中国自主研发首个深海原位拉曼光谱实验室在南海实现常态化运行(图)

  [中国石化新闻网2022-12-09]中国科学院海洋研究所(简称“中科院海洋所”)12月7日发布消息称，经过近三年的试验验证，依托自主研发的世界首套深海多通道拉曼光谱探测系统搭载深海坐底长期观测系统，该所研究团队在南海构建了中国首个深海原位拉曼光谱实验室，并实现了对冷泉(海底天然气渗漏)喷口流体、天然气水合物(可燃冰)动力学过程、冷泉生物群落的长期原位观测与现场实验。
  研究团队负责人、中科院海洋所研究员张鑫表示，其团队自2008年开始使用拉曼光谱系统对深海热液、冷泉活动的理化环境进行相关研究。此次构建的深海原位光谱实验室实现了深海热液冷泉探测从“看一看”到“测一测”的跨越。
  张鑫介绍说，受成本限制，此前使用的基于ROV(遥控无人潜水器)等深潜器的单通道拉曼光谱探测系统，存在单点、间断探测等不足，无法适应深海热液冷泉不同喷口流体成分各异、非稳态的热液冷泉流体连续喷发等实际应用情景，因此需要一个针对深海热液冷泉活动理化环境开展坐底式的长时、连续、多点原位探测系统，实现对深海的长期原位观测与可控实验。
  张鑫说，作为深海原位光谱实验室的核心部件，由该团队自主研发的世界首套深海多通道拉曼光谱探测系统，创新采用光学系统分时复用技术设计，通过光路切换开关，切换4个通道的拉曼探头与激光器、光谱仪等光学器件的光学通路，实现4个通道的拉曼探头对舱内关键光学器件的分时复用，进而实现对深海热液、冷泉系统中流体、固体、气体等不同相态目标物的长期原位监测。
  同时，该系统具备在线调试、离线自容模式，可根据深海目标物及探测环境的实际情况决定光谱探测参数、制作模板文件，且可实现自动开关机，并按照模板文件采集光谱，完成光谱采集后自动保存光谱，适应深海长期布放。
  据介绍，深海原位光谱实验室的搭建是在深海ROV的辅助下完成的，深海多通道拉曼光谱探测系统上4个通道的拉曼探头会被深海ROV放置在不同的探测区域，实现对深海热液冷泉物理化学环境进行长期原位观测。探测完毕后，将再次借助深海ROV收回探头，等待科考船对其完成回收。
  张鑫说：“深海热液喷口流体对海洋环境的影响范围可达四千余公里。深海探测可辅助研究热液冷泉等极端环境对于海洋生态与全球气候变化的影响，并可探究生命是否起源于海洋等科学假说。”
  据悉，该研究得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金、中国科学院战略性先导专项等项目联合资助。目前，该深海原位拉曼光谱实验室已在中国南海实现了冷泉喷口流体中主要成分、天然气水合物与深海环境的耦合变化过程、冷泉生物群落内部甲烷氧化过程的长期原位探测与现场实验，并在深海冷泉、热液等区域常态化运行。