我们正在观察我们星球上的海洋，看看研究海洋的重要工作是如何以及在哪里进行的，以及海洋探险收集的数据如何转化为研究，为我们的气候和保护工作提供信息。
在这一集里
大卫·阿滕伯勒爵士参观皇家海军
Will Whatley, BAS & Maria Fox, BAS & Kelly Hogan, BAS & Elaine Fitzcharles, BAS
我们星球上的海洋承受着巨大的压力。在海上捕获的鱼中有40%是“副渔获物”，甚至没有吃就被杀死了。从空气中进入水中的二氧化碳使海洋变得更酸，并溶解了甲壳类动物的外壳;数百万吨的微塑料正在影响食物链，改变一些生物的发育:一篇刚刚发表的论文表明，一些海胆幼虫因此无法正常生长。
但是，要解决一个问题，你首先要明白它为什么会发生。一个关键的组成部分是数据。不出所料，当涉及到海洋时，这意味着你要把脚弄湿!许多海洋研究都是在科考船上进行的，其中一艘就是“大卫·阿滕伯勒爵士”号皇家科考船。
这艘船由英国南极调查局运营，于2018年7月下水，搭载了臭名昭著的自主水下航行器“Boaty McBoatface”，建造成本为2亿英镑。这么多的钱意味着这艘科考船有很强的科研实力。就在几周前这艘船启航前往南极洲之前，我有机会去了那里。
威尔——我确实记得，作为一名崭露头角的年轻动物学家，我曾向父母承诺，有一天我会见到大卫·阿滕伯勒。但当我在哈里奇的码头转弯时，我不得不说，我记得他在电视上看起来有点不同。但不管怎样，听起来我们将被邀请参观飞船，包括实验室和数据中心。但在那之前，我们在桥上有几个非常特别的采访。所以让我们去看看。
沃特利船长——我叫威尔·沃特利，是皇家科考船大卫·阿滕伯勒爵士号的船长。
威尔:能上船真是太令人兴奋了。我不认为，即使我看到它的标语是2亿英镑建造，我不认为我真正意识到这艘船有多大，直到我第一次看到它。为了方便在家听音频的人，我们在这里看到的是一艘多大的船?
沃特利船长——这艘船体积巨大，结构复杂。它长128.9米，宽24米。从吃水线到船顶的距离为45.3米。它有一万五千吨重，但是飞船内部的实际技术密度是非常大的。它的密度是如此之大。一个车体容纳了如此多的功能，在这方面它真的是独一无二的。这艘船确实有很好的破冰能力。这艘船被设计成在冰面上行驶，用冰块的重量打破冰面。这艘船的设计规格是能在一米厚的冰层上以三节的速度航行。我们可以在更慢的速度下打碎更多的东西。 And last season we completed our ice trials in the Antarctic very successfully and the ship was really maneuverable and performed very well.
威尔:你现在要开始你的第二次南极航行了。你下去要花多长时间?
沃特利船长——
我们星期天出发，大约要花三周的时间到达福克兰群岛，然后再花四五天的时间从那里到达南极。船员们都很兴奋。我们都非常期待。即使已经去过好几次了，它也永远不会过时。去南极是我们一直想做的事。
将- - - - - -
如果你要出海三周，我猜你的储备是充足的。
沃特利船长-我们当然是。我们的主要储备都在这里，所有的干货、冷冻食品和所有可以保存的东西，我们在出发前也储备了大量的新鲜食品，我们还为南极科考站准备了所有的货物、食物和燃料。所以，我们还没有完全准备好。我们还有几天的时间，但已经快到了。
威尔:我们这么大的船应该有相当可观的船员。
沃特利船长:我们现在有大约35名船员，我们可以带大约55名科学家，所以我们总共可以达到90人，这是一个相当大的数量。
你能在海上呆多久?你在陆地上进货的间隔时间有多长?
沃特利上尉:嗯，这在很大程度上取决于我们在做什么，以及任务是什么，但主要的数字是大约60天，这实际上是相当长的时间。在这段时间里，你可以完成一些非常大的科学项目。
威尔:南大洋的情况怎么样?我听说它们非常湍急。我想这里的科学研究应该有相应的对策。
沃特利船长-有。这艘船的设计很好地考虑到了这些条件。所以所有的推进器都非常强大，所以我们可以在恶劣的天气下留在空间站，即使在南大洋的恶劣条件下也能继续提供海洋科学研究。
Maria -我是英国南极调查局的Maria Fox教授，我在BAS的人工智能实验室领导一个团队，专注于为我们现在坐着的这艘美丽的船进行自动化路线规划。
威尔:我从来没有有幸去过南极或南冰洋，但我无法想象有那么多的交通或道路。所以当你使用人工智能来规划最佳路线时，你衡量的是什么?你在考虑什么?
玛丽亚:所以你是完全正确的。没有道路网络，没有交通规则，但却有极其复杂的动态危险环境条件。特别是在南极洲，风非常大，一年中大部分时间海面上的冰都非常大。你有四处移动的冰山。强大的水流，巨大的海浪，所有你能想象到的最糟糕的事情都发生在船上。
Will -这是希望节省多少时间或距离更传统的路线?
玛丽亚:这在很大程度上取决于情况，但我们所知道的是，在极地科学中，航运是最大的碳排放来源。因此，我们的目标是在这种情况下，尽我们所能减少航运的碳排放。我们所做的一切都是有益的。所以我们的目标是类似于你在谷歌地图等车载导航系统中看到的东西。但你知道，当你输入目的地时，谷歌地图会告诉你最快的路线，它也会告诉你一条环保路线，它会承诺减少一定比例的燃料消耗。所以我们的目标是类似的事情，船长设定目标，他们要去的地方，我们将产生替代路线，快速，低燃料使用，低碳排放，等等。通常情况下，这需要尽量避免穿过厚厚的冰层，因为那是非常昂贵的燃料。
你所做的这些测量，大概有很多参数，它们是来自船上的测量还是来自卫星的测量?还是两者兼而有之?
玛丽亚:目前是两者的混合。我们的大部分数据来自卫星。所以我们有几种不同形式的数据，但它可以被看作是对海洋中特定地球物理位置的电流、风或海冰等量的测量。所以我们主要从卫星上获得这些数据，但历史数据集甚至预测数据集，天气预报，海冰，预报等等。所以，是的，有很多不同种类的数据，但是这些数据必须以一种方式提供给我们，我们可以将其与海洋中的位置联系起来
威尔:就像你说的，海洋船只占我们产生的排放量的很大一部分。这是一个附着在旗舰上的人工智能，非常昂贵，高端，你知道，科学的奇迹。但未来可能会有将其安装到各种海洋船只上的空间，这样每个人都可以在海上旅行中尽可能地减少排放。
玛丽亚:是的，这是个好问题。所以我们的代码现在都是开源的。就在几周前，我们把它开源了。因此，任何想尝试在海洋中进行自动路线规划的人都可以使用我们的代码，也希望与我们合作，或者提出问题并与我们讨论，因为这是开源共同开发的目标。
凯莉-我是凯莉·霍根医生。我是一名海洋地球物理学家，在英国南极调查局工作。我的大部分工作都是乘坐像大卫·阿滕伯勒爵士号这样的科考船，在南极洲和格陵兰岛等地收集数据，然后把数据带回家分析，试图了解发生了什么。我们在这里看到的实际上是一些回声探测仪，这些仪器安装在船的底部，将声音发送到海底，然后我们听回回声，并根据这些信息做各种事情。左边这个叫做多波束声。它基本上画出了海底的深度，我们得到了一个很好的海底3D图像。你在这里看到的这些痕迹是海底的大条纹或沟壑，是冰山穿过下面的泥土和沙子的地方。我们在这里看到的另一种回声从船上直接向下，然后又直接向上。我们得到了海底和下面的沉积层。如果我们想从海底采集样本，我们就可以用它来确定哪里可能有好的分层可以去和目标。
威尔-我们对这些样本取样的时候想要发现什么?
凯利:嗯，我的很多研究都集中在了解冰曾经在哪里，以及它在过去是如何退缩或腐烂的。我们现在做这一切的原因是因为随着气候变暖，我们正在试图了解冰盖对更温暖的大气或更温暖的空气或更温暖的水接近冰并使其融化的反应。所以我们可以做的是，如果我们取一个沉积物的样本，我们可以告诉我们一些事情，比如冰是通过融化成流入海洋的融水，还是通过切割大量的冰山，落下大的鹅卵石和沙子而腐烂的。所以我们实际上可以从我们从海底回收的沉积物中看出这一点。
威尔:一旦我们掌握了所有这些有用的信息，我们希望如何将其传达给政策制定者或公众?
Kelly -是的，这是个很好的问题。我的意思是，我们一直非常努力地将我们发现的信息传递给政策制定者和公众。这可以通过媒体或社交媒体上的故事，通过我们的网站，嗯，通过推特，通过视频。我们在学校和教育方面做了很多拓展工作。把这一点传递给年轻一代非常重要，他们有能力做到。他们是我们星球的继承者。向决策者提供正确的信息是困难的，但我们在向他们提供关键结果方面尽了最大努力。在政策文件的KBIs中，比如政府间气候变化专门委员会，IPCC报告了我们对南极洲和格陵兰岛的许多关键结果，这些结果将被纳入这些文件，这是政策制定者用来帮助他们制定计划和做出决定的依据。
伊莱恩-我是伊莱恩·菲茨查尔斯博士，我是英国南极调查局的高级实验室经理。
威尔-你把我带到实验室来了。这让人想起了A-Level的化学实验室。我相信你不会介意我这么说，它现在看起来有点光秃秃的，除了几个熏蒸罩。想必这里有比我放火烧我的实验服更重要的事。
伊莱恩-这是我们所在的主实验室。这是一个很大的开放空间，但目的是当我们在船上进行科学巡航时，科学家们可以把他们自己的专业设备带到船上，当他们在这里时使用。所以这就是他们要填满的空间当我们有科学团队的时候就会填满。
Will -这是很重要的<笑>，它真的很大，而且它还在继续。
伊莱恩:我们在这艘船上有13个实验室，我们还有另外4个集装箱实验室，它们的功能非常专业，当科学需要时，我们可以把它们带到船上。所以这是一个巨大的空间，可以进行科学研究。
威尔-还有很多冷冻室可供选择。
伊莱恩:我们船上确实有很多冰柜。我们有一个步入式冷冻室，一个步入式冰箱。我们有零下80度的冷冻室我们有实验室的冰箱和冷冻室，到处都是。但是因为我们收集的东西在寒冷中，我们必须在寒冷中保存它们，把它们带回来。
威尔-这里会发生什么激动人心的事情?
伊莱恩-所以会有水分析。我们所做的是观察水的营养成分。我们有其他的实验室，我们有专门的设备来观察水的咸度。所以这都是关于海藻，海洋中的植物，海洋中的动物赖以为生的东西。以及它如何影响更大的动物，如鱼类、哺乳动物等。都是有联系的。所以我们看的是基线研究。我们也会有人收集海洋无脊椎动物。磷虾是我们研究的对象之一。这是南大洋最基本的食物来源。 And they'll be coming in here to look at things like lipid content. They'll look at diet of different animals. So it's very much a multi-functional space. We'll have people looking at sediment cores to look at what the seabed is like. So yes, it's about being able to adapt it to the different cruise requirements.
威尔-那你打算怎么去拿样品呢?
伊莱恩:这艘船的一个特点是，我们有几个地方可以把东西扔到船边。所以我们可以把设备放在上面收集水，我们可以把盖子放在海床上收集海床上的沉积物样本。我们有可以用来捕鱼的网，我们也可以从海底抓一些鱼。这样我们就能把他们从船尾弄下来。我们可以把他们扔到船的一边。在非常恶劣的天气里，我们有一个叫做“月亮池”的地方，它本质上是一个穿过飞船中间的大洞，我们可以把设备放进去。如果把它放在一边不安全，或者我们坐在冰里，我们仍然可以做科学研究，研究冰下的海床上有什么。
威尔:当有人向我解释月亮池是什么时，他们说“那是船中间的一个大洞”。我认为这听起来有点违反直觉。我假设你已经把它都整理好了。
伊莲-是的，我们有。所以目前它是关闭的。我们在顶部有一个盖子，以确保它是安全的，我们只会在需要使用它进行科学研究时打开它。但它只是船中间的一个洞。这不会影响船的安全。我们已经做了很多建模，以及它是如何影响船在海上的性能的。所以这是绝对安全的，但这是一个穿过飞船的洞。<笑>,
我不得不缩进我的车里因为这里的天气是最适合南极的。但希望这能让你对这艘船在南极探险期间发生的许多奇妙的事情有所了解，对RRS大卫·阿滕伯勒号来说，一路顺风。
我们如何处理海洋学数据?
艾玛·博兰，BAS报道
英国南极调查局的艾玛·博兰(Emma Boland)专门研究南极海洋的模型，以观察盐度和二氧化碳的变化如何影响南极周围的水的运动。她从“大卫·阿滕伯勒”号等研究船上获取了很多数据，并谈到了这些收集到的数据是如何在研究和科学政策的前沿背后发挥作用的。
艾玛:我在工作中主要使用电脑模型。所以我看海洋的表现形式，有点像《我的世界》的一个版本，但主要是海洋。我们所做的就是在海洋上做实验这是我们在现实生活中做不到的，但是模型只能和我们的观察结果一样好因为得到一个好的模型的唯一方法就是把它和观察结果进行比较来检查它是否做得好。所以我们真的非常需要像“大卫·阿滕伯勒爵士”这样的人出去为我们做这些重要的测量，这样我们就可以检查我们的模型。“大卫·阿滕伯勒爵士”号特别重要，因为它将在南极洲周围的南大洋度过半年。南大洋就是我们所说的数据沙漠。我们对那里的海洋没有很好的观察。部分原因是它太不适宜居住了。它有很强的风，大浪，半年中有很多海冰围绕着它。而且因为它离得很远，很难到达。 So every single measurement that the ‘Sir David Attenborough’ takes is going to be really valuable.
威尔:为了帮助你的研究，你希望需要什么样的数据?
艾玛:嗯，非常重要的是，当我们进入海洋时，我们需要更多的基本数据，比如温度和盐度。所以卫星可以看到海洋表面，但它们不能告诉我们海洋内部发生了什么。我们真的需要去实地测量一下。因此，“大卫·阿滕伯勒爵士”号要做的一件事就是从海面上扔下一些设备，这些设备将深入到更深的地方，深入到几千米的深处，从深处测量温度和盐度。大卫·阿滕伯勒爵士号的另一个伟大之处在于，它将成为许多额外测量设备的母舰。我们会发送像Boaty McBoatface这样的东西，这就是我们所说的自动订阅。这是一艘黄色的潜水艇，由船上控制。我们可以把它发送出去，在海冰下进行测量，在那里我们无法获得传统设备。
不幸的是，威尔·Boaty McBoatface没有参加我的访问，这真是一个巨大的耻辱。但很高兴听到它仍在发挥作用。传回来的哪些数据能帮助你了解南极的洋流运动，以及洋流是如何向海洋其他地方扩散的?
艾玛:要理解测量告诉我们的，我们首先要理解为什么南大洋如此重要。所以它可能感觉很遥远。它离我们剑桥很远，但南大洋在气候系统中扮演着非常非常重要的角色。事实上，它扮演了一个非常重要的角色。它约占海洋的三分之一，但却吸收了海洋为我们吸收的四分之三的热量和一半的二氧化碳。所以它确实发挥了巨大的作用。我们有时称它为海洋之肺。所以大气中的大量热量和二氧化碳进入那里的海洋，它们被锁在那里数百年甚至数千年。所以它为我们做了一个伟大的服务，如果热量和二氧化碳没有被海洋吸收，它们将留在大气中，使我们所经历的全球变暖更加严重。所以它在吸收热量和二氧化碳方面扮演着非常重要的角色，但是我们没有太多的测量方法，所以我们并不真正了解是什么控制了这些数字。 So what determines how much heat and carbon dioxide go into the southern ocean? Well, we don't really know. So we need more measurements to try and work out the processes that are going on down there.
威尔:随着气候的变化，我们现在。你认为这些运动、潮汐和潮流会发生重大变化吗?
艾玛:我们确实期待变化。特别是在北极，海冰融化得非常快。在南极，情况更加复杂。有些地区正在失去大量的海冰，有些地区的海冰正在增长，这改变了南极洲周围非常冷的咸水的数量，然后这些水进入海洋的其他部分，影响了整个海洋的循环。因此，我们已经通过人们在之前的研究巡航中为英国南极调查所做的测量发现，这些洋流正在发生变化。在南极洲周围形成的冷密度水的数量正在减少，我们不知道这种情况是否会持续到未来。这就是模型的用武之地。如果我们可以对这些过程进行建模，并在模型中发现类似的事情，那么我们就可以将模型向前推进，看看未来会发生什么。
所有这些研究都很好，但如果它不能激发政策的改变或公众观点的改变，那么也许它并没有真正达到它的目的。那么，像这样的考察和研究如何帮助告知政府政策和公众看法呢?
艾玛:嗯，这一点很重要，因为英国南极调查局是英国政府的代表，所以我们扮演着非常重要的角色。首先，科学，正如我所讨论的，对于帮助我们理解气候是如何变化的，以及将如何变化是非常重要的。如果我们不了解气候将如何变化，我们就无法制定有效的政策来应对这种变化。另一件事是，我们的工作确实强调了这个神奇的生态系统的重要性。所以你看到的所有动物和野生动物，即使是你能看到的野生动物，海洋里有非常重要的生态系统，有磷虾和各种各样的东西。所以英国南极考察队在南极洲工作。我们希望能让人们意识到这些环境的重要性，让政府和公众知道它们有多重要，保护它们有多重要。我不知道你们是否还记得几年前在《冰冻星球》上，我们的一些研究人员首次揭示了塑料污染的程度，这种污染正在一路蔓延到南极洲那些真正原始的环境中。这对改变英国看待塑料垃圾的方式产生了巨大的后续影响。因此，不断提高人们对这些环境的重要性以及它们如何变化的认识是非常重要的。
鲸鱼是碳汇
Heidi Pearson，阿拉斯加费尔班克斯大学
海洋学数据的范围不仅用于测量地球水文系统的物理变化，而且在生态和保护方面也起着关键作用。事实上，就在本周的一项研究表明，鲸鱼不仅在保持生态系统健康方面发挥着关键作用，而且可能如此巨大，以至于它们也起到了碳汇的作用。阿拉斯加费尔班克斯大学(University of Alaska Fairbanks)的海蒂·皮尔森(Heidi Pearson)谈到了海洋学数据对继续研究海洋健康的重要性，以及鲸鱼在碳储存方面可能发挥的作用。
海蒂:了解基本的海洋学对保护海洋有很多帮助。生物海洋学的一个重要部分是这个叫做生物碳泵的东西，它描述了碳是如何从海洋表层进入海洋深处的。通过我的团队一直在做的一些研究，我们正在研究鲸鱼如何在生物碳泵中发挥作用。
为了进行这项研究，需要收集什么样的海洋学数据?
海蒂:我们需要鲸鱼种群数量、死亡率、体型的信息，然后我们需要海洋食物网、光合作用速率和水中营养水平的信息。我们称之为温跃层的深度，即水中的温度梯度。所以这种类型的工作将海洋科学的许多方面都与鲸鱼联系在一起。
威尔:那么鲸鱼作为碳汇的作用有哪些呢?
海蒂:我的团队在论文中描述了两种主要途径，我们把它们分为直接途径和间接途径。这些直接通路就是我刚才提到的。所以鲸鱼非常大。它们活得很长。就像你我一样，它们是由碳构成的。这就意味着它们可以长时间储存大量的碳。他们可以通过日常生活把它从大气中带走。当它们死后，这些巨大的尸体，大部分会沉到海底。我们相信他们中的大多数会沉入深海。就碳汇而言，下沉到深海是非常重要的，因为一旦像鲸鱼这样由碳组成的东西沉入海底深处，这些碳将被大气捕获数千年，甚至更长时间。 And so that's really the exciting part about understanding this carbon sink. So these direct pathways that I've just described, we have a pretty good handle on it scientifically. We're fairly confident in the numbers we're getting, but in the scheme of things, it's a pretty small contribution if you think of the overall global carbon budget. So the other pathway is this indirect pathway, and this is where whales essentially release byproducts. So poop, urine, slough skin, placentas in the case of breeding females. And these byproducts are rich in nutrients. And this is important because the upper parts of the ocean are oftentimes devoid of nutrients. And nutrients are important because that's what phytoplankton take up. And phytoplankton, you can think of like tiny marine plants, they are sucking up CO2 from the atmosphere. And so when we have more nutrients in the surface, waters deposited by whales, we have the potential to stimulate phytoplankton growth and thus more capture of carbon from the atmosphere. So that indirect pathway is a lot more intricate than those direct pathways. We have less scientific understanding of that, but we believe that there is more potential for carbon capture through that indirect pathway than the direct pathway.
威尔:如果这些鲸鱼作为碳汇的方式是如此深远，无论是主要的还是次要的，那么量化它们作为碳汇的影响听起来是一项非常困难的任务。事实上，是否存在夸大碳捕获水平的潜在风险?
海蒂:是的，有。这是这篇论文的驱动因素之一。正如我提到的，我们对其中一些途径有很高的科学信心而对其他途径的信心则很低。风险在于过度夸大了鲸鱼的碳效益。我们只是没有足够的数据来全面评估鲸鱼可能帮助捕获、储存和隔离碳的所有方式的碳价值。风险在于给鲸鱼设定一个价值，碳的价值。但一旦我们得到了科学数据，我们就会发现它并不完全支持这种观点。我们团队所关注的鲸鱼的碳价值已经有了一些相当高的美元经济数据。所以我们试图控制这方面的科学和我们的论文。我们确实提出了一个经济框架，一旦我们掌握了必要的数据，就可以对其进行填充。 But right now we don't feel like we are at a place scientifically to put an economic figure on the carbon value of whales.
威尔:但是你仍然可以自信地说，即使它们的碳捕获水平不足以保证这种投资，这仍然是一个为什么应该保护它们的额外理由?
海蒂:是的，绝对是的。所以我们知道鲸鱼对二氧化碳的清除做出了一些贡献。我们现在不知道的是全尺寸。我们在这项工作中试图做的另一件事是给鲸鱼去除二氧化碳的能力设定一个我们称之为自信的下限，说，好吧，它们至少做了这么多。我们认为他们有这种潜力，但我们需要更多的数据来实现这一目标。我们还提倡预防原则。所以保护鲸鱼并没有什么坏处。这是一个低遗憾、低风险的策略，可以保护整个生态系统。所以我们知道鲸鱼可以帮助保持生态系统的健康。我们知道，它们可以帮助我们应对生物多样性危机，而我们也正处于这种危机之中。 And we also know they have these climate benefits. And so if we conserve whales, we know that there's a lot of ecosystem benefits that will occur.
因此，它强烈主张收集更多的海洋数据。
海蒂:是的，当然。我们有一个很棒的团队。我们已经概述了一些悬而未决的问题。我们已经概述了一些研究途径，所以我认为我们知道如何实现这一目标。我们只是需要更多的时间和资源来回答所有这些关键问题。
相关内容
- 以前的NASA的Z博士
- 下一个核聚变和磁性空气污染
评论
添加注释