向洪江

編者按

強(qiáng)海洋科技創(chuàng)新，促進(jìn)海洋高端產(chǎn)業(yè)孵化，發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)，是我國(guó)建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的重要組成部分。日前，以“創(chuàng)新海洋科技 引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展”為主題的世界海洋科技大會(huì)在山東青島舉行。本期摘錄和分享中國(guó)科學(xué)院院士吳立新等專家在大會(huì)上的精彩觀點(diǎn)，并發(fā)布各國(guó)海洋專家形成共識(shí)的海洋領(lǐng)域前沿科學(xué)和工程技術(shù)的重大難題。

近50年來，海洋吸收了整個(gè)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(jìn)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(duì)熱量和CO2的極限吸收能力是多少？對(duì)熱量與CO2的吸收如何改變海洋的動(dòng)力和生物地球化學(xué)環(huán)境？又如何進(jìn)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(guān)鍵問題與未來地球的宜居性息息相關(guān)。

海洋觀測(cè)與探測(cè)是認(rèn)識(shí)海洋與經(jīng)略海洋的重要支撐。當(dāng)前海洋觀測(cè)與探測(cè)領(lǐng)域正向多學(xué)科、全海深、精細(xì)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(xué)科、行業(yè)和領(lǐng)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(cè)技術(shù)創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)力量。如何發(fā)展新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全球、長(zhǎng)期、連續(xù)、實(shí)時(shí)、綜合、精細(xì)、低成本的智能海洋觀測(cè)與探測(cè)是目前面臨的巨大挑戰(zhàn)。

海洋是地球系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，準(zhǔn)確、精細(xì)地預(yù)測(cè)海洋與地球氣候系統(tǒng)的變化是科學(xué)應(yīng)對(duì)和減緩全球氣候變化的關(guān)鍵手段。當(dāng)前海洋與地球系統(tǒng)變化的預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)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(xì)化與精準(zhǔn)化預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)是國(guó)際上面臨的急迫任務(wù)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(dòng)的高度集中，社會(huì)與經(jīng)濟(jì)高度發(fā)展，高強(qiáng)度的工業(yè)、生活與養(yǎng)殖業(yè)污染排放，導(dǎo)致海岸帶生態(tài)環(huán)境不斷惡化，對(duì)海岸帶可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生巨大的環(huán)境壓力。同時(shí)，富營(yíng)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(jì)發(fā)展受到阻礙等嚴(yán)重后果。海岸帶可持續(xù)發(fā)展是世界級(jí)難題。

深?？赡苁堑厍蛏钠鹪吹刂弧５刂聊壳?，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(jī)制，仍是當(dāng)前的科學(xué)難題。

地球是唯一有海洋、有板塊運(yùn)動(dòng)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(jī)制如何？對(duì)大洋環(huán)流有什么影響？進(jìn)入地球內(nèi)部的水如何影響板塊俯沖的起始和板塊運(yùn)動(dòng)？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(dòng)機(jī)制是有待回答的重大科學(xué)問題。

深海中蘊(yùn)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(rèn)識(shí)不清，深海礦產(chǎn)的采礦、集礦、揚(yáng)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(píng)價(jià)和開采安全保障還需要持續(xù)攻關(guān)。深海戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源的成礦機(jī)理認(rèn)識(shí)、資源精細(xì)勘查、資源量精確評(píng)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(yán)重威脅，并對(duì)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(dǎo)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?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)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(duì)深海平臺(tái)系統(tǒng)的耦合作用機(jī)理仍然缺乏足夠的科學(xué)認(rèn)識(shí)，安全運(yùn)行保障技術(shù)滯后。建立極端動(dòng)力環(huán)境下超長(zhǎng)重現(xiàn)期動(dòng)力環(huán)境設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)展科學(xué)高效的平臺(tái)系統(tǒng)整體耦合動(dòng)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?qǐng)?bào)》，作者劉艷杰，2019年10月6日）

閱讀指津

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

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

第二段，指出海洋觀測(cè)與探測(cè)的重要意義及當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)。

第三段，闡明對(duì)海洋與地球系統(tǒng)變化的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)是急迫任務(wù)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(diǎn)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(jī)制，是當(dāng)前的科學(xué)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(xué)問題亟待解決。

第七段，強(qiáng)調(diào)深海礦產(chǎn)資源的勘探、評(píng)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(jiǎn)述極地海洋的變化對(duì)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(guān)于“海洋領(lǐng)域科學(xué)研究的重大難題”說法正確的一項(xiàng)是（ ）（3分）

A.?目前就深海大洋對(duì)熱量與CO2的吸收在改變海洋的動(dòng)力和生物地球化學(xué)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(xì)化與精準(zhǔn)化預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)是當(dāng)前科學(xué)研究的急迫任務(wù)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(duì)這些工程裝備的科學(xué)認(rèn)識(shí)、研究、開發(fā)都還很有限。

2.?結(jié)合全文內(nèi)容，下列有關(guān)海洋學(xué)研究的推測(cè)不正確的一項(xiàng)是（ ）（3分）

A.?在海洋觀測(cè)與探測(cè)領(lǐng)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(cè)技術(shù)創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)力量，未來會(huì)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(duì)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(yáng)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(jìn)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(dòng)機(jī)制等重大科學(xué)問題將會(huì)找到答案。

3.?仔細(xì)閱讀全文，分析概括海洋領(lǐng)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(xiàng)，“已取得了突破”不正確，原文并沒有這樣的說法;B項(xiàng)，“是當(dāng)前科學(xué)研究的急迫任務(wù)和巨大挑戰(zhàn)”說法不準(zhǔn)確，原文為“如何提高海洋與地球系統(tǒng)變化的精細(xì)化與精準(zhǔn)化預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)是國(guó)際上面臨的急迫任務(wù)和巨大挑戰(zhàn)”;C項(xiàng)，“深海是地球生命的起源地之一”說法過于絕對(duì)，原文為“深海可能是地球生命的起源地之一”。

2.?C

說法過于絕對(duì)，原文只說“深海礦產(chǎn)的采礦、集礦、揚(yáng)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(píng)價(jià)和開采安全保障還需要持續(xù)攻關(guān)”。

3.?①海洋觀測(cè)與探測(cè)方面的技術(shù)難題;②準(zhǔn)確、精細(xì)地預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)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(diǎn)1分）

《這些，你一定知道》上期答案