从深海到公众，施密特海洋研究所如何推动海洋科学？
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“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编在研究全球海洋治理中，经常会看到一个名叫“施密特海洋研究所”的有关消息，颇为好奇，不禁查阅了一番。为助力全球环境治理、为我国学者提供信息供研究参考，特撰此文，分享该机构的信息如下，供感兴趣的读者们参阅。
施密特海洋研究所（Schmidt Ocean Institute）是一家非营利性的海洋研究机构（501(c)(3) ，私有机构），成立于2009年3月，专注于推动海洋科学研究和技术开发。该研究所致力于通过先进的科技手段和信息共享，提升对全球海洋的理解，并促进科学成果的广泛传播。这家机构主要通过研究船“Falkor”号在全球范围内开展海洋科学研究。
根据施密特海洋研究所的官网介绍，该机构愿景是利用技术进步和智能观察，全面探索地球上的海洋。其使命是将前沿科学与尖端技术相结合，实现海洋研究的长期成效，并推动信息的开放共享，从而将这些知识传递给全球观众。研究所尤其关注海洋这一脆弱且尚未充分了解的环境，致力于在广泛的研究目标下进行全面的探索。
施密特夫妇。图源：施密特
该研究所由埃里克·施密特（Eric Schmidt）和温迪·施密特（Wendy Schmidt）创立，旨在加速海洋科学的发展。创始人设立该研究所的初衷，是想要通过技术创新和信息共享，推动海洋科学的进步。埃里克·施密特曾表示，“海洋科学正处于一个激动人心的时代，技术进步将使探索海洋深处成为可能，并将海洋的美丽和隐藏的奇观呈现给全球。”
截至发文时间，施密特海洋研究所的研究船“福尔科尔”（Falkor）自2012年起已航行了154,000公里，相当于绕地球三圈的距离。该船已完成30次研究航程，每年平均进行8次研究。自2013年以来，共有371名科学家在福尔科尔上进行研究，其中包括177名学生，涉及到来自19个国家的84个机构。
该研究所的战略重点包括技术开发、数据应用和教育推广。通过年度报告、研讨会和工作坊等活动，施密特海洋研究所促进了海洋科学的交流与合作，推动了技术创新，并为全球科学界和公众提供了知识资源。
五大核心领域
根据其官网的介绍，施密特海洋研究所的成立旨在通过可扩展的技术创新、智能观察与数据分析以及信息的开放共享，加速海洋研究与保护的进程。该机构提供先进的操作、技术和信息支持，致力于推动开创性的海洋研究和技术开发项目。“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到，施密特海洋研究所的主要聚焦领域包括以下几个方面。
（一）该机构通过其研究船“福尔科尔”（R/V Falkor），支持先进的海洋科学和技术发展，包括在海上研究和技术改进、船上创新科学仪器和系统的开发与应用、远程海洋研究和公众互动的支持，以及船上高性能计算用于过程建模和数据分析等方面。
（二）技术创新驱动科学进步。施密特海洋研究所支持海洋科学领域基础设施、平台和软件的开发与测试。这包括高实用性的科学机器人车辆、仪器、平台、软件、网络服务以及用于海洋数据分析和解释的计算算法和人工智能系统的研发。研究所支持自主航空、表面和水下系统等机器人研究与调查车辆的开发，部署科学平台和分析仪器的研发，并进行相关技术的试验和演示项目。
（三）促进海洋科学的合作研究。该机构为全球研究人员提供对福尔科尔及其海上机器人系统的访问，以推动对全球海洋的深入理解和可扩展的保护与管理。支持的项目包括环境关注和社会相关的海洋研究和技术研发，具有高科学价值和重大影响潜力的项目，以及有效利用和展示创新技术的研究项目。同时，研究所鼓励学生和艺术家参与海洋科学研究。
（四）推动海洋科学的主流化。施密特海洋研究所的沟通、教育和外展计划旨在让公众了解海洋科学。创始人温迪·施密特曾指出：“这艘船的使命是将海洋科学传播给公众，使他们能够关心海洋。我们不能照顾我们不了解的事物，也无法关心我们不知道的事物。”该机构的沟通计划包括讲述每一个项目的故事，支持在线资源的持续更新和虚拟访问，举办研讨会和座谈会讨论进展和未来方向，并鼓励合作伙伴关系、学生和教育者的参与。
（五）施密特海洋研究所支持科学观察、数据和研究成果的开放共享，以鼓励数据应用、用户社区的成长，推动环境的进一步探索、发现、深入理解、有效保护和管理。这些努力通过与软件开发人员和海洋学界的数据管理专家的合作，确保信息共享符合标准，并提升施密特海洋研究所生成的科学信息和数据的利用效率。
一艘先进海洋研究船（现名Gaia Blu）
“福尔科尔”（R/V Falkor）是一艘由施密特海洋研究所运营的海洋科学研究船。该船为科研人员提供免费的船上研究机会，但使用前需要经过申请和同行评审程序，并获得提案批准。作为使用条件，所有科研成果和数据都需公开共享。科研人员在Falkor上可以获得专业的船上支持，使用先进的科学设备，以及机器人和计算资源。Falkor具有高度的适应性，可以根据每次科学探险的需求，配备新技术和外部资源。有关Falkor的最新状态和虚拟船只参观信息可以在施密特海洋研究所官网上找到。2022年3月14日，该船的所有权发生了变更，改名为Gaia Blu，并由意大利国家研究委员会使用。2022年10月20日，Gaia Blu完成了其首次科学探险任务。
R/V Falkor最初是一艘名为Seefalke（“海隼”）的渔业保护船，建于1981年，产地为德国吕贝克。2009年至2012年初，在德国维韦尔斯弗莱特的彼得斯船厂进行了改装，将其改造为海洋研究船，并更名为R/V Falkor，源自于幻想小说《无尽的故事》中的幸运龙。该船于2013年全面投入使用，并开始进行全年的科学探险工作。2016年，ROV SuBastian被加入到Falkor上，进一步增强了其技术能力和科学资源。
Falkor配备了动态定位系统，可以在需要部署科学仪器时保持稳定。其映射能力包括浅水和深水的多波束回声探测器，以及用于声学研究和海底映射的水下声学定位系统。该船的映射能力已用于绘制超过100万平方公里的海底图，包括发现了14个新的水下特征。所有的映射数据作为Nippon Foundation-GEBCO Seabed 2030项目的一部分进行共享，旨在到2030年实现海底全覆盖。
Falkor配有两艘工作艇、高性能计算系统以及实时水温、pH值、荧光和盐度测量能力。控制室专用于操作水下机器人（ROV/AUV）及电子仪器、声纳控制和海底映射。主要工作区域配备了四把船长椅和超过20个可自定义的显示器，可以同时控制多个系统。还有两个额外的桌面和显示器，用于工作空间或作为多波束数据编辑工作站。
Falkor具有侧面和船尾工作甲板。工作甲板设计用于部署ROV SuBastian、轻型设备、探测器、ROV（SAAB Sea Eye Falcon）、两个承重达11,000米的升降平台、科学团队带来的设备以及CTD系统，配备J型或A型起重机和卷扬机系统。船尾甲板还配备了500 kW的非调节电力、冷热淡水出口、培养槽海水出口和压缩空气出口。
Falkor设有湿实验室和干实验室，位于船尾甲板附近，用于样品的有效处理和研究。湿实验室面积32平方米，配备-80°C、-30°C和+4°C的冰箱、易燃气体管道、压缩空气出口、通风柜以及淡水和盐水出口。干实验室与控制室直接连接，使研究人员可以与控制室紧密协作。
在互联网连接方面，Falkor使用Seatel 97系列的海洋稳定天线系统进行C波段通信，原用于卫星通信的频率分配。施密特海洋研究所设置了超过15个虚拟局域网（VLAN）以分配带宽，优化网络应用的速度和效率，通过流量控制/WAN优化技术实现自动报告传递和实时监测。船上的外联操作由一个私密安全的VPN隧道支持，实现船舶与岸上的安全连接，实时传输到施密特海洋研究所网站和科学传感器。
可以说，它不仅是一艘技术先进的海洋研究船，更是全球海洋科学研究和数据共享的重要平台。
存储方式/传感器/系统测绘/数据采集/气象等等
公开信息显示，在技术方面，通过与海洋学界的数据管理档案馆和数据存储库的合作，施密特海洋研究所致力于海洋研究航次中收集的科学信息和数据的标准化共享。这些数据的合作伙伴包括与“福尔科尔”及其船上科学家相关的多个数据合作方。
在“福尔科尔”上收集的航行数据，通过施密特海洋研究所与Rolling Deck to Repository（R2R）的合作，已在航次结束后向公众开放。R2R整理的数据类型包括声学多普勒流速探测器测量（海洋流速）、水柱中的电导率、温度、压力及其他传感器数据、回声探测器数据（海底深度或中层反射、浅层沉积剖面、水柱图像）、一次性探针数据（XBT、XCTD、XSV、XCP）、荧光计数据、重力计数据、磁力计数据、气象数据（风速/风向、温度、湿度、湍流、降水量、辐射）、多波束数据（未处理的、扫测的深度、振幅、回波、 水柱图像）、导航数据（时间、位置、全球导航卫星系统、垂直参考单元、速度记录仪、陀螺罗盘）、溶解二氧化碳的部分压力（pCO2）、海面声速计数据（SSV）、温盐仪数据（TSG——流通温度和盐度）以及卷扬机数据（线缆张力、速度、放出量）。
在传感器基础上的海洋地球科学数据，如机器人车辆数据、静态图像、元数据以及处理过的多波束数据，将通过施密特海洋研究所与海洋地球科学数据系统（MGDS）的合作提供。MGDS整理的数据类型包括回波散射（声学和光学）、海底深度数据、荧光数据、全球多分辨率地形（GMRT）——持续更新的海底扫描编译数据、声学（由声道固定的水听器收集的波形数据）、导航数据（设备或车辆的位置）、地震数据（主动底下、导航、被动、反射、速度、宽角）、侧扫雷达（回波强度数据）、浊度（与悬浮颗粒相关的液体混浊度）、湍流（液体流动的混沌、随机属性变化）、速度（多普勒、粒子、声学）、视频（来自水下车辆的视频）以及可视化（Fledermaus、GoogleEarth）。
施密特海洋研究所还与新罕布什尔大学的沿海与海洋测绘中心（CCOM）合作，对“福尔科尔”上的多波束测绘系统操作和数据进行质量保证。CCOM的合作伙伴每年对“福尔科尔”的多波束回声探测器进行测试和校准，以确保收集的多波束数据质量。如果科学团队无法在航次期间处理原始的多波束数据，施密特海洋研究所可以与CCOM协调进行后期处理。处理后的多波束数据会送至MGDS进行整理和归档。
施密特海洋研究所还与夏威夷大学数据采集系统（UHDAS）合作，提供对“福尔科尔”的声学多普勒流速探测器数据的质量保证。流速数据在船上持续收集，并通过每日邮件发送给UHDAS，报告系统状态，详细记录数据采集情况，并允许数据的归档、处理和绘图。最新数据会在UHDAS网站上绘制，并在R2R网站上归档。
此外，施密特海洋研究所与佛罗里达州立大学的船上自动气象与海洋系统（SAMOS）合作，为“福尔科尔”上的气象仪器数据提供质量保证。所有船上气象数据在接近实时的基础上被收集并发送至SAMOS，以进行质量保证，并在航次结束后归档于R2R。
揭开海底的神秘面纱
“海洋与湿地”小编在该机构的官网上，看到了它的2024~2025年的探险/科考计划。编译分享如下。
2024年，科学家们将再次聚焦东南太平洋，这一南美洲沿岸的海域，因其活跃的构造运动而闻名。在这里，秘鲁-智利俯冲带（Peru-Chile Subduction Zone）将纳斯卡板块（Nazca Plate）向南美板块（South America Plate）下推，形成了深达8000米的秘鲁-智利海沟（Peru-Chile Trench）和众多火山。南美沿海的风力模式促使表层水流向外推移，使得富含营养的深层冷水涌上，形成了重要的上升流。这一现象支持了全球最富饶的海洋区域之一，促进了世界两大渔业基地的繁荣，并为蓝鲸（Blue Whale）、棱皮龟（Leatherback Sea Turtle）等生物提供栖息地。然而，位于东部热带太平洋的缺氧区（Oxygen Minimum Zone）由于氧气稀缺，对大型海洋生物不友好，并且可能由于气候变化而不断扩大。
航次名称FKt240708 - 纳斯卡海脊公海和海底山脉拍摄的录像片段（2024年8月公布的视频截图）。图源：Schmidt Ocean
2024年，研究船R/V Falkor将深入南美洲西海岸的深海区域，进行一系列重要的探索任务。探险团队将绘制详细的海底地图，收集气候模型改进所需的数据，并探寻海山（Seamounts）、海底渗漏（Seeps）、峡谷（Canyons）和热泉（Vents）中的生态系统。这些数据将为智利和秘鲁在海洋环境管理方面提供宝贵支持，并揭示未知的海洋领域。
图源：施密特海洋研究所官网
在东南太平洋，海山是全球海洋中的重要地貌。它们不仅为众多动物提供栖息地，还影响洋流运动和化学循环。然而，地球上不到1%的海山已得到详尽的绘制和采样，东南太平洋的海山更是鲜有人涉足。智利天主教大学的哈维尔·塞拉内斯（Javier Sellanes）博士和国际研究团队将对智利沿岸的三条山脊——纳斯卡山脊（Nazca Ridge）、萨拉斯-耶戈美斯山脊（Salas y Gómez Ridge）和胡安·费尔南德斯山脊（Juan Fernández Ridge）上的十座海山进行深入研究。他们的目标包括绘制从海山底部到顶部的生物多样性全貌，研究渔业关闭后的生态恢复情况，以及探讨印太区（Indo-West Pacific）和东太平洋（East Pacific）之间是否存在生物地理界限。为实现这些目标，研究团队将利用R/V Falkor的多波束测深仪、CTD传感器、ROV SuBastian以及装有诱饵的相机陷阱进行调查。这项研究将为东南太平洋的战略海洋管理提供支持。
萨拉斯-耶戈美斯山脊是一条延伸至中央太平洋复活节岛（Easter Island）的水下山脊，其中包含了众多未被详尽探测的海山。这些海山形成了珍贵的动物栖息地，科学家们猜测该区域生物多样性极为丰富，或应被指定为国际海洋保护区。研究人员尚未对这些海山间的连接性进行深入描述，但萨拉斯-耶戈美斯山脊可能为许多海洋物种提供了保护走廊，并可能隐藏着新科学物种。美国德克萨斯大学里奥格兰德河谷分校的艾琳·伊斯顿（Erin Easton）博士和国际团队将在为期40天的探险中，探索这些海山的连通性，期望为公海海洋保护区指定提供支持。
缺氧区（OMZs）是海洋中由于物理和生物过程自然形成的低氧区域。许多生物已适应了这一缺氧环境，尤其是微生物。然而，对这些微生物生态系统的生命周期和作用了解甚少。了解这些微生物群落非常重要，因为缺氧区可能由于气候变化而不断扩张。美国伍兹霍尔海洋研究所的玛利亚·帕基亚达基（Maria Pachiadaki）博士和国际团队将使用两种新仪器——水下孵化装置和微生物采样器——在东部热带太平洋的缺氧区中进行研究。这些设备将用于现场精确测量水中氧气水平，并研究微生物群落的结构和生命周期，从而帮助建立更好的区域模型，以预测气候变化对缺氧区的影响。
智利北部的阿塔卡马沙漠被认为是地球上最古老、最干燥的沙漠。尽管地球的陆地和大陆不断变化，阿塔卡马沙漠的位置在过去1.5亿年中保持不变。因此，一些地质和气候条件几乎没有改变。阿塔卡马海沟（Atacama Trench）也保持了这一稳定性。当科学家们调查阿塔卡马海沟的海洋微生物时，他们发现这些微生物与1.5亿年前的化石记录一致。进一步研究显示，地方渔民捕捞到的无脊椎动物、大海龟和腕足动物，曾被认为仅在侏罗纪时期存在。西班牙天体生物学中心的阿尔曼多·阿苏阿-布斯托斯（Armando Azua-Bustos）博士和美国斯托克顿大学的劳伦·塞伊洛（Lauren Seylor）博士将利用Falkor的传感器和ROV SuBastian，探查阿塔卡马海沟是否蕴藏了侏罗纪时期的生物群落。如果研究成功，将揭示深海生命的发展过程。
纳斯卡和萨拉斯-耶戈美斯山脊上的水下山脉构成了地球上独特的生态系统。然而，这些山脊的大部分位于国际公海，面临气候变化、塑料污染、过度捕捞和潜在深海采矿的威胁。许多海洋保护专家认为，纳斯卡和萨拉斯-耶戈美斯山脊应成为全球首批公海海洋保护区的重点区域。施密特海洋研究所支持的近期探险发现了150多种疑似新物种和若干新海山。在相邻的缺氧区，科学家们还发现了微量的氧气，这一发现修正了对缺氧区微生物和营养循环的理解。为进一步推动保护工作，施密特海洋研究所将与新罕布什尔大学沿海与海洋测绘中心校友、海洋普查项目及国际科学团队合作，进行新的探险，收集全面的海底测绘数据，并探讨纳斯卡和萨拉斯-耶戈美斯山脊交汇处的生物多样性。
2008年，查伊滕火山（Chaitén Volcano）喷发，火山灰直冲30公里高空，熔岩流入山谷和峡湾，周边景观发生了剧变。尽管陆地上的变化显而易见，但火山喷发对周围海洋环境的影响尚未被详细研究。英国伯明翰大学的塞巴斯蒂安·瓦特（Sebastian Watt）博士和国际团队将前往智利南部，研究查伊滕火山喷发对海洋的影响。他们的研究将揭示火山活动如何影响海洋以及大规模喷发后的生态恢复情况，同时探讨冰川形成和退缩如何影响火山喷发。研究成果将深化对火山活动对海洋生态系统影响的认识，并为应对大型喷发提供参考。
智利沿海地区地质活动频繁，纳斯卡板块（Nazca Plate）在南美板块（South American Plate）下俯冲，形成了秘鲁-智利俯冲带。该区域的深海环境，如热泉、甲烷渗漏和海底峡谷，一直未被充分探索。美国波士顿大学的杰弗里·马洛（Jeffrey Marlow）博士、葡萄牙阿维罗大学的帕特里西亚·埃斯凯特（Patricia Esquete）博士和智利瓦尔帕莱索大学的尤洛吉奥·索托（Eulogio Soto）博士将组成跨学科国际团队，致力于绘制和特征描述智利沿海的深海生态系统。他们希望通过这项研究发现新的生态系统和生物物种，并为区域海洋保护和资源管理提供数据支持。
上图：在纳斯卡公海探险期间，科学家们发现了一片壮观的珊瑚花园。此次探险旨在对海底山脉的生物多样性和海洋学条件进行详细记录，为建立公海海洋保护区提供科学依据。图源：Schmidt Ocean（2024年8月发布）
对我国全球海洋治理有何借鉴意义？
“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编在写这篇文的时候，有几个比较感触。或许施密特海洋研究所的工作，对我国全球海洋治理也有一定的启发。 四是，开放科学原则，值得反思+借鉴。前面提到，R/V Falkor这艘施密特海洋研究所（Schmidt Ocean Institute）运营海洋科学研究船，提供给科研人员免费的研究机会，但需要通过严格的申请和同行评审程序，并获得提案的批准才能使用。作为使用条件，所有在船上的科研成果和数据都必须向公众开放，以促进科学知识的共享和传播。埃里克·施密特把硅谷大佬的这种开放思想带入了慈善、科学界。这种免费提供研究机会并要求成果公开共享的做法，笔者觉得，对于激发中国科学界的创新精神和合作意识是有意义的。我们国家的海洋科研，能在一定程度上借鉴这种做法吗？ |
思考题·举一反三
Q1、施密特海洋研究所的“R/V Falkor”船上研究机会的免费提供模式，是否会对全球海洋科学研究的公平性和机会平等产生深远影响？在全球范围内推动科学数据和研究成果公开共享的过程中，如何平衡知识产权保护与科学数据的开放获取之间的关系？
Q2、本文提到，“Seefalke”号之前是一个海岸警卫船，后来摇身一变成了海洋科学研究船。如何通过有效的船只改装和设备升级，来提升全球海洋研究的水平？如何促进海洋科学研究的全球合作？
Q3、施密特海洋研究所致力于海洋科学的深入探索和数据公开，这有助于全球了解海洋环境及其生态系统。然而，随着深海采矿技术的发展，如何确保在进行深海采矿活动时不对海洋生态系统造成不可逆转的破坏？在这一过程中，科学研究和资源开发之间的利益如何平衡？如何利用这些开放的数据来制定更加科学的海洋资源管理政策，尤其是在面临深海矿产资源开发的压力时？数据开放和透明度如何有效支持可持续管理和保护海洋环境的决策？
Q4、上文提到，施密特海洋研究所的计划涵盖了深海海山和氧气最低区等关键区域。这些区域的生态系统受环境变化的影响较大。那么，深海海山和氧气最低区的科学考察如何促进对全球海洋生态系统变化的理解？换句话说，科学考察如何帮助我们理解这些变化对全球海洋生态系统的潜在影响，特别是在气候变化和人类活动的双重压力下？这些研究结果如何应用于全球海洋保护和资源管理？
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本文仅代表资讯，不代表平台观点。译文仅供参考。
素材来源 | Schmidt Ocean
编译 | 王芊佳
编辑 | Linda，Sara
排版 | 绿叶
【参考资料】
https://schmidtocean.org/
https://schmidtocean.org/about/strategic-focus-areas/
https://schmidtocean.org/technology/data-management/
https://en.wikipedia.org/wiki/RV_Falkor
https://www.vesselfinder.com/de/vessels/details/7928677
https://schmidtocean.org/technology/live-from-rv-falkor/
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