面朝大海，高科技向“深蓝”

2019-01-22向洪江

中学生天地·高中学习版 2019年12期

向洪江

编者按

强海洋科技创新，促进海洋高端产业孵化，发展海洋经济，是我国建设海洋强国战略的重要组成部分。日前，以“创新海洋科技引领产业发展”为主题的世界海洋科技大会在山东青岛举行。本期摘录和分享中国科学院院士吴立新等专家在大会上的精彩观点，并发布各国海洋专家形成共识的海洋领域前沿科学和工程技术的重大难题。

近50年来，海洋吸收了整个地球气候系统中超过90%的热量盈余及超过30%的人类排放的CO2，从根本上减少了进入地球系统的净辐射，减缓了全球变暖的速率，维持了赖以生存的食物链来源和地球生态系统的平衡。然而，海洋对热量和CO2的极限吸收能力是多少？对热量与CO2的吸收如何改变海洋的动力和生物地球化学环境？又如何进一步影响全球极端气候、海平面、生态系统以及深海资源格局？这些关键问题与未来地球的宜居性息息相关。

海洋观测与探测是认识海洋与经略海洋的重要支撑。当前海洋观测与探测领域正向多学科、全海深、精细化、低能耗和智能化等方向发展，涉及大数据分析、人工智能、可持续能源、海洋通信技术等新兴学科、行业和领域。特别是基于人工智能的大数据分析技术已成为海洋观测技术创新的驱动力量。如何发展新技术，实现全球、长期、连续、实时、综合、精细、低成本的智能海洋观测与探测是目前面临的巨大挑战。

海洋是地球系统的关键组成部分，准确、精细地预测海洋与地球气候系统的变化是科学应对和减缓全球气候变化的关键手段。当前海洋与地球系统变化的预报预测正向多圈层耦合以及高分辨率的方向发展，如何提高海洋与地球系统变化的精细化与精准化预报预测是国际上面临的急迫任务和巨大挑战。

海岸带是地球系统中水圈、岩石圈、生物圈和大气圈的交汇地带，是陆地、海洋和大气之间物质和能量交换和多尺度过程相互作用最活跃的地带。海岸带区域人类活动的高度集中，社会与经济高度发展，高强度的工业、生活与养殖业污染排放，导致海岸带生态环境不断恶化，对海岸带可持续发展产生巨大的环境压力。同时，富营养化、缺氧、海洋酸化等成为海岸带区域突出的生态环境问题，造成渔业资源退化、海洋经济发展受到阻碍等严重后果。海岸带可持续发展是世界级难题。

深海可能是地球生命的起源地之一。但截至目前，我们还没有找到深海生命起源的直接证据。是否能够通过获得更原始的生命形式即更古老的微生物，来揭示生命的起源与演化的过程和机制，仍是当前的科学难题。

地球是唯一有海洋、有板块运动的类地行星，但是海底多圈层相互作用與板块构造之间的内在联系一直不清楚。海水与岩石圈相互作用的机制如何？对大洋环流有什么影响？进入地球内部的水如何影响板块俯冲的起始和板块运动？大规模板块俯冲在海洋物质能量循环中扮演什么样的角色？其中，海底跨界面的物质能量交换与板块俯冲启动机制是有待回答的重大科学问题。

深海中蕴藏着丰富的多金属矿产资源。目前，深海多金属结核、富钴结壳、多金属硫化物、稀土等矿产勘探程度低、成矿规律认识不清，深海矿产的采矿、集矿、扬矿、选矿以及水下作业系统等技术装备需要尽快突破，深海矿产勘探开发的环境影响评价和开采安全保障还需要持续攻关。深海战略性矿产资源的成矿机理认识、资源精细勘查、资源量精确评估、绿色高效开发技术等问题是未来重要的科技发展方向。

极地海洋的快速变暖和酸化，使得极地海区生态系统正受到严重威胁，并对全球环境和气候产生影响。一方面，极地海洋的快速变化将导致全球水循环格局的改变，引发水资源分布变化、海平面上升等一系列重大问题;另一方面极地海洋环境与气候的变化改变了全球能量和质量分布格局，引发区域和全球天气、气候灾害风险加剧。

大型深海工程结构是海洋资源与能源开发利用的重要工程装备。目前对深海平台系统的耦合作用机理仍然缺乏足够的科学认识，安全运行保障技术滞后。建立极端动力环境下超长重现期动力环境设计标准，发展科学高效的平台系统整体耦合动力分析方法，揭示整体结构损伤演化规律和耦合失效模式，是海洋资源开发与海洋工程发展的核心问题。

（摘编自《光明日报》，作者刘艳杰，2019年10月6日）

阅读指津

这是一篇关于海洋科学研究核心问题和经典难题的新闻报道，从九个方面介绍了目前海洋领域科学研究的重大难题与解决这些问题有关的高科技。

第一段，指明海洋对热量和CO2的吸收能力及机制与地球的生态环境息息相关。

第二段，指出海洋观测与探测的重要意义及当前面临的挑战。

第三段，阐明对海洋与地球系统变化的精准预测是急迫任务和巨大挑战。

第四段，指出海岸带可持续发展正面临的压力和难题。

第五段，点明获得海洋中更原始的生命形式来揭示生命起源与演化的过程和机制，是当前的科学难题。

第六段，指出海底多圈层相互作用与板块构造之间的内在联系等科学问题亟待解决。

第七段，强调深海矿产资源的勘探、评估、开发技术等问题是未来重要的科技发展方向。

第八段，简述极地海洋的变化对全球环境和气候的影响。

第九段，提出大型深海工程结构等重要装备的安全保障问题。