深海高溫?zé)嵋簢娍诹黧w原位拉曼定量探測(cè)獲新突破

 

 

刊物封面
 

　　深海熱液系統(tǒng)作為20世紀(jì)地球科學(xué)重大發(fā)現(xiàn)，溝通了不同圈層之間的物質(zhì)能量交換。近年來，高溫?zé)嵋簢娍诹黧w理化性質(zhì)及其對(duì)大洋環(huán)境影響已成為熱液活動(dòng)新的研究熱點(diǎn)。溫度、壓力變化以及海水混入的影響會(huì)明顯改變熱液噴口流體的化學(xué)成分或濃度，盡管科學(xué)家使用保真取樣方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析取得了較為貼近的數(shù)據(jù)，但由于取樣方法的限制而一直無法獲取高溫?zé)嵋簢娍趦?nèi)流體的準(zhǔn)確樣本，造成分析數(shù)據(jù)與實(shí)際仍有明顯差異。研究團(tuán)隊(duì)攻克了光學(xué)鏡頭耐高溫和高濃度顆粒附著對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的影響等國際技術(shù)難題，成功研制了國際首臺(tái)耐高溫(450℃)的熱液流體拉曼光譜探針-RiP(Xin Zhang et al., DSR-I, 2017)。該系統(tǒng)自2015年以來依托“科學(xué)”號(hào)科考船和“發(fā)現(xiàn)”號(hào)深海纜控潛器(ROV)對(duì)馬努斯熱液區(qū)、沖繩海槽熱液區(qū)的高溫?zé)嵋簢娍谶M(jìn)行了原位拉曼光譜探測(cè)，采集到大量原位光譜數(shù)據(jù)。
 

　　該研究基于2016年“科學(xué)”號(hào)熱液冷泉綜合航次獲得的沖繩海槽中部熱液區(qū)三個(gè)高溫?zé)嵋簢娍诹黧w的原位拉曼光譜(最高273℃)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室內(nèi)大量高溫模擬實(shí)驗(yàn)建立的CO2、SO42-的拉曼光譜定量分析模型(Lianfu Li, Xin Zhang*, et al., Applied Spectroscopy, 2018; Shichuan Xi, Xin Zhang*, et al., Applied Spectroscopy, 2018)，成功確定了沖繩海槽中部熱液噴口流體中CO2、SO42-的濃度 (Lianfu Li, Xin Zhang*, et al., G-cubed, 2018) 。研究發(fā)現(xiàn)，硫酸根含量作為海水混入程度的指標(biāo)，在所測(cè)高溫?zé)嵋毫黧w中的含量幾乎為零，證明原位拉曼探測(cè)系統(tǒng)采集的熱液流體中并未發(fā)生海水混入，即所測(cè)樣本代表原始的熱液流體噴出物。通過對(duì)比ROV在同一熱液噴口保壓取樣方法測(cè)量的二氧化碳濃度發(fā)現(xiàn)，原位測(cè)量的濃度可高出保壓取樣實(shí)驗(yàn)室測(cè)試濃度的三倍以上。基于該成果可以認(rèn)為熱液活動(dòng)對(duì)全球碳循環(huán)以及氣候變化的影響很有可能被大大低估。該研究對(duì)于推動(dòng)原位光譜探測(cè)技術(shù)在深海極端環(huán)境下的應(yīng)用具有重要意義，有助于重新認(rèn)識(shí)熱液活動(dòng)對(duì)全球海洋環(huán)境的影響。
 

　　該研究得到了國家自然科學(xué)基金、中科院海洋先導(dǎo)專項(xiàng)、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目的資助。博士研究生李連福為論文第一作者，研究員張?chǎng)螢橥ㄓ嵶髡摺?br /> 

　　(原文標(biāo)題：深海高溫?zé)嵋簢娍诹黧w原位拉曼定量探測(cè)獲新突破)