以前的研究報道顯示，海草場恢復工作研究經常是試點性的研究，花費高但恢復期短，常以失敗告終。值得注意的是，Orth通過多年的實驗在弗吉尼亞海灣成功恢復了大葉藻海草場。波喜盪草（Posidoniaaustralis）是澳大利亞一種生長緩慢的海草，在澳大利亞大多數草場都處於嚴重衰退狀態，這也使其名列IUCN瀕危物種紅色名錄。借鑒Orth的研究，Statton教授等開展了澳大利亞P.australis海草場的恢復研究。
研究者監測海草生長的不同獨立階段
在該項研究中，研究團隊精心監測超過21, 000顆種植在西澳科克本灣實驗點的P. australis種子，研究海浪、食草籽動物等對種子的影響。與其他研究不同，研究團隊詳細跟蹤種子形成、種子離開母體、種子形成幼苗的每個階段。研究顯示，種子進入不同生命階段的成功率相差十分明顯。埋藏較淺的種子很少能渡過第一個月的早期生命階段。埋藏較深的種子在隨後的4~6月萌發後，又有很高比例被冬季巨浪連根捲起。經過這些階段後只有不到0.1%的種子存活進入下一個生命階段。隨後研究者通過模型計算出，為克服這些不利因素對海草種子的減少作用，需要將播種密度升高到2~40倍。該研究中，研究者認為播種密度越高越好，但是也需要進行更多的測試以評估高密度播種對海草種子萌發的營養限制作用。該項研究表明持續播種可以作為恢復P. australis海草場的有效措施，但是為抵消海浪、食草籽動物等影響，這項工作需要進行十年或更長時間。另外研究組通過模型預測表明，其他一些措施可以提高海草場的恢復。比如，選擇冬季暴風海浪影響小的地方，驅趕食用草籽和幼苗的無脊椎動物，如螃蟹等，種子的生根成活率會升高。
原文標題：
Identifying critical recruitment bottlenecks limiting seedling establishment in a degrad-ed seagrass ecosystem.
來源：http://www.vims.edu/newsandevents/topstories/2017/seagrass_bottlenecks.php
海底過程與油氣資源利用
早全新世北極陸架凍土沉積的「千年老碳」比現在更加不穩定
（胡利民 編譯）
北冰洋周邊陸地發育大量富含陸源有機碳的凍土沉積，在全球變暖背景下，這些地理位置特殊的凍土沉積碳（permafrost carbon）的穩定性及其入海狀況對氣候變化具有顯著影響。這些冰期形成的凍土沉積碳富含易降解的新鮮有機質（如草根等），這與普通土壤礦化有機質有明顯不同；其有機質含量也比普通土壤有機碳含量高10~30倍。這類保存在凍土中卻仍具有活性的「千年老碳」一旦融化釋放進入海洋，相當一部分將在較短的時期（百年內）以CO2形式快速重新參與碳循環，這將對全球變暖起到顯著促進作用。因此，從不同時間尺度了解和認識這類凍土沉積碳的埋藏及其保存穩定性能幫助我們評估北極地區在全球海洋碳循環的作用及對全球變化的影響。在全球氣候快速變化背景下，許多研究關注於當前情景下的北極陸海相互作用過程中的碳循環過程，而對於長時間尺度北極地區的有機碳埋藏及其對全新世不同階段氣候變暖的響應則缺乏深入研究，而這對於我們更好地預測凍土沉積碳的效應及其對氣候的反饋非常重要。最近，來自瑞典斯德哥爾摩大學的KirsiKeskitalo博士等人，利用在北極東西伯利亞海陸架的兩根沉積岩心，結合沉積物中木質素等生物標誌的分析，重建了該區全新世以來凍土沉積碳的輸入和埋藏記錄，發現在早全新世（9500-8200 BP）這類陸源凍土沉積碳的輸入顯著高於其他時期，這可能跟全新世早期氣候變暖和海平面上升有密切關係。基於沉積有機碳的雙端元混合模型（Δ14C,δ13C），研究指出，海岸侵蝕作用導致了更新世形成的凍土沉積的老碳成為全新世東西伯利亞海沉積有機碳的重要來源。
原文題目：
Sources and characteristics of terrestrial carbon in Holocene-scale sediments of the East Siberian Sea.
來源：
https://doi.org/10.5194/cp-13-1213-2017. Climate of the Past 2017, 13, 1213-1226.
海洋固結沉積物或加劇地震和海嘯破壞性
（劉文浩 編譯）
2017年11月20日，《自然·地球科學》（Nature Geoscience）刊發文章《沉積物固結與卡斯卡迪亞逆沖滑移行為之間的聯繫》（Links between sediment consolidation and Cascadia megathrust slip behaviour）稱，美國德克薩斯大學奧斯汀分校的一項最新研究發現，太平洋西北部海岸緻密沉積物的固結或加劇卡斯卡迪亞俯衝帶的破壞性地震，並引發毀滅性海嘯，此外，華盛頓州和俄勒岡州北部海域也存在類似的潛在風險，而且更具破壞性。
板塊俯衝極易引發大型地震，在某些俯衝帶，如卡斯卡迪亞、蘇門答臘和阿拉斯加東部地區，俯衝板塊上還覆蓋了厚厚的沉積物。一些沉積物在俯衝過程中被刮掉，堆積在了頂板上，形成了一個厚厚的楔形體。研究人員發現，在板塊界面處，其應力的形成和釋放受到了沉積楔形體和板塊間沉積物壓實程度的影響。為了研究這個楔形體對板塊俯衝的影響機制，研究人員利用地震拖纜（seismic streamers）在華盛頓州和俄勒岡州海岸進行了地震勘測，發現在俯衝帶上覆蓋了厚達4英里的沉積物。結合早先海底鑽孔的沉積物樣品測量數據，研究人員發現，雖然該地區沉積物的厚度與華盛頓州和俄勒岡州的近海相似，但是壓實度卻有很大的不同，在太平洋西北部的海岸，幾乎所有的沉積物都在頂板上隆起，並融入到楔塊中，沉積物緊密堆積在一起，幾乎沒有水分，使得板塊更容易相互粘結，形成較高的強度，為未來的大地震釋放能量埋下伏筆。此外，壓實的沉積物可能增加板塊的粘附和移動能力，從而提高板塊移動上覆海水的能力，增大海嘯的影響範圍。研究人員表示，2011年日本東北部9.0級強震引發的海嘯屬於地震淺層深度傳播，但在俄勒岡州中部的海岸外，俯衝沉積層厚度小，顆粒空隙間有水，可以防止板塊粘附，允許板塊在小應力下破裂，從而產生較小的地震，但是在卡斯卡迪亞俯衝帶，每200~530年將會發生一次大地震，隨著1700年最後一次大地震的發生，科學家預測未來將會發生大地震，屆時由緻密沉積物帶來的附加影響或更大。
研究人員表示，該項研究成果可以幫助科學家更多的了解某些俯衝帶的地震發育機制，並對不同地區淺震滑動的傾向提供了線索，有助於地震災害的預測防範。
原文題目：Links between sediment consolidation and Cascadia megathrust slip behaviour
來源：http://www.nature.com/articles/s41561-017-0007-2
海洋生命過程與資源利用
造礁珊瑚能夠適應全球氣候變暖嗎？
（徐鵬，吳怡迪 編譯）
近日，美國斯坦福大學和加州州立大學的研究人員通過基因組模型預測了在全球變暖情況下珊瑚對海水升溫的適應性，發現在全球溫室氣體排放量減少的情況下，生活在較冷環境中的珊瑚能夠適應以溫和速率逐步變暖的海水。研究成果發表在2017年11月1日的《科學進展》（Science Advances）雜誌上，題為《基因組模型預測表明降低海洋升溫速率才能保證現有珊瑚種群的適應和生存》（Genomic models predict successful coral adaption if future ocean warming rates are reduced）。該研究得到了斯坦福大學及戈登和貝蒂·莫爾基金會的共同資助。
許多傳統的氣候包絡模型（climate envelope model）在預測未來生物對氣候變化的響應時，都建立在「生物的耐熱能力不隨時間發生變化」這一假設之上。然而群體基因組研究發現，生物的熱耐受性可能是許多微效基因累積的結果，不可能是一成不變的。儘管有些複雜的模型也考慮到生物的耐熱能力會發生變化，但這些模型往往沒有將生物的遺傳信息作為其耐熱性的基礎。
隨著全球變暖，自然選擇可能會使生物的熱耐受相關基因型的頻率越來越高，生物的耐熱能力也會越來越強。但在此過程中，生物的適應速度和適應能力是否足以使群體免於滅絕或延遲群體的滅絕時間，仍然是一個有待解答的問題。
海洋中的造礁珊瑚通常生活在低於其耐溫上限1~2℃的環境中，因而對海水升溫很敏感。此前，研究人員在取自奧福島（Ofu Island, American Samoa）的桌形軸孔珊瑚（Acropora hyacinthus）中發現了114個與熱耐受相關的等位基因。為了探究造礁珊瑚的迅速進化能否趕上未來海水變暖的節奏，該研究對一個位於太平洋最南端較高緯度地區拉羅湯加島（Rarotonga,Cook Island）的桌形軸孔珊瑚群體中熱適應相關基因的遺傳變異進行了測定，結果發現這些生活在相對較冷海水中的珊瑚也存在熱耐受相關的等位基因，但其基因型頻率較低。
此外，該研究制定了一個綜合環境、進化和統計學的方法，模擬了該珊瑚群體未來100年內的進化和種群大小變化情況，結果發現該珊瑚群體的耐熱能力可以迅速進化，從而使其能夠適應以溫和速率變暖（RCP2.6和RCP4.5）的海水。但若全球溫室氣體的排放速度太快（RCP6.0和RCP8.5），該珊瑚群體的適應速度就會趕不上環境變化，從而走向滅絕。在該模型中，群體生長速率越快、決定熱耐受性的加性位點越少，那麼群體就能越快的適應環境變化。最後，他們對移植耐熱珊瑚能否提高非耐熱群體延續的可能性進行了預估，表明耐熱珊瑚的移植（每年1~5%的個體）確實可以加快不耐熱群體的適應速度。整體上，這些結果表明，只有在全球溫室氣體排放量減少的情況下，冷水珊瑚才能適應變暖的海洋。
該研究構建了一個可以用來回答未來進化問題的通用框架，並證明在其研究的珊瑚種群中，進化可以大大增加未來的生存幾率。該研究首次將基因組數據整合到用於預測物種應對氣候變化的模型中，為我們提供了一種很有前途的預測未來生物適應性過程的方法。
原文題目：
Genomic models predict successful coral adaptation if future ocean warming rates are reduced
來源：
http://advances.sciencemag.org/content/3/11/e1701413.full
百慕大珊瑚研究發現溫度是影響珊瑚生長的最主要因素
（張留所 編譯）
科學家長期以來認為由於全球二氧化碳排放增加而引起的海洋PH下降即海洋酸化，會影響珊瑚的生長。許多實驗報道稱海水酸度增加抑制珊瑚鈣化和生長，但是很少有自然環境下海洋酸化對珊瑚生長影響的報道。在天然環境中，其他因素都可能對珊瑚的生長很重要，如光照、溫度和營養等。
美國加州大學Scripps 海洋研究所的科學家最近在Science Advances發表文章報道了最新的發現。Andreas Andersson 和他的研究生及合作者採集了百慕大兩個珊瑚礁兩年的溫度、光照和PH數據，作者還獲得的上述珊瑚礁鈣化、生長和海水化學的數據。結果顯示溫度是對珊瑚鈣化和生長有顯著影響的唯一環境因素。
科學家發現在百慕大，珊瑚鈣化和生長對海水PH不敏感，但對溫度變化非常敏感。作者發現珊瑚鈣化和溫度變化呈正相關，即隨著海水變暖，珊瑚生長速度變快。
溫和變暖促進珊瑚鈣化和生長，已經在很多實驗中進行過報道。但是，如果溫度升高太多或太快，珊瑚生長會迅速達到一個臨界點。達到臨界點後，會出現一個明顯的生長衰退現象，臨界點溫度通常在夏天海水溫度的平均值附近，這個溫度比珊瑚平時的生長溫度略高一點。科學家發現如果超過臨界點溫度1℃，珊瑚就會處於受壓（stress）狀態，珊瑚生長變慢，受壓機制促使珊瑚白化並失去共生藻類。如果白化壓力足夠大並且持續時間足夠長，就會造成珊瑚死亡。
在夏天，世界上很多珊瑚礁已經達到上述有益變暖溫度的臨界點。作為一個案例，澳大利亞北部大堡珊瑚礁，2016年春天由於海水溫度超過夏季最高平均溫度2℃，並持續了8周，造成了大面積的珊瑚礁白化。
另外作者指出，溫度促進百慕大珊瑚生長可能掩蓋了海洋酸化的負面影響，而並不是說海洋酸化不重要。作者通過模型推斷，如果巴黎氣候協定得到有效執行，全球變暖溫度控制在1到1.5℃之內，百慕大的珊瑚礁可能仍能得益於溫度上升而促使珊瑚生長。
作者指出世界上有些海域的海水溫度過高，許多珊瑚礁已經不能恢復。和前工業時代相比，全球已經失去了50%的珊瑚礁。珊瑚礁的失去可能不僅由於海水溫度的升高，還與污染、過度漁業捕撈、病害和海岸線的人工發展有關。作者認為現在開始保護現存的50%珊瑚礁還為時未晚，並指出如果我們能夠遵守巴黎協定，全球珊瑚礁將得到有效保護。
原文題目：
Study of Bermuda Corals Finds Temperature Is Most Influential Factor on Coral Growth
來源：
https://scripps.ucsd.edu/news/study-bermuda-corals-finds-tem-perature-most-influential-factor-coral-growth
走向世界的中國生物醫藥
（萬升標 編譯）
自1967年中國人民解放軍啟動「瘧疾防治藥物研究工作協作」項目，到屠呦呦發現青蒿素，2015年獲得諾貝爾獎，通過五十年來的發展創新，現代化的中國生物製藥產業體系正在逐步完善。新葯在臨床的出現顯示出中國開始提供科學機遇。微芯生物的組蛋白去醯化酶抑製劑西達本胺已經得到了中國食品藥品監督管理總局（CFDA）批准，並策劃在多個地區進行臨床試驗；和黃中國醫藥科技與禮來合作研發的選擇性VEGFR抑製劑呋喹替尼已向CFDA遞交上市申請，與英國阿斯利康共同研發的下一代cMet抑製劑沃利替尼今年將開始臨床Ⅲ期臨床試驗；百濟神州的布魯頓氏絡氨酸激酶抑製劑BGB-3111已進入全球Ⅲ期臨床試驗，PD1靶向單克隆抗體BGB-A317已進入Ⅱ期臨床試驗；羅氏的TLR7激動劑RG7854、衣殼抑製劑RG7097，諾華的胚胎外胚層發育蛋白抑製劑 MAK683均逐步走向臨床。
部分中國製藥公司創新較少，依賴於仿製葯或者在國外研發的有授權的藥物，但隨著海外人才不斷回歸、中國頂尖大學培養的本土人才陸續加入，中國生物製藥產業將進一步發展，與世界接軌。隨著生物製藥公司、中國政府和風險投資家的投資的逐步增長，中國佔全球藥物創新4%的比例將會急劇增長。
中國藥品市場2016年估值1170億美元，僅次於美國，一些為節省勞動力成本在中國開展業務的投資集團，越來越受到中國巨大藥品市場的誘惑，躋身中國生物製藥行業的研發和生產。
中國政府高度重視生物製藥產業的發展，不斷解決製藥發展的瓶頸問題。深入推進中國食品藥品監督管理局（CFDA）工作效率和優化監督、審查程序，備受矚目的知識產權和創新的獎勵機制問題正在解決，這些措施都將為中國生物製藥發展創造有利條件。
原文題目：
Chinese biopharma starts feeding the global pipeline
來源：
Nature Reviews Drug Discovery .29 June 2017 .16, 443–446doi:10.1038/nrd.2017.94
深遠海和極地極端環境與戰略資源
澳大利亞媒體評論中國南極戰略及地緣政策
（王立偉 編譯）
2017年11月14日，澳大利亞「The Conversation」網站發表新聞指出，隨著中國在南極地區展現自己的力量，科學成為了冰凍大陸上最好的外交工具。目前，中國正在大量投資建設南極洲的基礎設施，包括研究地點、機場、野營地和更多的計劃。而隨著人們對南極洲越來越感興趣，科學繼續在緩和領土緊張形勢方面發揮關鍵作用。
（1）殘酷的科學史
科學總是與領土主張的主導動機相依偎。但是在南極，它已經演變成為國家之間的外交手段，作為壓制緊張局勢的手段。澳大利亞的國家南極考察隊（ANARE）於1947年正式確定，並非因科學原因而建立。相反，它們是為了支持領土主張，並能夠調查位於南極洲的寶貴的礦物和海洋資源。澳大利亞科學院最近在霍巴特舉辦了一次活動，對南極科學的未來進行了考察。
（2）緊張局勢加劇
學者克勞斯·多茲（Klaus Dodds）和馬克·納托爾（Mark Nuttall）在其2016年出版的《極地爭奪戰》一書中指出，自2007年俄羅斯在北極地區升起國旗，引發了極地地區新的資源爭奪戰。澳大利亞在南極洲的行動是至關重要的，因為澳大利亞正在努力應對來自中國等強勢國家對該大陸日益增長的興趣。坎特伯雷大學的Anne-Marie Brady在2017年向澳大利亞戰略政策研究所提交的一份特別報告中概述了中國在喬治王島建立第四個站點，並計劃在羅斯海地區建立第五個站點的情況。就在幾周前，Anne-Marie Brady還發行了一本書——《中國作為極地大國》，進一步研究了中國在兩極不斷增長的實力的變化。她認為，這種力量已經增強，這要歸功於中國比其他國家投資更大，包括投資中國自己的「北斗導航系統」，這將增強中國軍方實力。
（3）澳大利亞的行動
澳大利亞正在擺脫長期以來對南極投資不足的問題，以緩解這一地緣政治局勢。2012年，美國公布了對其在南極洲更新基礎設施和後勤能力的要求。2016年，澳大利亞發布了自己的《澳大利亞南極戰略》和《20年行動計劃》。這些文件解釋了澳大利亞在南極洲的未來作用，並概述了需要採取的措施，以保持澳大利亞在南極的領導地位。這些措施包括重新建立澳大利亞的陸上穿越能力，升級南極老齡站台，並對全年航空通道進行審查等。澳大利亞最新的破冰船最近被命名，建立了現代化特遣隊。如果沒有這些重要的基礎設施和運營資產，澳大利亞將失去在南極領土上進行科學研究的能力。
（4）科學作為南極建設的橋樑
長期以來，科學一直是南極洲的橋樑建設者。澳大利亞和中國在南極洲進行科學合作十分重要。一般認為，科學作為一種「軟實力」，這種外交能力是健全的，而主權可以通過部署一個持續的、實質性的科學項目來維持。但是，儘管南極被認為是國際治理下的「和平與科學的儲備」，但「南極條約」的穩健性也經常被討論。當代媒體繼續闡明對澳大利亞在南極主張的擔憂。澳大利亞國防軍司令最近指出，其正在研究澳大利亞防衛政策對其他國家在南極地區採取行動的影響。科學必須繼續在維持南極和平方面發揮關鍵作用。
原文題目：
As China flexes its muscles in Antarctica, science is the best diplomatic tool on the frozen continent
來源：
https://the conversation.com/as-china-flexes-its-muscles-in-an-tarctica-science-is-the-best-diplomatic-tool-on-the-frozen-continent-86059
澳日聯合勘探解密地球「消失的第七大陸」
（劉學 編譯）
2017年11月21日，澳大利亞地球科學局發布消息，計劃與日本聯合鑽探西蘭大陸（Zealandia），以解開該大陸沉沒之謎。
今年早些時候，一批國際科學家在發表研究報告時，將西蘭大陸看作是地球「消失的第七大陸」，引起了全世界的關注。西蘭大陸的大部分地區位於澳大利亞水域東海岸附近，但由於它幾乎完全被海水淹沒，所以對西蘭大陸的地質情況知之甚少。為此，澳大利亞和日本的一個研究項目正在揭示這一獨特的沉沒地塊。
澳大利亞地球科學局發布了來自豪勛爵海隆（Lord Howe Rise）中部的地球物理新數據，該地區是構成西蘭大陸地質「骨幹」的深海高原。作為澳大利亞地球科學局和日本海洋與地球科學技術局（JAMSTEC）正在進行的科學研究項目的一部分，2016年使用日本政府的科學研究船Kairei收集了地震數據和海洋測深數據。地震數據揭示了以前未知的深部岩層，這對於科學家理解造成西蘭大陸脫離澳大利亞的構造力和該地區的地質演化將是有價值的。海底測量數據生成詳細地圖，繪製了橫跨西蘭大陸的一部分海床的形狀，揭示了諸如一些不再活躍的海底火山等特徵。西蘭大陸對於氣候研究也很重要，因為在豪勛爵海隆發現的沉積盆地保存了過去的氣候記錄。這些知識為科學家們提供了對數千萬年來孤立和淹沒的西蘭大陸環境的見解。科學家們可以利用這些信息作為未來氣候的指南，並測試超過1億年的海底微生物生命進化理論。
澳大利亞地球科學局和日本海洋與地球科學技術局將利用新獲得的數據，對西蘭大陸的沉積盆地和基底進行深部地層鑽探。作為國際大洋發現計劃（IODP）的一部分，該科學鑽探項目預計將在2020年進行。
原文題目：
Australia and Japan helping to reveal the secrets of the hidden "continent" of Zealandia
來源：
http://www.ga.gov.au/news-events/news/latest-news/australia-and-japan -helping-to-reveal-the-secrets-of-the-hidden-continent-of-zealandia
海洋技術與裝備
新型CO2遠洋探測裝置預搭載無人艦船
（吳秀平，任艷陽 編譯）
2017年11月28日，英國國家海洋研究中心（NOC）與埃克塞特大學合作研發出一種新型的CO2探測裝置，並計劃將其安裝到無人駕駛的遠洋潛艇中，送往南大洋地區，獲取更多的CO2數據，從而發現碳與海洋環境之間的關係。
調查顯示，人類通過化石燃料燃燒，每年會向大氣中排放近100億噸碳，其中約一半會被海洋吸收，另一半則依附在陸生植物身上。海水吸收CO2之後會減緩氣候變化，但與此同時，這一過程也會導致海洋酸化，對海洋生物的生存環境造成不利影響。埃克塞特大學的教授透露，雖然全球大部分海洋地區的CO2已經得到了有效監測，但在印度洋、南太平洋和南大洋等偏遠海域所獲取的數據還遠遠不夠。因此，開發CO2探測技術意義重大。船載感測器在世界許多地方收集數據，但在某些海洋中，特別是在冬季，極端惡劣的條件下攜帶普通感測器的船舶難以下海。然而，這種名為CaPASOS（在空氣和海面感測器上校準pCO2）的新型CO2探測器卻不同，它可以藉助無人潛水器進入惡劣環境的海域，通過特殊的感測器測量空氣和海面上的分壓（pCO2），以此推算出CO2在空氣和海洋之間移動的規律。
有了感測器之後，研究人員還面臨一個巨大的技術挑戰，即如何將CaPASOS安裝到無人駕駛的大型艦船上，保證其既不受空間和時間限制，又具備高精度、小空間、低成本和長耐力等必要特點。為此，NOC計劃與經驗豐富的埃克塞特大學團隊合作，彙集眾多專家，共同攻堅克難。NOC技術與工程部主任Matt Mowlem堅信，CaPASOS將利用標準化的感測器平台介面、可靠性工程系統、高精度監測等先進技術，填補CO2遠洋探測領域的空白。它將與無人艦船合體，在海洋及其他水生環境中發揮自主測量的優勢，為CO2的研究工作收集大量未知數據，成為海洋科學探索的一把利劍。
原文題目：
New CO2detection device developed for unmanned ocean vessels
來源：
http://noc.ac.uk/news/new-co2-detection-device-developed-unmanned-ocean-vessels
英研究人員開發出利用熒光染料識別微塑料的新方法
（廖琴 編譯）
2017年11月7日，《環境科學與技術》（Environmental Science & Technology）期刊發表題為《缺失的微塑料可以用尼羅紅髮現：一種在環境樣品中檢測和量化小型微塑料（1毫米至20微米）的新方法》（Lost, but Found with Nile Red: A Novel Method for Detecting and Quantifying Small Microplastics (1mm to 20μm) in Environmental Samples）的文章，提出了一種利用熒光染料的創新和廉價的檢測方法，可以更有效地識別海洋中的小微塑料顆粒（小於1mm）。
海洋塑料碎片是一個全球性的環境問題。調查顯示，微塑料（小於5mm的塑料顆粒）在表層海水和海岸線中顯著多於較大的塑料顆粒。儘管如此，由於缺乏區分和量化較小的微塑料（小於1mm）的方法，導致環境中的微塑料量化受到阻礙，這也可能導致對實際微塑料濃度的低估。英國華威大學（University of Warwick）和普利茅斯大學（Plymouth University）的研究人員提出利用染料尼羅紅、熒光顯微鏡和圖像分析軟體來檢測和自動量化小尺寸的微塑料顆粒（20μm~1mm）。為了測試這一新方法，研究人員從普利茅斯周圍海岸採集了表層海水和沙灘泥沙樣品，並將該方法應用到從這些環境樣品中提取的微塑料中。與以前的傳統方法相比，研究檢測到了更多的小微塑料顆粒（小於1mm）。這種方法被證明在量化小尺寸的聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和尼龍-6型微塑料顆粒中非常有效。研究結果顯示，小的微塑料濃度隨著顆粒尺寸的減小而呈冪律型增加。因此，該方法有助於解決海表面水中微塑料顆粒「明顯」缺失的部分。
原文題目：
Lost, but Found with Nile Red: A Novel Method for Detecting and Quantifying Small Microplastics (1 mm to 20 μm) in Environmental Samples
來源：
http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.7b04512
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