客观日本

声波显示南鸟岛周边的锰结核分布-全球首次使海底资源的广域分布实现可视化,确立面积计算方法-

2019年12月25日 能源环境

日本千叶工业大学新一代海洋资源研究中心与产业技术综合研究所、东京大学、海洋研究开发机构及神户大学共同开发了利用声波有效探测海底大范围分布的矿物资源的方法。其中,作为以南鸟岛周边的专属经济区(EEZ: Exclusive Economic Zone)分布的锰结核为对象的研究成果,通过大范围的综合调查,在地图上标出了锰结核密集分布的区域(锰结核密集区),并全球首次确立了准确计算其面积的方法。

具体来说,通过共5次的航海研究对南鸟岛专属经济区约155,500km2的面积进行了调查,发现其中40%、约61,200km2的广阔海底是锰结核密集区(图1)。密集区与反射强度超过特定强度(此次的观测数据标准为5.72dB)的场所相对应(图1及图2),其面积相当于四国和九州加在一起,占南鸟岛专属经济区整体面积(约430,000km2)的14%。

声波显示南鸟岛周边的锰结核分布

图1:通过声学调查获得的南鸟岛周边的海底地形(左)和海底的反射强度分布(中间)
声波显示的锰结核密集区面积相当于右图的四国和九州加在一起的面积

该研究团队2016年发现,船发出的声波在海底反射的强度(海底的声学特性)与利用载人潜水器“深海6500”(日本海洋研究开发机构保有)肉眼观测的海底地质特征(尤其是锰结核密集度)的变化高度对应,宣布声波的反射强度可用于资源探测。同时还宣布,高反射强度区域广泛分别在南鸟岛专属经济区东南部,均为锰结核密集区。当时解析的声学数据是该研究团队2016年以前获得的数据的一部分,此次结合了5次航海调查取得的所有高精度声学数据,还加入了2017年利用“深海6500”新实施的海底观察的结果(图2),整理了所有信息。此次的主要成果是,通过解析dB值的频率分布图(直方图),客观发现了将密集区与其他区域区分开的反射强度阈值(此次为上面提到的5.72dB),由此实现了以前难以实现的多种反射强度数据的结合、密集区的广域可视化以及准确的面积计算。分布图上显示的密集区分布在南鸟岛专属经济区内的不同海域,南鸟岛专属经济区内还有三分之二的海域未调查,因此预计面积会进一步扩大。

声波显示南鸟岛周边的锰结核分布

图2:反射强度与海底地质的对应
黑色球状物体为锰结核

目前可以应用该探测方法的只有锰结核,不过,该方法对周边分布的富钴锰结壳也显示出了同样的高反射强度,有望使用相同(或者类似的)声波探测方法进行探测。另外,此次开发的结合多种声学数据的方法基于直方图解析这种常用的解析方法。也就是说,从原理上来说,能以相同的标准结合现存或今后取得的各海域的反射强度数据,实现涵盖整个海洋的 “超” 广域资源探测。此外,数据结合的概念应该还能应用于热液硫化物矿床等的调查使用的其他各种声学观测设备的数据。可以说,此次的成果是沉睡于深海海底的新一代海洋资源探测和开发史上的重要里程碑。

发表论文
■论文题目:Visualisation method for the broad distribution of seafloor ferromanganese deposits
期刊:《Marine Georesources & Geotechnology》
DOI:10.1080/1064119X.2019.1696432
URL:https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/1064119X.2019.1696432

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文:JST客观日本编辑部翻译整理

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