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采用潜水机器人传感器应对随处可见的塑料颗粒

由粮农组织支持的科考船对南印度洋垃圾开展调查

2015年8月11日,罗马 - 南森博士号科考船正在南印度洋上用拖网清理垃圾。

科考船的船员每次将特制的网抛入海中,他们总能打捞上来塑料碎片,说明即便是在世界上最不为人知和游客最少涉足的地方,海洋生态系统亦面临严重威胁。

据估计,目前有多达5万亿个塑料碎片漂浮在世界各大洋上,而1950年的数字为零。这一情况将给食品供应链造成潜在影响,涉及范围从浮游生物(被拍到吃塑料颗粒)到鲸鱼和贝类、鲑鱼、金枪鱼,以至人类。

实验室检测表明,啄食这种塑料的鱼类其肝脏将受到毒害,随后会出现代谢问题。然而,鲜为人知的是,海洋自然生态系统中到底有多少垃圾被吃掉,以及塑料制品在波浪涌动的海水中长时间浸泡是否仍含有化学毒物。

由挪威海洋研究所与粮农组织合作运营的南森科考船自1975年开始往返于世界各大洋,收集有关海洋资源和海洋生态系统健康的信息,并帮助培训世界各地的科学家。

来自8个国家的18位科学家以及全体船员现已登船,准备执行第二次出航任务。科研人员通常开展的工作包括测量海水温度、氧含量、叶绿素,以及观测诸如浮游生物的产生和鱼类分布等生物过程。但是,今年增加了两个特殊的目标:评估南印度洋偏远水域工业垃圾的规模和性质,以及研究局部涡流(水流形成的周期性旋涡)如何使浮游生物和小鱼分散开来。

“我们在几乎所有的采样站都发现了塑料颗粒,”来自海洋研究所并负责第一阶段巡航的Reidar Toresen说。该研究所为挪威发展合作署资助的粮农组织“EAF-Nansen”(渔业生态系统方法-南森)项目提供科学方面的服务。

最近在大西洋和太平洋水域发现了数个面积两倍于得克萨斯州的巨大垃圾浮岛,但南印度洋属于相对未开发地区。跨印度洋勘查计划将为那些关注海洋塑料颗粒规模和影响的科学家们提供重要信息。

推广可持续的海洋和渔业规范是粮农组织的首要任务之一,因为捕捞渔业生产每年可提供8000万吨营养食品。再加上水产养殖,世界捕捞渔业可以为近30亿人提供20%的蛋白质摄入量,以及大约6000万个工作岗位。

让它们吃树脂颗粒?

海洋中的塑料垃圾会被野生动物吞下(有些海洋生物还偏好特定颜色的颗粒),因此给它们造成伤害 。甚至有人观测到,微小浮游生物也会吃塑料颗粒。选择这样的食物会造成严重后果;例如,误食了塑料袋的海龟往往会死于脱水和晒伤,原因是它们的消化功能丧失,而且分解的食物变成气体,迫使动物浮在水面。

灯笼鱼在白天通常栖息在海洋深处,但夜晚会到接近水面的地方觅食,它们很容易吞入这种颗粒,但要确定它们这种行为达到何种程度,还需要对样本进行更深入的分析,领导搜寻塑料工作的澳大利亚英联邦科学和工业研究组织的帕克里奇说。在越接近海岸线的地区,也是鱼群最密集的地方,所发现的塑料制品的数量也更多,块头更大,但人们很少知道,环流如何将它们移动和怎样为最小的颗粒提供藏身之处,她说。

塑料微粒(直径不到五毫米的颗粒)尤其令人关注,因为它们可能会进入人类食物链。

塑料微粒常用于人类消费的产品,如化妆品和沐浴露,而且制造商也以树脂粒料的形式予以利用。这种物质在1950年几乎不存在,但现在每年的产量超过2.5亿吨,而它们中的一部分最终进入海洋。在海浪和紫外线的作用下,这些物质大多在海滩降解,而该过程实际上使颗粒停止移动并沉入海底。

虽然针对颗粒的化学和毒性影响的研究可以在实验室中进行,但还需要掌握其他相关信息,包括塑料微粒的位置和数量,以及它们如何移动 - 鱼本身可以是一种生物载体,而且澳大利亚与马达加斯加之间移动的印度洋环流也具有同样的作用,而这也正是南森博士科考船开展的工作。这意味着释放和每天拖曳特制的网数次,仔细研究所捞起的 物品。

不只是垃圾

科考船的队员们还启用了全新的高科技沉降传感器来测量各种深水生物元素的含量。在印度的帮助下,澳大利亚提供的这些机器人传感器超越了监测海洋温度和盐度的现有浮动机器人,因为它们按照程序下潜至2000米深处,对海洋健康指标进行采样。

这些潜水设备在上升至水面的过程中采集不同深度的数据,然后将这些数据通过卫星发送给科研人员。这些传感器收集到的叶绿素数据将被作为衡量海洋碳储存能力及浮游生物和鱼类基本食物供应趋势的指标。

新科考船即将启用

一艘新的南森科考船定于2016年启用,它将是挪威发展合作署拥有的一系列同名船舶的最新一艘,该署与粮农组织的合作始于20世纪70年代。这艘设有七个科学实验室和一个会堂的新科考船将配备能够快速绘制鱼群分布图的现代化声纳传感器和一个可拍照海底生物的遥控潜水器。

海底测绘是“EAF-Nansen”项目长期工作的另一个重要组成部分,其中粮农组织是执行机构,挪威发展合作署是主要资助方者。该项工作有助于进一步了解鱼类种群数量,促进采取更有效的渔业管理措施。粮农组织牵头实施的“EAF-Nansen”项目已经帮助非洲16个沿海国家制定可持续海洋资源管理计划,并将于9月在莫桑比克举办海洋分类学研讨会

过去的勘测工作显示,海底深度往往超过现有地图显示的数据,尤其是在所谓的海山周围。这些海山通常是火山爆发的产物,并形成了一系列独特的海洋生物栖息地,而它们在促进生物多样性方面所发挥的作用得到了联合国的认可。

Photo: Courtesy of the EAF-Nansen project
船员正在准备乘橡皮艇在印度洋施放漂浮传感器。

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