海底观测节点

海底观测节点位置的选址是以科学研究为核心的。科学目标和观测计划主导观测节点的建设位置，但物理性危害、渔业活动及成本也可能会改变基础设施的建设地点（Barnes etal.，2013）。

2.2.1 NEPTUNE Canada观测网观测节点

NEPTUNE Canada观测范围为水下17～2660m，整套观测系统以800km海底光纤电缆为主干，电缆从温哥华岛西岸出发，穿过大陆架进入深海平原，向外延伸到大洋中脊的扩张中心，最终形成一个回路（图2-1）。NEPTUNE Canada观测网现有的6个海底观测节点是Folger Passage（福尔杰水道）、Clayoquot Slope（克雷欧克斜坡，原来的ODP889观测点）、Middle Valley（米德尔瓦利）、奋进岭（Endeavour）、Cascadia Basin（斯凯迪亚海盆，原ODP1027观测点）和Barkiey Canyon（巴克利峡谷）。

1.Folger Passage

Folger Passage是最浅的观测节点，水深小于100m，位于陆生和海生生态系统交界处，种群密度和多样性均尤为丰富。Folger Passage具有两个截然不同却又互相联系的独特生态系统。第一个生态系统位于Folger浅水的近岸珊瑚礁生态系统，生长着大量的海绵、海葵、苔藓动物（外肛动物）和海藻，以及诸如软体动物、岩鱼、大量的棘皮动物，构成了海底生命体家族绚丽多彩的图景；第二个生态系统位于Folger深水区，由于波浪混合运动剧烈、光照充足，因此具有丰富的浮游生物群落和大量的鱼群。通过该观测节点，有机会去监测上升流活动及其对生态系统的影响，相关研究将为加拿大的渔业可持续发展提供有力支撑。

Folger Passage节点通过布放一系列的设备和传感器（图2-3），主要开展温哥华岛西海岸海洋过程（比如潮流、海水混合、风暴等）及其对沿海生态系统的影响研究。主要研究工作如下：

图2-3 渥太华岛西海岸的Folger Passage观测节点水下安装布设示意图

·应用声学多普勒海流剖面仪（ADCP）装置，开展Folger浅水和深水声流可视化研究。

·使用回声探测仪获取声学数据，研究鱼、浮游生物和横贯Folger Passage的气泡（bubbles）。

·结合深海探听计划（Listen to the Deep Ocean，LIDO），使用水听器研究深海生物发声特征。

·通过使用温度、氧气和盐度的观测数据，评估与风暴相关的深层海水混合及其对生态系统动力学的影响。

2.Clayoquot Slope（原ODP889）

Clayoquot Slope位于大陆坡中部Cascadia Basin俯冲带底缘的向陆方向约200km远处，水深1258m。由于板块汇聚时，俯冲的胡安·德富卡构造板块上沉积物被刮削下来，增生到北美板块上面。随着沉积物不断加厚加实，孔隙水和气体被挤出，形成冷泉渗漏口（如Bullseye喷口）、气体水合物堆和气体渗出口。Clayoquot Slope附近生活有各种深海生物，如岩鱼、比目鱼、刺须鱼和鼠尾鳕鱼，还有一些棘皮动物、软体动物、节肢动物、刺细胞动物；在Clayoquot Slope甲烷水合物区附近存在大量的生物及菌席。

甲烷流体渗漏以及水合物堆积埋藏对海洋生物、地质滑坡甚至潜在的气候变化皆有强烈的影响。该地区已有一系列科学钻孔（如ODP889），其中两个钻孔布放了仪器链，延伸海底几百米深处。这些布放在钻孔中的传感器现在是自容式，未来计划与NEPTUNECanada观测网相连，从而可获得实时数据。Clayoquot Slope节点主要是围绕气体水合物及其相邻的海底钻孔，通过布放声呐设备器以及测量潮汐压、温度、潮流、地震，甚至还有沉积物水文地质等仪器传感器（图2-4），重点开展气体水合物、海底流体和气体、Cascadia古陆边缘地震活动、深海微生物的观测，研究地震和地质滑坡对天然气水合物分布的影响。目前主要的观测研究工作如下：

图2-4 Clayoquot Slope观测节点水下安装布设示意图

·地震观测：使用4个宽带地震仪和4个短周期地震仪，研究海底地震和其他的构造活动。

·Bullseye水合物渗漏喷口观测：利用2个静止成像实验[控源电磁实验（Controlled Source Electromagnetic，CSEM）、海底依从性实验（Sea Floor Compliance，SFC）]，观测冷泉喷口气体水合物的物理动力学过程。

·Bubbly Gulch峡谷声呐观测：通过声呐获取的反向散射数据，探测甲烷气体从海底溢出到水柱变化过程。

·洋壳水文地质观测：对胡安·德富卡构造板块进行钻孔，揭示偶发的板块移动、板块间内压力、地震等动态过程之间的关系。将来的扩展研究中，将会引入地质动力学监测设备（如倾斜仪和精密深度记录仪），捕获构造应力对海底变形的影响。

3.Endeavour

Endeavour观测节点水深2200～2400m，该海岭沿着胡安·德富卡和太平洋构造板块之间的扩展地壳边界分布。由于海底热液活动十分活跃，使得温度梯度变化剧烈；同时，热液喷口附近生长着特殊的物种，其中的微生物主要依靠化能合成作用获取营养。喷口群落的分布和组成受地质、物理和化学过程的影响很大，是观测化学、生物学、地质学过程及其生态环境演化的一个理想节点。

20年多年来，Endeavour一直是科学家研究的焦点区域，并于2003年被官方划为海洋保护区（MPA）。该节点通过在Endeavour中心喷口、南部喷口Mothra，以及北部喷口High Rise和Salty Dawg布放大量观测设备和传感器（图2-5），同时围绕热液场的西北方、东北方、南西方和东南方共布放四套锚系设备，组成一个矩形的锚系阵列。重点观测热液热通量动力学、溶解的矿物、潮流、微生物和宏生物的行为和数量，以及地震活动等。

图2-5 Endeavour观测节点水下安装布设示意图

4.Cascadia Basin（原ODP1027）

Cascadia Basin中心是一覆盖厚层沉积物的深海平原，从大陆边缘的基底延伸到洋中脊，水深约2660m。全球深海平原的覆盖面积超过地球表面的50%，是一个极为广阔的环境。一般认为，深海平原是一片荒凉和贫瘠的区域，那里低温、高压，完全黑暗，即使适应能力强的生物也难以存活。虽然深海平原中的生命体数量较少，远低于高生产力的近岸上升流区和热液喷口区。但是，借助深海载人潜水器和远程操控深潜器，能够观测到各种各样的海洋生物分布在深海平原的沉积物和水柱中。深海平原的生物代谢物质主要依靠从海表沉降的生物碎屑残体，即海洋雪（marine snow），这种海表物质与深海生物体之间的关联，形成了错综复杂的食物网。但是目前我们对深海底部的生物及生态系统的了解十分有限。

同时，上洋壳中火山岩裂隙是地球上最大的蓄水层。Cascadia盆地是研究洋壳流体运移的理想位置，这里在ODP钻孔安有CORK装置，用来观测海底之下数百米内地壳的温度和压力变化、热液系统热和物质通量、地震与海啸、深海生态系统、深海沉积物及上洋壳中的微生物。目前主要的观测研究工作如下：

·地震观测：使用4个宽带地震仪和4个短周期地震仪，观测海底地震和其他构造活动。

·洋壳水文地质学观测：结合ODP钻孔，揭示偶发的板块移动、板间拉力和地震等动力过程之间的响应关系。

·海啸观测：研究海啸诱发的长波产生、传播、转化、抬高和消散，提高海啸的预报预警能力。

图2-6 Cascadia Ba-sin观测节点水下安装布设示意图

5.Barkley Canyon

Barkley Canyon位于Cascadia古陆消减带的前缘，从大陆架边缘（深度400m）延伸到大陆坡及峡谷轴（深度985m）。Barkley Canyon地区主要受到加利福尼亚气流的影响，近海发育有上升流和下降流。除此之外，Barkley Canyon是一个主要的洋流运输通道，可将沉积物从大陆坡输送到深海。

Barkley Canyon海底的压力、温度、气体饱和率和区域生物化学条件，适宜气体水合物的稳定存在。沿着峡谷向下直到深海，分布大量生物，它们逐渐进化并适应高压、缺光、低养分的环境。另外，在Barkley Canyon甲烷水合物区还发现了大量化能合成微生物菌席。Barkley Canyon观测节点还有2个移动平台，即POGO（Profiling Oceano Graphic Observa-tory）垂直剖面和世界上首台网络操作的深海爬行车Wally。

Barkley Canyon观测范围覆盖大范围的大陆边缘环境，是研究物质输运、消减带形成过程、气体水合物稳定性、峡谷和上升流对物理和生态过程的影响。当前对于Barkley Canyon的一些观测研究如下：

·应用包括Wally爬行车及其相关设备，研究气体水合物底部生态系统以及气体水合物动力学过程。

·海底边界层的物理生物驱动条件及其对生态系统动力学的影响。

·研究海啸及其他长波的产生、传播、转化、抬高和消散，提高对海啸的预警能力。

·使用4个宽带地震仪和4个短周期地震仪，研究海底地震和其他的构造活动。

图2-7 Barkley Can-yon观测节点水下安装布设示意图

6.Middle Valley

Middle Valley位于胡安·德富卡山脊的北缘轴向延伸的裂谷，靠近Sovanco破裂带的交叉点，山谷被2km厚的浊积物覆盖。两个热液场（分别为Bent Hill和Dead Dog）沿着张性断层分布。热液喷口附近生长着大量动物群落，包括共生的双壳类（蛤）和管虫。从1991年的ODPLeg139航次开始，通过钻孔，查明了Bent Hill堆积的硫化物分布面积和埋藏深度，并且在两个CORKs钻孔（858G和857G）中安装了传感器，目前数据记录器由电池供能，并通过深潜器下载数据。该站点最初主要用作可替换的备用站点，目前已完成大部分海底观测设施安装，主要观测内容如下：

·海底热液系统观测：探测热液系统热和化学流体通量，研究洋壳的水文学与地壳运动之间的关联。

·洋壳水文地质学观测：Middle Valley水下观测节点附近装有两个相互连接的CORKs的钻孔，会有助于分析钻孔数据以及连续、高频率取样。

·构造地质学（地震活动）观测：获得精确的地震发生时间，提高海啸预警能力。

·海洋哺乳动物和海洋环境噪声：追踪须鲸类的季节性迁移，增进我们对东北太平洋鲸类总体情况的正确理解。

·底栖动物生态学观测：Middle Valley热液喷口动物的多样性异常丰富，主要包括丰富的蛤，两种不同类型的管蠕虫，以及广泛分布的微生物菌席。

2.2.2 VENUS观测网观测节点

VENUS为近岸观测网，主要观测节点分布在弗雷泽河口（Fraser River）三角洲、乔治亚海峡（Strait of Georgia）和萨尼奇湾（Saanich Inlet）。

1.弗雷泽河口（Fraser River）三角洲

Fraser河水来自于英属哥伦比亚州南部海岸山脉。冬雪融化会引起河水流量成倍增加，大量淡水注入显著改变乔治亚海峡南部近地表及区域内环流。由于潮汐混合的增强作用，河口底层环流引起净表层流从胡安·德富卡海峡流出，而富含营养盐的太平洋海水从底层注入。同时，Fraser河携带大量淤泥，在三角洲前缘快速沉淀堆积为沉积物，而潮汐再悬浮和运输作用又会进一步导致沉积物沿着三角洲斜坡运移。河口沉积物的快速沉积会形成不稳定的斜坡，从而容易引起海底滑坡。由于该三角洲靠近许多重要基础设施如温哥华机场、港口、渡轮口，因此非常有必要对近海区域沉积动力学进行观测研究。

Fraser三角洲主要观测主题是海底滑坡和沉积物的稳定性。弗雷泽河口三角洲布放多种类型的传感器和设备，如用来探测海底滑坡相关数据的地震液化原位触探仪（Seismic Liquefaction In Situ Penetrometer，SLIP），该仪器包括测试水柱和海底压力的压强计、测试地震活动的加速计、测试沉积物流动的倾角罗盘等；水听器观测海底滑坡和地震活动；此外，三角洲动力实验室（Delta Dynamics Laboratory，DDL）还提供关于水质、浊度、水流等环境信息。主要观测内容如下：

·弗雷泽河口三角洲地下水；

·基于浊度数据预测春季淡水开始注入的时间；

·声呐成像系统对海底进行小时尺度上拍照，观测海底发生的变化；

·回声探测器识别沉积物生物地化过程产生的气泡；

·应用其回声探测器确定盐水和淡水交汇界面的内波；

·应用雷达（CODAR）远程测量海水表层流流速；

·利用三角洲动力实验室上的回声探测仪，观测低潮期海水后退引起Fraser河水携带淤泥注入乔治亚海峡，产生“沉积物瀑布”（sediment waterfall）现象。

2.乔治亚海峡（Strait of Georgia）

Georgia海峡位于温哥华岛和Fraser三角洲之间，是动力过程十分活跃的内陆海，同时该海峡也是西北太平洋沿岸主要航线。乔治亚海峡受河水注入和潮汐流影响较大，来自Fraser河的淡水注入驱动着区域内河口环流；同时，受潮汐混合作用、胡安·德富卡海峡口的上涌作用、太平洋季节性富营养海水注入，乔治亚海峡拥有丰富的浮游动物和渔业资源，如鲸鱼、海豚、大马哈鱼等。VENUS的乔治亚海峡水下节点重点观测研究河口动力学、潮汐混合作用、沉积物搬运、海洋哺乳动物、浮游动物、大马哈鱼栖息地及三角洲斜坡不稳定性。乔治亚海峡受人类活动影响较大，游艇、渡轮、工业活动严重影响海洋声音环境，是监测声音环境及噪声对海洋生物群落影响的理想区域。该观测节点由6个设备平台组成，其中中心节点3个，东部节点3个（图2-8）。

主要观测工作如下：

·人类活动对海洋哺乳动物群落影响：利用精密的宽频水听阵列对哺乳动物的声音进行监测，研究海洋哺乳动物可以忍受何种尺度的噪声，以及它们如何适应噪声。

·运用多频回声水听器识别大型生物（大马哈鱼、海豹等）及小型生物（浮游动物）。

·运用沿岸海洋动力应用雷达研究涨落潮时的潮汐水流矢量。

图2-8 乔治亚海峡观测节点水下安装布设示意图

3.萨尼奇湾（Saanich Inlet）

萨尼奇湾位于温哥华岛上最大人口密集区维多利亚市的正北方，此地许多居民对每年大马哈鱼通过萨尼奇湾进入金溪公园产卵非常熟悉。毫无疑问的是，此地拥有丰富的海洋生物种类及活跃的动力氧环境，因而成为引人注目的生态环境系统。春季海水温度上升，浮游植物大量增加，供给浮游动物的增长，从而引起三级消费者的增加（如鲸鱼、大马哈鱼等）。这种快速增长也引发大量浮游植物死亡，浮游植物尸体沉入海底，被大量消耗氧的细菌分解，造成海底低氧环境，直到秋天海底恢复富氧环境。这种生物动力学已经研究了超过80年。溶解氧的季节变化，复杂的生物地球化学循环，多样的海底生态系统，丰富的浮游动物，活跃的营养阶层，使得萨尼奇湾成为一个研究氧环境变化对海洋生物多样性影响的理想场所。

萨尼奇湾观测节点水下安装布设如图2-9所示，其主要观测研究内容有：

图2-9 萨尼奇湾观测节点水下安装布设示意图

·低氧生态系统，海湾物质交互，化学元素循环。

·浮游动物和鱼类数目随着海湾内环境变化而变化。