布韦岛上的野生生物是典型的南大洋区系生物,但因裸露地少,植物也极少。岛上和岛的周围有企鹅、海豹和一些鸟类。植物资源主要为苔藓和地衣,还有一部分真菌和藻类。动物主要为企鹅、南极毛皮海狮,还有少量的象海豹。
布韦岛因其孤立性和独特的生态系统,成为研究南大洋生物和气候的重要地点。在气候研究上,布韦岛位于西风带,是研究全球气候变化的关键区域之一。其气象站记录了长期气候数据,对全球气候模型具有重要参考价值。
在生态研究上,布韦岛是多种南大洋区系生物的栖息地。科学家通过研究这些生物的种群动态和生态习性,可以了解南极生态系统的健康状况。在地质研究上,布韦岛的火山活动和地质结构为研究洋中脊地质活动提供了样本。
深渊勘采的科学目标设定,布韦岛周边海域的深渊勘采作业具有多重科学目标。首先,通过深海钻探取样,获取南印度洋海盆的地质构造信息,揭示该区域的地壳演化历史。其次,通过对深海沉积物的分析,重建古气候和古海洋环境变化,为全球气候变化研究提供关键证据。
第三,利用原位实验系统,研究深渊带微生物的代谢活动和元素循环过程,揭示深海生命活动的极限条件。第四,通过海洋生物多样性调查,发现新物种,丰富对深海生态系统的认识
深渊勘采面临诸多技术挑战。首先是极端环境下的装备可靠性问题。深海高压、低温、强腐蚀环境对装备材料和密封技术提出了极高要求。我国通过研发高强度耐压材料、优化密封结构,以及进行严格的实验室高压试验,确保装备在110Mpa高压下的稳定运行。其次是数据传输与通信问题。深海环境下的信号传输衰减严重,需要采用光纤通信系统实现数据实时回传。同时,装备需要具备自主导航与深度探测系统,配备全球定位系统(GPS)组合多普勒定位系统,实现高精度的水下定位。
第三是能源供应问题。深渊作业装备需要长时间连续工作,对能源系统的续航能力提出了挑战。通过采用高效能驱动系统和大功率深潜用交流或直流电动机,结合高效减速器,提供足够的作业能力。
布韦岛周边海域的深渊勘采作业需要精心的航次规划。由于布韦岛距离最近的陆地约1600公里,且气候条件恶劣,科考船需要选择适宜的季节窗口。通常选择南半球的夏季(12月至次年2月),此时海况相对较好,气温较高,有利于作业。
科考船从南非开普敦出发,航行约2500公里抵达布韦岛海域。船上搭载奋斗者号载人潜水器、号无人潜水器、深海钻探取样系统、原位实验系统等全套装备。航次前需进行全面的设备检查和海试,确保所有装备处于最佳工作状态。
深海钻探作业,抵达作业区后,首先进行海底地形测绘和地质调查。利用多波束测深系统、侧扫声呐等设备,获取海底地形地貌信息,确定钻探目标区域。然后布放深海钻探系统,进行岩心取样。
钻探作业采用智能化控制系统,集成先进的传感器和控制系统,实现钻进过程的实时监测、自动控制与故障预警。钻机最大钻深可达数千米,钻压达2000kN,钻进转速0-60rpm可调,满足不同地层的钻探需求。
原位实验与生物采样,在钻探作业的同时,利用载人潜水器布放原位实验系统。BES系统在海底直接采水并立即开始培养实验,全程保持深渊环境的原始温度、压力与化学条件。通过这种方式,可以获得更接近真实情况的生物地球化学过程速率数据。
生物采样采用多种方式,包括CTD采水器采集水样,沉积物取样器采集底泥样品,以及利用机械手采集生物标本。所有样品在采集后立即进行预处理,部分样品在船上实验室进行分析,部分样品带回陆地实验室进行深入研究。
通过布韦岛周边海域的深海钻探,获得了南印度洋海盆的连续岩心样品。分析结果显示,该区域地壳年龄约为40Ma,属于新生代形成的洋壳。岩心中发现了多期火山活动的证据,表明该区域经历了复杂的构造演化过程。
沉积物分析揭示了古气候变化的记录。在岩心中发现了冰川-间冰期旋回的沉积序列,为研究南极冰盖的演化历史提供了重要证据。同时,发现了多个火山灰层,为区域火山活动的年代学标定提供了关键材料。
生物地球化学新发现,原位实验系统首次在布韦岛周边深渊带测量了氨氧化和亚硝酸盐氧化速率,证实了即使在万米深渊,依然存在活跃的氮转化过程。这一发现改变了人们对深渊生命活动的认识,表明深渊带是地球生物地球化学循环的重要场所。
微生物多样性调查发现了多个新物种,包括一些极端环境微生物。这些微生物具有独特的代谢途径和适应机制,对研究生命起源和极端环境适应性具有重要科学价值。同时,发现了一些深海特有生物群落,丰富了人们对深海生态系统的认识。
这章没有结束,请点击下一页继续阅读!