? 近日，中科院海洋所的研究論文《基于著陸器的深海多通道拉曼光譜探測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用》在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊發(fā)表，標(biāo)志著我國(guó)成功研制出國(guó)際首套多通道深海拉曼光譜探測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)熱液、冷泉等深海極端環(huán)境中流體、固體、氣體等不同相態(tài)目標(biāo)物的長(zhǎng)期原位監(jiān)測(cè)和實(shí)驗(yàn)，大大加快深海探測(cè)研究進(jìn)程。
拉曼光譜探測(cè)是開(kāi)展深海原位探測(cè)的重要技術(shù)手段。2015年以來(lái)，海洋所突破技術(shù)難點(diǎn)，自主研發(fā)出國(guó)際首臺(tái)耐高溫（450℃）拉曼光譜探針并實(shí)現(xiàn)常態(tài)化應(yīng)用，取得了一系列重大成果。例如，首次在南海發(fā)現(xiàn)裸露在海底的可燃冰，在深海熱液區(qū)發(fā)現(xiàn)自然狀態(tài)下存在超臨界二氧化碳和氣態(tài)水，發(fā)現(xiàn)全球深海沉積物中甲烷被低估20倍……“隨著對(duì)深海熱液和冷泉系統(tǒng)研究的深入，我們也逐漸認(rèn)識(shí)到已有的拉曼光譜探測(cè)是短期瞬時(shí)且相對(duì)獨(dú)立的，難以捕捉不同目標(biāo)之間的動(dòng)態(tài)規(guī)律和內(nèi)在聯(lián)系。因此，我們開(kāi)始研發(fā)多通道拉曼光譜探測(cè)系統(tǒng)。”論文通訊作者、中科院海洋所研究員張?chǎng)握f(shuō)。
中科院海洋所此前研發(fā)的拉曼光譜探測(cè)探針，主要搭載在“發(fā)現(xiàn)”號(hào)、“海星6000”等纜控機(jī)器人進(jìn)行應(yīng)用。而本次研發(fā)的多通道拉曼光譜探測(cè)系統(tǒng)，則是將多個(gè)探針固定在深海坐底長(zhǎng)期觀測(cè)系統(tǒng)（深海著陸器）上，如同建立了海底實(shí)驗(yàn)室一樣，因此可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期原位監(jiān)測(cè)和實(shí)驗(yàn)。“這個(gè)系統(tǒng)最大的不同，除了可以開(kāi)展更長(zhǎng)期的海底實(shí)驗(yàn)外，還實(shí)現(xiàn)了‘多通道’的監(jiān)測(cè)。” 張?chǎng)谓榻B，所謂多通道，就是不同于以往只使用一個(gè)拉曼光譜探針，而是把多個(gè)拉曼光譜探針集中在一個(gè)系統(tǒng)里，可以“同時(shí)”進(jìn)行多個(gè)監(jiān)測(cè)或?qū)嶒?yàn)。這不僅極大提高了深海觀測(cè)與實(shí)驗(yàn)效率，而且更精準(zhǔn)研究深海變化規(guī)律。
“該系統(tǒng)有4個(gè)拉曼光譜探針，統(tǒng)一由深海著陸器提供電源供給并受其控制，通過(guò)光路切換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了4個(gè)探針的分時(shí)復(fù)用?！?張?chǎng)谓忉尅胺謺r(shí)復(fù)用”概念時(shí)說(shuō)，通過(guò)提前設(shè)置程序，深海著陸器可以控制每一個(gè)探針的工作時(shí)間、頻次，這4個(gè)探針可以分別在不同場(chǎng)景開(kāi)展高溫?zé)嵋簢娍诹黧w探測(cè)、低溫冷泉噴口流體探測(cè)、天然氣水合物現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)、沉積物-海水界面探測(cè)實(shí)驗(yàn)，也可以全部針對(duì)某一個(gè)深海熱液區(qū)不同位置的高、中、低溫?zé)嵋簢娍诹黧w進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，“如果各探針的監(jiān)測(cè)時(shí)間間隔很短，那么就相當(dāng)于在同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)?！?/p>
“普通的拉曼光譜探針只能探測(cè)濃度很高的物質(zhì)，這也是它的一個(gè)弱點(diǎn)。為此，我們和中科院物理所合作，成功研發(fā)出耐高壓固態(tài)納米材料，提升拉曼光譜探針靈敏度數(shù)千倍?！?張?chǎng)窝a(bǔ)充說(shuō)。
2020年，中科院海洋所開(kāi)始提出多通道拉曼光譜探測(cè)系統(tǒng)的理念，并在當(dāng)年海試中驗(yàn)證可行。2021年，完成原型機(jī)建造，并經(jīng)海試驗(yàn)證可靠。今年，多通道拉曼光譜探測(cè)系統(tǒng)真正開(kāi)始常態(tài)化科學(xué)應(yīng)用，中科院海洋所科研人員利用該系統(tǒng)在我國(guó)南海北部的臺(tái)西南冷泉區(qū)域成功建設(shè)了國(guó)際首套深海原位光譜實(shí)驗(yàn)室，并常態(tài)化運(yùn)行。
“就像左輪手槍一樣，以前的拉曼光譜探測(cè)系統(tǒng)只能一次發(fā)射一顆子彈，現(xiàn)在的多通道拉曼光譜探測(cè)系統(tǒng)則實(shí)現(xiàn)了連發(fā)。” 張?chǎng)握雇f(shuō)，有了該系統(tǒng)的加持，深海原位光譜實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)初具雛形，我國(guó)深海探測(cè)研究將邁進(jìn)新階段。
