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我国南海海域首次发现裸露“可燃冰” 拉曼光谱

发布时间:2017-12-03 阅读:

  中国首次发现南海赤裸裸的“易燃冰”拉曼光谱探针发挥了重要作用_科学网

  近日,中国新一代海洋综合科学研究船舶科学实施中国科学院特殊航行试点试点,该船搭载发现的遥控无人潜艇自行研发了拉曼光谱探测器,首先在南海海域发现易燃冰块,露在海底,并确认其为天然气水合物。

  其中,拉曼光谱探针发挥了重要作用。嵌入式深海拉曼探测器(RiP)系统主要由水下主压力罐和适合不同探测目标的探头组成。

  以往大多数对深海极端环境的探索都是先取样,然后再把实验室分析的方法带回去。然而,样品中某些特定成分(如甲烷,硫化氢等)会随着温度和压力条件的变化而挥发或分解。更糟糕的是,研究表明,即使是居住包装的样本与真实的原位浓度也有很大的差别。

  RiP系统可以解决这些问题。通过改变不同探头,RiP系统可以在极端条件下,如深海原地的冷泉区,热液喷口区,沉积区等,获得流体,孔隙水和天然气水合物等目标物的组成。这也是RiP系统最大的优势所在,所以R人员称之为探海。

  拉曼光谱是一种分子光谱学,分子振动响应,旋转能级,被称为分子指纹光谱学。入射激光照射目标后,拉曼活性样品分子与入射激光进行能量转移,发射拉曼光谱信号。拉曼信号可以用来分析样品分子的分子结构和振动模式。 RiP系统是基于拉曼光谱的原位检测系统。结合实验室建立的定量分析方法,不仅可以了解目标成分的组成,而且还可以获得深海极地区域目标的原位浓度。

  RiP系统的研发,先后参加了中国科学院重大科技基础科学2015-2016,2017三年度海洋调查,向南海冷泉地区,马努斯热液区,冲绳海槽热液区等水,现场拉曼光谱已被发现远程操作车辆(ROVs)潜水冷泉喷口,热液喷口和其他极端的环境,积累近20潜在的潜艇,并成功地获得了数以百计的原位拉曼光谱。

  这里给大家详细介绍一下,探索海神针在过去的几年里已经从海上被发现。

  1,高温热液喷嘴流体成分首先在原位检测

  通常被称为海底黑烟囱的热液喷口。在一定的地质构造条件下,受热的海水把地层深处的物质从热液喷口带到周围的海水中,喷嘴流体中的硫化物逐渐在喷嘴附近形成烟囱体。除了着名的黑色烟囱(温度约300°C或更高,溢出的流体黑色),还有冷冻的白色烟囱和黄色的烟囱。

  由于热液孔口区域的高温,高压,高腐蚀性等极端环境的影响,热液孔口流体的原位探测面临着巨大的挑战。在2015年南海冷泉一马努斯热液一体化巡航中,配备了热液排放拉曼插入探头(RiP-Hv)的RiP系统与发现ROV一起转向马努斯热液海的热液喷口,实现了流体的原位检测不同温度的热液喷口组成已经成功地获得了世界上首次在高达279℃的热液喷口的原位光谱。通过后期数据分析,您不仅可以了解热液喷口流体的原位成分和浓度,还可以了解喷口区域的原位pH值。

  上述数据采集为研究热液系统演化,热液系统物质和能量交换以及与周围环境的相互作用提供了重要的现场数据支持。

  南海冷泉的原位检测与分析

  在大陆架斜坡中,由热诱发或生物产生的石蜡气体从底部沉积物向上泄漏,形成冷泉喷口。泄漏活动将底层的石蜡气和硫化氢气体带入海水层,从而为化学合成细菌提供碳源和能源,在此基础上形成特定的化学合成生态系统。

  在2015年,2016年和2017年,南海冷泉综合航行的科学体系,配备RiP-Cs(RiP-Cs)的RiP系统与ROV发现号一起转入南中国海的冷泉喷水区ROV,附近的生物群落被水覆盖,用于原位探测。通过数据分析,我们了解了冷泉水的主要化学成分,并首次发现在生物群覆盖的水体中存在元素硫。

  3,深海沉积物AOM反应原位检测

  由于深海沉积物中缺氧造成的特殊环境,沉积物内部发生了一系列独特的生物地球化学反应。最着名的是甲烷厌氧氧化(AOM)。通过该反应,沉积物中的厌氧甲烷氧化与硫酸盐还原反应相关,硫酸盐还原反应又将碳循环与硫循环联系起来。

  在多年的航行过程中,配备拉曼探测孔隙水(RiP-Pw)的RiP系统成功获得了不同深度的沉积物,并发现ROV潜水到南中国海冷泉附近的沉积物附近孔隙水原位拉曼光谱,经分析,可作为硫酸盐的生化反应,甲烷浓度随深度呈规律性变化。这些结果提供了揭示沉积物中复杂生化反应的第一手资料。

  4,寒冷泉水附近发现天然气水合物

  在更活跃的冷泉喷口附近,天然气水合物可能存在于底层沉积物或自生碳酸盐岩裂缝中。在以前的航行中,配备RiP-Gh(Raven插入式天然气水合物探头,RiP-Gh)的RiP系统被发现ROV转移到南中国海冷泉附近。利用RiP-Gh原位拉曼光谱分析了天然气水合物表面露出的天然气水合物和天然气水合物的物理参数,如组分和水合物类型。对天然气水合物的形成和分解机理的研究具有重要的参考价值。

  上述几种典型的Rip系统的结果表明,RiP系统对深海极端环境的原位探测具有重要意义,为热液和冷泉地区的环境演变提供了重要的现场数据支持,深海极端环境生物群系机制的辅助证据,让我们对深海环境有更深的了解。我们相信,随着RiP系统的正常化应用,我们将在探索极端海洋环境的奥秘方面取得越来越多的成果和发现。

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