科研人员手握的“探海神针”可一探“水晶宫”

作者: 张鑫 杜增丰

来源: 中国科学院海洋研究所

发布日期: 2017-10-11 07:30:00

我国新一代远洋综合科考船“科学”号在执行中科院海洋先导专项的航次中,携带的“发现”号遥控无人潜水器及其自主研发的拉曼光谱探针,在我国南海海域首次发现了裸露在海底的“可燃冰”,并证实其为天然气水合物。这套插入式深海原位拉曼光谱探针系统(RiP)为国内首创,解决了深海极端环境探测中样品成分挥发或分解的问题,通过原位探测获取了大量重要数据,为深海环境研究提供了重要支持。

日前,我国新一代远洋综合科考船“科学”号在执行中科院海洋先导专项的航次中,船上搭载的“发现”号遥控无人潜水器携带我国自主研发的拉曼光谱探针,在我国南海海域首次发现了裸露在海底的“可燃冰”,并证实其为天然气水合物。其中,拉曼光谱探针发挥了重要作用。这套插入式深海原位拉曼光谱探针系统(Ramaninsertion Probe,RiP)主要由水下主耐压舱及适用于不同探测对象的探针组成,为国内首创。

以往对深海极端环境的探测大多是采取先取样,然后带回实验室进性分析的方法。但是,取样样品中某些特定的成分(如甲烷、硫化氢等)会随着温度、压力条件的改变而挥发或者分解。更糟糕的是,已有研究表明,即便是通过保压取样获取的样品,其中的成分与原位真实浓度相差也极大。RiP系统可以解决上述这些问题。

通过更换不同的探针,RiP系统可以在深海原位获取冷泉区、热液喷口区、沉积物区等极端区域下的流体、孔隙水、天然气水合物等目标物的成分组成,这也是RiP系统最大的优势所在,因此被研发人员称为“探海神针”。

拉曼光谱是一种分子光谱,反应的分子振动、转动能级,素有“分子指纹光谱”之称。入射激光照射到目标物上后,具有拉曼活性的样品分子与入射激光发生能量转移,从而发射拉曼光谱信号,通过拉曼信号可以分析样品分子的分子结构、振动模式等信息。RiP系统是基于拉曼光谱技术的原位探测系统,结合实验室内建立的定量分析方法,我们不仅可以获知目标物中的成分组成,还能得到深海极端区域探测目标物的原位浓度。

RiP系统研发后,已经参加中国科学院重大科技基础设施“科学”号2015、2016、2017三个年度的海洋综合考察,前往我国南海冷泉区、马努斯热液区、冲绳海槽热液区等海域,随“发现”号有缆远程遥控机器人(RemoteOperate Vehicle, ROV)下潜至冷泉喷口、热液喷口等极端环境下进行原位拉曼光谱采集,已累计下潜近20个潜次,成功获取数百条原位拉曼光谱。

以上几项典型的Rip系统成果,表明RiP系统在深海极端环境原位探测中具有重要意义,为热液、冷泉区域的环境演化提供重要原位数据支撑,为深海极端环境生物群落的生存机制提供辅助证据,让我们对深海环境有了进一步认识。我们相信,随着RiP系统的常态化应用,“探海神针”在探测深海极端环境奥秘的路上将取得越来越多的成果和发现!

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