近日，國際學(xué)術(shù)期刊《Deep-Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers》發(fā)表了題為“Development and deployment of lander-based multi-channel Raman spectroscopy for in-situ long-term experiments in extreme deep-sea environment”的文章，報(bào)道了中國科學(xué)院海洋研究所成功研制國際首套深海多通道拉曼光譜探測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了冷泉噴口流體、天然氣水合物動力學(xué)過程、冷泉生物群落的長期原位觀測與現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，在我國南海冷泉區(qū)域構(gòu)建首套深海原位光譜實(shí)驗(yàn)室。
研究團(tuán)隊(duì)前期研發(fā)的探針式深海激光拉曼光譜探測系統(tǒng)已常態(tài)化應(yīng)用到深海沉積物孔隙水、冷泉和熱液噴口流體、化能合成生物群落內(nèi)部流體、天然氣水合物以及冷泉和熱液噴口系統(tǒng)附近巖石礦物的原位探測與定量分析。但是，隨著對深海熱液和冷泉系統(tǒng)研究的深入，科學(xué)家逐漸認(rèn)識到深海熱液或冷泉系統(tǒng)是有機(jī)統(tǒng)一的整體，冷泉和熱液活動在時(shí)間和空間上都具有強(qiáng)烈的不均勻性。已有的深海原位拉曼光譜儀的探測是短期瞬時(shí)且相對獨(dú)立的，難以捕捉冷泉和熱液系統(tǒng)等高動態(tài)和非均勻環(huán)境中不同目標(biāo)之間的動態(tài)規(guī)律和潛在聯(lián)系。
為此，研究團(tuán)隊(duì)研制了國際上首套深海多通道拉曼光譜探測系統(tǒng)（Multi-channel Raman insertion probes system, Multi-RiPs），研發(fā)光路切換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了主要光學(xué)器件（如激光器、光譜儀、光電傳感器等）的分時(shí)復(fù)用（如圖1所示），結(jié)合系列化拉曼光譜探針，實(shí)現(xiàn)了深海熱液（如圖2）、冷泉（如圖3）系統(tǒng)中流體、固體、氣體等不同相態(tài)目標(biāo)物的長期原位監(jiān)測。
圖1 多通道拉曼光譜探測系統(tǒng)關(guān)鍵光學(xué)器件布局圖
圖2 Mulit-RiPs搭載LOOP在熱液區(qū)域進(jìn)行原位實(shí)驗(yàn)與多目標(biāo)物長期連續(xù)探測示意圖
圖3 Mulit-RiPs搭載LOOP在冷泉區(qū)域進(jìn)行原位實(shí)驗(yàn)與多目標(biāo)物長期連續(xù)探測示意圖
為了明確甲烷在深海冷泉噴口附近的轉(zhuǎn)換通道以及冷泉區(qū)域的甲烷釋放通量，研究團(tuán)隊(duì)使用深海多通道拉曼光譜探測系統(tǒng)搭載深海坐底長期觀測系統(tǒng)（Long-term ocean observation platform, LOOP）于2020年、2021年、2022年前后3次布放于我國南海北部的臺西南冷泉區(qū)域（如圖4），實(shí)現(xiàn)了冷泉噴口流體中主要成分、天然氣水合物與深海環(huán)境的耦合變化過程、冷泉生物群落內(nèi)部甲烷氧化過程的長期原位探測與現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，成功建設(shè)國際首套深海原位光譜實(shí)驗(yàn)室，并在深海冷泉、熱液等區(qū)域常態(tài)化運(yùn)行。
圖4 Mulit-RiPs搭載LOOP連續(xù)三年（a：2020年；b：2021年；c：2022年）
論文第一作者為海洋所副研究員杜增豐，通訊作者為海洋所研究員張鑫。研究得到了國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)等項(xiàng)目聯(lián)合資助。
相關(guān)成果及鏈接如下：
Zengfeng Du, Shichuan Xi, Zhendong Luan, Lianfu Li, Liang Ma, Xiong Zhang, Jianxing Zhang, Chao Lian, Jun Yan, Xin Zhang*. Development and deployment of lander-based multi-channel Raman spectroscopy for in-situ long-term experiments in extreme deep-sea environment. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers (2022): 103890.
https://doi.org/10.1016/j.dsr.2022.103890;
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0967063722002023
