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1 中国科学院南海海洋研究所揭示南海上层与深层环流之间的中尺度动力联系 2022-06-30

近期,中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室舒业强研究员团队与中山大学王东晓教授、美国伍兹霍尔海洋研究所黄瑞新教授、厦门大学薛惠洁教授、中国科学院深海科学与工程研究所谢强教授等合作,在南海上层海洋中尺度扰动激发深海强动力过程及其动力机制研究方面取得系列研究进展,相关研究成果发表在《Journal of Physical Oceanography》、《Journal Geophysical Research:Oceans》、《Frontiers in Marine Science》期刊上。 在复杂地形区域深海环流具有强的季节内变率。通过分析西沙群岛附近多套潜标观测资料,研究发现深海地形罗斯贝波与深海涡旋主导了西沙海域深海环流变率(Shu et al.,2022)。深海地形罗斯贝波具有显著的底层强化特征,而深海涡旋的强度在近底层表现为垂向衰减。这两种深海中尺度动力过程对西沙海域深层环流的解释方差达到60%。研究表明,底层强化的地形罗斯贝波与深海涡旋均为深层环流对上层中尺度扰动的动力响应。上层中尺度扰动在复杂地形区域引起了水柱跨越等深线的运动,水柱的压缩/拉升导致了水体位势涡度的变化,进而通过共振激发底层强化的地形罗斯贝波。而当一对冷、暖涡西移经过海山地形时:一方面,对于深层而言,在冷涡的东侧(即暖涡的西侧)水柱压缩,由于位涡守恒,深层出现负涡度而诱发深海涡旋;另一方面,冷、暖涡旋的交界面将形成一个强的锋面,出现强的北向流轴,北向流与海山地形相互作用,由于摩擦效应在海山西侧会形成负涡度,进一步加强了深海涡旋。深海涡旋与底层强化的地形罗斯贝波很可能由于其强的流速剪切,在突变地形区域激发了强的深层亚中尺度动力过程,导致了其能量正向串级,并贡献于局地强混合。 多年的潜标观测资料进一步表明南海北部深海地形罗斯贝波在频率和强度上呈现显著的空间分布,主要特征为,深海高频地形罗斯贝波能量自吕宋海峡往西沿陆坡区域减弱、低频地形罗斯贝波在东沙以西陆坡区域能量较强(Wang et al.,2021)。相对应地,南海北部上层环流季节内变化呈现高频与低频两个主要频段,高频的上层季节内变化从吕宋海峡沿陆坡向西迅速衰减,而低频的上层季节内变化在北部陆坡上存在两个高值中心(Xu et al.,2021)。这种上层环流不同频率季节内变化通过共振在陆坡区域激发深海地形罗斯贝波,进而影响深海环流季节内变率在频率与强度上的空间分布特征(Wang et al.,2021)。 上述研究成果是继舒业强团队2016年观测发现南海深海地形罗斯贝波后,在南海中尺度环流垂向动力耦合方面取得的系列进展,该成果建立了南海上层与深层中尺度环流之间联系的桥梁,丰富了对南海深海环流变率的认知。   本研究获得了国家自然科学基金、广东省南方海洋科学与工程实验室(广州)团队项目和热带海洋环境国家重点实验室自主项目的资助。 相关文章信息: 1.Shu Y.*,Wang J.,Xue H.,Huang R.-X.,Chen J.,Wang D.,Wang Q.,Xie Q.,Wang W.(2022)Deep-current intraseasonal variability interpreted as topographic Rossby waves in the Xisha Islands of the South China Sea.J.Phys.Oceanogr.,52(7):1415-1430.https://doi.org/10.1175/JPO-D-21-0147.1 2.Wang,J.,Shu,Y.*,Wang,D.,Xie,Q.,Wang,Q.,Chen,J.,Zu T.,Liu D.,He Y.(2021).Observed variability of bottom-trapped topographic Rossby Waves along the slope of the northern South China Sea.J.Geophys.Res.:Oceans,126,e2021JC017746.https://doi.org/10.1029/2021JC017746 3.Xu W.,Shu Y.*,Wang D.,Chen J.,Wang J.,Xie Q.,Wang Q.,Liu D.,Zu T.,He Y.(2021)Features of intraseasonal variability observed in the upper-layer current in the Northern South China Sea.Front.Mar.Sci.,8:777262.https://doi.org/10.3389/fmars.2021.777262 查看详细>>

来源:中科院南海海洋研究所 点击量:9

2 移动基因组增加弧菌基因组可塑性的机制获揭示 2022-06-29

6月27日,中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室研究员王晓雪团队通过研究珊瑚体内具有生态竞争的假交替单胞菌和弧菌之间的互作,揭示了一种移动基因组增加弧菌基因组可塑性,驱动弧菌遗传和表型多样化的机制。相关研究成果以“Mobile Genetic Elements Used by Competing Coral Microbial Populations Increase Genomic Plasticity”为题,在线发表于The ISME Journal(《国际微生物生态学学会杂志》)。 弧菌属是物种多样性最丰富的细菌属之一,包含能引起人类疾病的病原体霍乱弧菌、副溶血弧菌和创伤弧菌,以及感染鱼类、珊瑚和其它海洋无脊椎动物的溶珊瑚弧菌、罗氏弧菌和溶藻弧菌等。弧菌是珊瑚共生总体的重要成员,具有多样的代谢活性,参与珊瑚共生体的有机质代谢和元素循环。弧菌大多具有生长快,运动能力强,生物膜形成能力强等特点,在复杂有机质丰富的区域容易过度生长降低珊瑚共生微生物物种多样性,影响珊瑚健康。对比健康和疾病珊瑚个体微生物多样性发现,珊瑚感染疾病后,微生物多样性明显降低。 假交替单胞菌是珊瑚共生微生物的重要类群,其与弧菌具有相同的营养利用,占据相同的生态位,彼此之间会频繁竞争互作。以往的研究发现,假交替单胞菌由于其可以通过分泌活性化合物直接杀死弧菌、或者抑制群体感应等方式对抗弧菌,也因此被认为是一种潜在的珊瑚益生菌。 本研究利用团队前期建立的一种无创采样方法,从健康的丛生盔型珊瑚的消化循环腔中分离到优势的假交替单胞菌和溶藻弧菌。研究发现当溶藻弧菌与假交替单胞菌共培养时会产生部分弧菌突变株。深入的机制研究发现,来自假交替单胞菌属的两个可自主移动的遗传元件,一个整合接合元件(integrative and conjugative element,ICE)和一个可移动基因岛(mobilizable genomic island,MGI)的紧密合作,触发了溶藻弧菌中一个重要的“适应性基因岛”(Vibrio phenotype influencing island,VPII)的切除,导致溶藻弧菌的生物膜形成能力和噬菌体抗性显著降低,但同时其运动性增强,利于向其他生态位扩张。研究还发现,这些移动基因组(mobilome)成员(ICE、MGI和VPII)在革兰氏阴性菌中广泛存在,表明移动遗传元件的协同作用可能在增加微生物组成员的基因组可塑性方面非常普遍。 珊瑚共生菌往往会采取多种策略来抑制弧菌的过度生长,该研究报道了一种新的策略,共生细菌利用移动基因组来增加竞争对手的基因组可塑性,导致生态位分化,维持珊瑚共生总体中微生物物种多样性,为利用珊瑚共生菌维持珊瑚共生总体菌群平衡保护造礁珊瑚的健康提供了技术支持。 南海海洋所副研究员王鹏霞为该论文的第一作者,王晓雪为该论文的通讯作者。本研究工作得到广东省本土创新团队、国家自然科学基金、中科院青促会、南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)重大专项等项目的资助。 相关论文信息:https://www.nature.com/articles/s41396-022-01272-1 查看详细>>

来源:中科院南海海洋研究所 点击量:6

3 自然资源部第三海洋研究所海洋生态环境预警监测研究室在海洋微塑料研究领域获得新进展 2022-06-24

近日,自然资源部第三海洋研究所海洋生态环境预警监测研究室(以下简称“预警监测室”)在海洋微塑料污染研究方面取得新进展。研究结果分别以“Microplastic contamination in seafood from Dongshan Bay in southeastern China and its health risk implication for human consumption”为题发表于国际环境领域知名期刊《Environmental Pollution》(影响因子8.1,中科院二区Top,潘钟研究员为本文的第一作者和通讯作者)和“Assessment of manta trawling and two newly-developed surface water microplastic monitoring techniques in the open sea”发表于国际环境领域知名期刊《Science of the Total Environment》(影响因子8.0,中科院二区Top,博士一年级学生杜如鹏为本文的第一作者,潘钟研究员和林辉研究员为通讯作者)。 海洋垃圾是人类活动对海洋环境影响的缩影之一,无论在近岸或大洋,塑料垃圾均为固体废弃物的主要成分,有研究认为50%~80%海洋垃圾为塑料垃圾,其中的海洋微塑料(粒径小于5 mm的塑料颗粒)被列为与全球气候变化、臭氧耗竭、海洋酸化并列的重大全球环境问题。海洋微塑料作为一类新兴的海洋污染物,是当前全球监测与治理的热点问题,广泛分布于海洋环境中的微塑料对海洋生态环境产生一定的负面影响。 论文1依托自然资源部海峡西岸海岛海岸带生态系统野外观测研究站建设项目,选取福建省东山湾海域常见海鲜品种(4种鱼类和4种贝类),研究典型海产品体内的微塑料污染情况,并对人类食用这些海鲜物种的潜在健康威胁作了评估,结果表明纤维状微塑料在海产品的含量较高,这可能与贝类和鱼类的摄食行为、习惯和它们所栖息的生境紧密相关。风险评估结果发现贝类中的微塑料风险等级较高,其对人类健康有更直接的威胁。该研究为今后深入研究近岸生物体的微塑料污染的溯源、迁移与转化等环境行为提供了基础。 论文2受全球变化与海气相互作用专项的资助,在新丝路航次中使用常规Manta拖网和两套新设计的泵采分级过滤系统(即新系统Ⅰ与新系统Ⅱ)进行了中北大平洋表层海水微塑料采集。新系统Ⅰ以配备水泵的拖网和分级过滤设备为主体,在航行过程中可实现较大海域面积的样品采集。新系统Ⅱ以配备水泵的采样箱和分级过滤设备为主体,可实现固定点微塑料的采集,且系统中的电子流量计能获得更为准确的采样体积。两套新系统实现了微塑料的现场分级过滤,能够采集Manta拖网无法捕获的尺寸较小的微塑料(0.1 mm~0.3 mm),特别是纤维状微塑料。此外,新系统较Manta拖网有更高的性价比,能够为将来微塑料的采集提供新的设备选择,有助于海洋微塑料采集的统一与标准化。预警监测室近年来在海洋微塑料采样和检测方法标准化方面开展了一系列的研究工作,其中相关的新式微塑料采样系统和快速识别微塑料等2项发明专利正在实质审查阶段,预期在这方面将取得新的突破。 查看详细>>

来源:国家海洋局第三海洋研究所 点击量:8

4 海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室在东北印度洋孟加拉湾构造地质研究中取得新进展 2022-06-24

地幔柱引起的热点型火山作用在全球大洋中广泛存在,形成了以海山链和无震海岭为代表的海底构造-地貌痕迹,如北太平洋夏威夷海山链和东北印度洋东经九十度海岭等。热点型岩浆侵位时的板块构造环境,会对其形成的海山和海岭的最终结构和形貌特征产生显著影响。据此,通常将热点型火山作用分为板内型和近扩张中心型两个端元类型,它们分别通过岩石圈弹性变形和壳下低密度“山根”达到均衡。二者之间的过渡类型可能同时具备端元类型的部分特征,其侵位方式和最终结构与先存构造(如大型岩石圈破裂带等)密切相关。 85°E海脊是东北印度洋一条线性基底隆起,表现为显著的空间重力负异常带。由于海脊大部分深埋于孟加拉深海扇沉积物之下,目前对其构造特征、构造属性和起源的认识存在较大争议,提出了板内变形带、泄露型转换断层、废弃扩张中心、热点型海脊等多种成因机制。其中,热点型海脊成因模型能够解释绝大部分观察到的海脊结构特征。但是,海脊反“S”形的平面展布特征,与单一热点侵位于向北运动的印度板块形成的热点型海脊/海山链的理论痕迹相矛盾。对此,近年来有学者提出海脊南、北不连续以及南、北部分别由不同热点形成等模式,但仍然缺少对海脊关键部位结构的描述和对整条海脊成因机制的合理解释。 研究人员利用北纬11°附近采集的一条横跨海脊的深反射地震剖面,精细刻画了海脊的结构特征,并结合本区磁异常数据和前人研究成果,构建了85°E海脊的侵位模式。地震资料显示,11°附近的海脊表现为显著的基底隆起,隆起之下的莫霍面下凹;海脊的地壳厚度达到正常洋壳厚度的两倍左右;海脊发育典型的热点型火山机构;海脊位于南北向深大断裂之上,断裂构成岩浆上涌的通道,并且破坏了海脊的原始结构。这些观察结果表明11°N附近的85°E海脊是由沿泄漏型断裂带侵位的热点岩浆作用形成。结合以往的研究结果,提出整个85°E海脊是由弱地幔柱产生的单一热点作用于向北漂移的印度板块上形成。其在位置、形态和结构上沿走向不同分段的变化,反映了先存断裂带导致的地幔柱浅层熔体的横向重新分布。 上述研究成果以“Hotspot volcanism along aleaky fracture zone contributes the formation of the 85°E Ridge at 11°N latitude,Bay of Bengal”(孟加拉湾北纬11°附近的85°E海脊形成于沿泄露型断裂带发生的热点型岩浆作用)为题在构造地质学研究主流期刊Tectonophysics(构造物理)发表。论文第一作者为海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室尚鲁宁副研究员,通讯作者为海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室胡刚正高级工程师。研究得到海洋试点国家实验室“十四五”重大项目(2021QNLM020001-1)、中国地质调查局深海科学钻探井位选址调查项目(DD20190236)、自然资源部海岸带科学与综合管理重点实验室开放基金(2021COSIMZ003)和国家自然科学基金(42006067)联合资助。 论文链接:https://doi.org/10.1016/j.tecto.2022.229453 查看详细>>

来源:青岛海洋科学与技术试点国家实验室 点击量:6

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