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深海着陆器:海底的人造“海洋之眼”

2017-10-30 09:50 来源:科技日报 陈 瑜

  通过“科学”号平台回收已经连续工作超过一年的系统

第二看台

  近日,我国新一代远洋综合科考船“科学”号在南海成功回收了我国国内首套连续工作超一年的“深海着陆器”。

  在过去375天里,被称为人造“海洋之眼”的深海着陆器,在水深1130米左右的南海北部一冷泉喷口处,进行原位观测,带回了约186千兆的冷泉区高清影像和传感器数据资料。

  深海着陆器为什么布放在南海冷泉区?着陆器上携带了哪些高科技“武器”?这些数据将揭开冷泉生态系统哪些深海秘密?在冷泉区布放着陆器有什么技术难点?中国科学院海洋研究所特聘研究员、着陆器2016年测试和布放航次的首席科学家张鑫对此进行了解答。

  将实验室搬到了海底

  南海冷泉区,这是此次深海着陆器工作的主要战场。

  冷泉,顾名思义,温度较低,但又非一个“冷”字可以概括。

  张鑫说,冷泉是一种以水、碳氢化合物(天然气和石油)、硫化氢、细粒沉积物为主要成分,温度较低,流体温度与海水温度相近的流体,主要分布在被动陆缘和主动陆缘斜坡海底沉积面之下。

  冷泉反映了海底的一种极端环境,但在这种环境中又生活了大量的生物,它们不依靠阳光而生存,正因如此,冷泉成为地球科学以及生命科学研究的热点。

  这次考察的南海冷泉区主要位于台西南海域。“该海域冷泉区已经活动了很长时间,形成了大量自生碳酸盐岩,其喷口周围也富集着大量的生物,主要以潜铠虾、铠甲虾、贻贝、阿尔文虾为主。此处生物群落繁茂,水深1130米左右。”张鑫说,经过综合考虑,项目组选择对该海域的冷泉区进行细致的长期原位观测。“如果将样品取上船再做分析研究,变化的温度和压力将导致海底生命的死亡,所谓原位探测,相当于将实验室搬到了海底。”

  自己编程自动“叫醒”

  2016年9月8日零时,激动人心的时刻到来,借助“科学”号母船的同轴铠装通讯电缆,重达近两吨的深海着陆器,被缓缓放至台西南海域冷泉区。

  张鑫说,如果将一个海域比作一个房间,深海着陆器相当于在房间里安了个摄像头,能够监控水下生物的生活规律。“它能够自己编程,一般每隔几个小时‘醒’一次,监控两分钟左右又进入梦乡。”此次布放前,科学家已将这台着陆器进行了长达一个月的试布放。

  与之前着陆器相比,这是国内首套在深海连续工作超过一年的深海定点观测系统。张鑫说,要让系统在深海工作这么长时间,需要进行特别的低功耗设计。“每天每个系统都需要工作四次,每次几分钟,加起来一年就要消耗很多电力,此外系统待机的时候也需要消耗电力。”

  尤其值得一提的是,这次着陆器布放的位置是在活跃的冷泉区。与广阔的台西南海域相比,冷泉冒泡的喷口也就与陆地上的篮球场大小相当,布放时需要船、潜水器和着陆器紧密配合,才能将近两吨的着陆器一点点地准确挪至喷口。

  多功能的深海作业平台

  受科技水平限制,人们对海洋的认知多是通过航海取得,对海洋过程的观测只能是表面的、短暂的、不连续的。随着技术的发展和探测需求的推动,科研人员的视野不再局限于海表,而是想深入“虎穴”进入海水以下进行连续长期的观测。

  “着陆器也是作业平台,可以完成多种原位传感器数据资料的获取工作”,张鑫说,此次布放的深海着陆器搭载了CTD设备,以获取冷泉区域的温度、盐度、深度。为了能使深海着陆器这只“眼睛”看得更多更全面,深海着陆器上也可以搭载其他传感器,诸如pH传感器、甲烷传感器、二氧化碳传感器、原位光谱传感器等。

  300多天里,系统携带高清影像系统,成功获取了冷泉喷口附近众多生物群落生长演化的高清影像资料。张鑫说,这些参数和影像的获得,将为解析冷泉生态系统生物群落变迁、生活史演替、种群补充机制、生物活动机制等重要基础生物学问题及其与环境之间的关系提供重要的第一手数据。

  作为目前我国观测时间尺度最长的化能生态系统原位定点观测平台,该系统及数据的成功回收也将成为回答冷泉关键环境参数与上层水体水动力过程、地质活动关系等科学问题的金钥匙,提升我国深海生态系统的国际影响力。

(责任编辑:王蔚)

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