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中科院深淵科考隊(duì)搭乘“探索一號(hào)”三亞啟航執(zhí)行科考任務(wù)

蔡麗娟 2017-1-15 14:45:27

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今天(15日)上午9點(diǎn),,中國科學(xué)院深淵科考隊(duì)搭乘“探索一號(hào)”科學(xué)考察船從三亞啟航,,按照中國科學(xué)院“海斗深淵前沿科技問題研究與攻關(guān)”先導(dǎo)專項(xiàng),、及國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“深海關(guān)鍵技術(shù)及裝備”重點(diǎn)專項(xiàng)的任務(wù)部署,,執(zhí)行深淵科學(xué)考察和研究任務(wù),。

此次科考團(tuán)隊(duì)由中國科學(xué)院深淵科考隊(duì)的60人組成,,其中船員29人,,科考隊(duì)員31人,,科考隊(duì)員來自國內(nèi)多家科研院所、大學(xué)和企事業(yè)單位,,包括中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所,、深海科學(xué)與工程研究所,、浙江大學(xué),、青島華洋海事服務(wù)有限公司、深圳長(zhǎng)榮海船舶工程有限公司等9家單位,。去年6月,,中國科學(xué)院深淵科考隊(duì)使用自主研發(fā)的系列高技術(shù)裝備,執(zhí)行了我國第一次綜合性萬米深淵科考,,實(shí)現(xiàn)了我國首次11000米級(jí)深淵區(qū)域的無人深潛與探測(cè),,標(biāo)志著我國深海科技正式進(jìn)入萬米時(shí)代,。

極端環(huán)境實(shí)驗(yàn)室模擬萬米深海

對(duì)于普通人而言,,深海大概就是海底,或者海里比較深的部分,。而對(duì)于中科院深海所而言,,深海有其自己的界定。那么,,到底什么是深海,?深海研究又是怎樣進(jìn)行的呢?

中科院深海所研究的深海,,指的是海里深度超過6000米的地方,,通常是板塊俯沖形成的海溝區(qū)域,其最深處形似漏斗,,被形象地稱為“海斗深淵”,。那么,如何對(duì)深海進(jìn)行研究呢,?極端環(huán)境模擬研究實(shí)驗(yàn)室發(fā)揮了作用,。

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中科院深海所極端環(huán)境模擬研究實(shí)驗(yàn)室主任 周義明:在這里就是要模擬在自然界的不管是固樣、液樣還是氣樣的樣品,,在不同的溫度,、壓力條件之下,它的各種性質(zhì),,包括拉曼(光學(xué))特性,。除了肉眼,或者在顯微鏡下的相位關(guān)系之外,,還要在不同的壓力溫度環(huán)境下收集它的拉曼(光學(xué))特征,。

在極端環(huán)境的激光拉曼光譜儀實(shí)驗(yàn)室,,這個(gè)由純二氧化硅制得的硅管很特殊,它可以在不同的溫度和壓力條件下模擬自然界的流體,,溫度可以從-190℃一直到500℃的范圍內(nèi),,用外面加的壓力,調(diào)整溫度,,在顯微鏡底下就可以直接觀察到里面樣態(tài)的變化,。不僅能夠觀測(cè)不同的流體在不同的溫壓條件下與礦物質(zhì)間產(chǎn)生的互動(dòng),還能看到各種金屬在流體之間的溶解,、遷移,、沉淀,更重要的是,,以此探尋生命的奧秘,。

極端模擬實(shí)驗(yàn)室除了有激光拉曼光譜儀實(shí)驗(yàn)室,還有高壓可視反應(yīng)腔實(shí)驗(yàn)室,、冷封式高壓釜實(shí)驗(yàn)室,、熱液金剛石壓腔實(shí)驗(yàn)室等,正是有了這樣的極端模擬實(shí)驗(yàn)室,,科研人員可以在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行多種海洋探測(cè)裝置的相關(guān)實(shí)驗(yàn),,同時(shí)也為探索地外海洋提供了技術(shù)支撐。

海底地震儀 獲得地震剖面圖

深??疾觳粌H需要模擬極端環(huán)境,,各種高科技神器也很重要,。大家知道,,陸地上發(fā)生地震時(shí),可監(jiān)測(cè)信息,,而在6000米及以下的深海中發(fā)生的地震又該如何監(jiān)測(cè)呢,?

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海底地震儀簡(jiǎn)稱OBS,通過監(jiān)測(cè)和分析周緣數(shù)十至幾千公里范圍內(nèi)發(fā)生地震及其他地殼構(gòu)造事件引起的微小振動(dòng),,可觀測(cè)到陸上不易觀測(cè)到的前震和微震活動(dòng),,便于弄清地球構(gòu)造的區(qū)域性差異,是測(cè)定海溝,、洋中脊附近地震動(dòng)態(tài)和特征的最有力手段,。 “探索一號(hào)”在首航時(shí)搭載的就是我國自主研發(fā)的大深度海底地震儀。

中科院地質(zhì)與地球物理研究所工程師王元:海底地震儀主要由三大器件構(gòu)成,,第一是核心的地震計(jì)以及它的電路采集板和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,,第二部分就是回收裝置,第三部分就是防腐蝕和耐壓部分,。這個(gè)是我們最新研發(fā)的萬米級(jí)OBS,,它的工作水深達(dá)到12000米,,工作周期可以達(dá)到14個(gè)月。

由于海底地震儀與陸地地震儀的工作環(huán)境不同,,它不僅需要承受海水的腐蝕,,還要承受海水的壓力。這就對(duì)即將要投放到萬米深海的海底地震儀提出了新的要求,,而工程師們也對(duì)儀器做了一些特殊設(shè)計(jì),。

中科院地質(zhì)與地球物理研究所工程師王元:我們成功研發(fā)了一些水聽計(jì)、水聲換能器,,還有水密插件用來防腐蝕,,在密封方面抗壓方面做了一些改進(jìn)。現(xiàn)在我們最大的工作水深可以到達(dá)12000米,。另外,,低功耗的采集保證海底地震儀在海底工作的時(shí)間更長(zhǎng),確保我們的儀器能夠成功地回收,。

探索一號(hào)在首航時(shí)成功投放和回收了9臺(tái)OBS,,不僅成功檢測(cè)到馬里亞納海溝的地震信號(hào),還在挑戰(zhàn)者深淵獲得一條完整的主動(dòng)源人工地震剖面數(shù)據(jù),。

中科院地質(zhì)與地球物理研究所工程師王元:探索一號(hào)在首航時(shí)最大的投放深度達(dá)到7731米,,可以說是我國首次投放這么大深度的海底地震儀,并且全部取得了回收,,數(shù)據(jù)記錄完整,。另外我們采集了一條人工地震剖面,對(duì)馬里亞納海溝地區(qū)深度結(jié)構(gòu)做了一個(gè)CT掃描,。

高壓模擬平臺(tái) 樣品保壓轉(zhuǎn)移

深??瓶夹枰獜娜f米以下進(jìn)行采樣,并把海底微生物帶到科考船上進(jìn)行分析,,那么如何使高壓環(huán)境下的微生物在轉(zhuǎn)移過程中保持不變的特性呢,?

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深海是一個(gè)高靜水壓的環(huán)境,生存在其中的微生物已適應(yīng)了該高壓環(huán)境,。常規(guī)采樣手段使樣品經(jīng)歷了一個(gè)壓力降低的過程,,可能會(huì)導(dǎo)致深海微生物細(xì)胞受損甚至死亡。深海原位保壓采樣可以保障樣品在采集過程中,,壓力保持穩(wěn)定,,有利于后續(xù)分離深海微生物并研究其壓力適應(yīng)性。

深海微生物細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室博士李學(xué)恭:我們這個(gè)設(shè)備根據(jù)船上的CTD采水器進(jìn)行了一個(gè)改造,,結(jié)構(gòu)跟采水器是匹配的,。CTD潛水器下去的話一般是1m/s的速度,下到6000米就是6000秒,一個(gè)半小時(shí),。到了預(yù)定的水深之后給它一個(gè)信號(hào),,它在幾秒鐘可以把這個(gè)瓶子采滿。10秒鐘海水可以把它填充滿,,體積是500ml,,500ml對(duì)于我們做微生物來說樣品是足夠的。

深海原位保壓采水器主要由保壓采水瓶,,壓力補(bǔ)償器以及壓力傳感器組成,,通過搭載CTD采水器進(jìn)行深海水樣保壓采集,回收至甲板后,,在實(shí)驗(yàn)室中將保壓采水瓶與高壓培養(yǎng)釜連接,,通過高壓泵推動(dòng)保壓采水瓶的活塞,使樣品在保壓狀態(tài)下轉(zhuǎn)移至高壓培養(yǎng)釜,,進(jìn)行后續(xù)微生物的富集培養(yǎng),。

(原標(biāo):中科院深淵科考隊(duì)搭乘“探索一號(hào)”三亞啟航執(zhí)行科考任務(wù))

來源:蔡麗娟