【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】中國科學(xué)院長春光機所梁靜秋研究員團隊聯(lián)合中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院闞瑞峰研究員團隊、中國科學(xué)院深海所杜夢然研究員團隊研制的深海原位溶解氣體光譜分析儀(中國科學(xué)院A類先導(dǎo)專項資助)完成了多次深海海試實驗，實現(xiàn)了對南海“海馬”冷泉區(qū)累計時長達(dá)45天的連續(xù)原位觀測，該子課題圓滿完成任務(wù)，順利通過驗收。
 

　　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)演化的過程，對深海科學(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、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，長期觀測深海冷泉區(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)對氣候變化等全球性挑戰(zhàn)。
 

　　針對深海溶解氣體檢測存在的時間分辨率低、動態(tài)范圍窄、難以原位長期工作等問題，項目團隊開展了基于疏水透氣膜的石英增強光聲光譜(QEPAS)溶解氣體原位快速分析方法研究。設(shè)計了微型測量腔并結(jié)合平衡態(tài)測量模型將系統(tǒng)響應(yīng)時間縮短至4min，較之前公開報道的同類型光譜儀提高了兩個量級；同時針對光強抖動導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性差的問題，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同步測量方法，實現(xiàn)了氣體濃度大動態(tài)范圍(108)測量精確光強修正，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”科考船TS2-13-1航次南海科考，將設(shè)備搭載在4500米級“原位實驗室”平臺并先后開展了10余次海底試驗，光譜儀最大試驗深度為1838米，海底連續(xù)運行最長時長為45天，在國際上首次采用石英增強光聲光譜技術(shù)實現(xiàn)了海水溶解氣體原位連續(xù)觀測。海試試驗結(jié)果表明，研制的原位光譜分析儀運行穩(wěn)定可靠，完成了任務(wù)書設(shè)定的各項功能，指標(biāo)均達(dá)到任務(wù)書要求。
 

　　項目研究成果可有效提升相關(guān)技術(shù)裝備的國產(chǎn)化水平，以此為引導(dǎo)，將進(jìn)一步攻克相關(guān)深海探測裝備的關(guān)鍵技術(shù)，通過與專項中其他項目的協(xié)同攻關(guān)，數(shù)據(jù)共享，提高我國深海觀測/探測能力，為深海相關(guān)科學(xué)研究提供必要的技術(shù)支撐。