2024-10-08 | 科研部 南科大海洋系博士生提出海底峡谷浊流调控作用下塑料垃圾搬运和沉积新机制

近日，南方科技大学海洋科学与工程系徐景平教授课题组与合作者在海底峡谷浊流物质输运研究领域取得新进展，相关成果以“How does plastic litter accumulate in submarine canyons?”为题，在地球科学领域的自然指数（Nature Index）期刊Geophysical Research Letters上发表。

随着塑料制品使用数量的不断增加，塑料垃圾污染已经成为一个严峻的生态环境问题，并引起了人们的广泛重视。据估计，每年有超过1000万吨的塑料垃圾会进入到海洋中，对海洋生态系统和人类健康造成了巨大影响，这些塑料垃圾遍布全球海底，但人们对其在深海的搬运和沉积模式并不完全清楚。前人利用载人深潜技术在南海西北部海底峡谷的几个冲刷坑中发现了大量的塑料垃圾，并推测这些堆积的塑料垃圾是海底峡谷中流经这些冲刷坑时浊流发生水跃之后的“产物”。但是，目前对该海底峡谷的浊流水动力过程及沉积行为尚未进行深入研究。因此，很难建立塑料垃圾与流经该海底峡谷浊流沉积动力之间的关系。

图1 不同浓度条件下浊流的水动力和沉积特征。(a) 时间平均的弗劳德数。(b) 时间平均的剪切流速。(c) 浊流事件后海底地形的沉积变化特征。 (d) 海底峡谷地形剖面凹度。 (e) 沿海底峡谷地形分布的塑料垃圾密度剖面。

为了进一步探究在浊流调控作用下塑料垃圾是如何搬运和堆积的，研究团队对海底峡谷中的浊流沉积动力过程进行了25组数值模拟，通过计算弗劳德数、剪切流速、海底地形凹度（图1）并结合海底峡谷三维多波束测深数据和塑料垃圾分布的实测数据，对海底峡谷塑料垃圾搬运及堆积的浊流机制进行了深入研究，得到了以下新认识：（1）观测的塑料垃圾堆与模拟的浊流沉积物在空间分布上的高度重合表明，在冲刷坑中发现的塑料垃圾可能与浊流中的天然沉积物有着相同的沉积过程；（2）浊流流过凹度较大的海底地形时其剪切流速迅速减小是导致冲刷坑中塑料垃圾堆积的主要原因。

本研究重建了该海底峡谷浊流的沉积动力过程，提出了海底峡谷中浊流调控作用下塑料垃圾搬运和沉积的新机制，进一步深化了人们对深海塑料垃圾分布规律的认识，为研究全球其他海底峡谷塑料垃圾的堆积模式提供了一个新的视角，也为解决海洋塑料污染问题、塑料垃圾管理提供了科学依据。

海洋科学与工程系徐景平课题组博士研究生杨宇平是论文第一作者。徐景平教授为通讯作者，中科院深海所王大伟研究员为共同通讯作者。南科大海洋系为该论文的第一单位和共同通讯单位。合作者包括英国阿伯丁大学 Benjamin Kneller教授、同济大学钟广法教授、课题组博士后喻凯琦（现中科院南海所助理研究员）和原伦敦大学学院研究生王明晗。以上研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、深圳市自然科学基金和深圳市科技重大专项的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1029/2024GL110767 

供稿：海洋科学与工程系

通讯员：颜莎

主图：丘妍

编辑：周易霖