【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)所梁靜秋研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院闞瑞峰研究員團(tuán)隊(duì)、中國(guó)科學(xué)院深海所杜夢(mèng)然研究員團(tuán)隊(duì)研制的深海原位溶解氣體光譜分析儀(中國(guó)科學(xué)院A類先導(dǎo)專項(xiàng)資助)完成了多次深海海試實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)南海“海馬”冷泉區(qū)累計(jì)時(shí)長(zhǎng)達(dá)45天的連續(xù)原位觀測(cè)，該子課題圓滿完成任務(wù)，順利通過(guò)驗(yàn)收。
深海環(huán)境中的碳循環(huán)反映了海洋生物以及地球地質(zhì)演化的過(guò)程，對(duì)深海科學(xué)研究具有重大意義。深海冷泉位于大洋深處的海底山脈、斷裂帶或海底火山附近，由于復(fù)雜的地殼活動(dòng)、地?zé)嶙饔煤蛶r石化學(xué)反應(yīng)等，這些區(qū)域通常伴隨著大量的氣體(CH4、CO2、H2S、NH3等)釋放。因此，長(zhǎng)期觀測(cè)深海冷泉區(qū)的溶解氣體濃度分布有助于更好地管理和保護(hù)地球的生態(tài)系統(tǒng)，以及應(yīng)對(duì)氣候變化等全球性挑戰(zhàn)。
針對(duì)深海溶解氣體檢測(cè)存在的時(shí)間分辨率低、動(dòng)態(tài)范圍窄、難以原位長(zhǎng)期工作等問(wèn)題，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了基于疏水透氣膜的石英增強(qiáng)光聲光譜(QEPAS)溶解氣體原位快速分析方法研究。設(shè)計(jì)了微型測(cè)量腔并結(jié)合平衡態(tài)測(cè)量模型將系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間縮短至4min，較之前公開(kāi)報(bào)道的同類型光譜儀提高了兩個(gè)量級(jí)；同時(shí)針對(duì)光強(qiáng)抖動(dòng)導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性差的問(wèn)題，提出了基于光致熱彈效應(yīng)的光聲-光致熱彈雙光譜濃度光強(qiáng)同步測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)了氣體濃度大動(dòng)態(tài)范圍(108)測(cè)量精確光強(qiáng)修正，系統(tǒng)穩(wěn)定性提升了60倍以上。
基于QEPA-LITES的深海原位溶解氣體光譜分析儀結(jié)構(gòu)框圖及實(shí)物圖
深海原位溶解氣體光聲光譜分析儀自2022年4月起參與“探索二號(hào)”科考船TS2-13-1航次南海科考，將設(shè)備搭載在4500米級(jí)“原位實(shí)驗(yàn)室”平臺(tái)并先后開(kāi)展了10余次海底試驗(yàn)，光譜儀最大試驗(yàn)深度為1838米，海底連續(xù)運(yùn)行最長(zhǎng)時(shí)長(zhǎng)為45天，在國(guó)際上首次采用石英增強(qiáng)光聲光譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)了海水溶解氣體原位連續(xù)觀測(cè)。海試試驗(yàn)結(jié)果表明，研制的原位光譜分析儀運(yùn)行穩(wěn)定可靠，完成了任務(wù)書(shū)設(shè)定的各項(xiàng)功能，指標(biāo)均達(dá)到任務(wù)書(shū)要求。
項(xiàng)目研究成果可有效提升相關(guān)技術(shù)裝備的國(guó)產(chǎn)化水平，以此為引導(dǎo)，將進(jìn)一步攻克相關(guān)深海探測(cè)裝備的關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)與專項(xiàng)中其他項(xiàng)目的協(xié)同攻關(guān)，數(shù)據(jù)共享，提高我國(guó)深海觀測(cè)/探測(cè)能力，為深海相關(guān)科學(xué)研究提供必要的技術(shù)支撐。
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