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中國大洋50航次科考隊多手段“把脈”海洋環境
中國大洋50航次科考隊多手段“把脈”海洋環境
2018/10/17 12:07:23 人評論

大洋深海不僅蘊藏著豐富的礦產資源,還是一個巨大的生命資源寶庫。開展深海環境調查是人類認識海洋、保護海洋、經略海洋的有效手段。科考隊員正在回收水下影像和取樣系統 蘭圣偉 攝  目前,中國大洋50航次科學調查已接近尾聲。本航次,科考隊員借助CTD(溫鹽深儀)、多…

大洋深海不僅蘊藏著豐富的礦產資源,還是一個巨大的生命資源寶庫。開展深海環境調查是人類認識海洋、保護海洋、經略海洋的有效手段。

科考隊員正在回收水下影像和取樣系統 蘭圣偉 攝

  目前,中國大洋50航次科學調查已接近尾聲。本航次,科考隊員借助CTD(溫鹽深儀)、多管取樣器、自返式水下影像采集和取樣系統、集成化光學拖體、深海微生物原位富集系統、錨系潛標等多學科設備,采用走航觀測、定點采樣和長時間序列觀測相結合的方式,全方位“把脈”深海環境。

  深海取水,給海洋“體檢”

  “CTD(溫鹽深儀)出水!”

  在“向陽紅03”船大洋科考期間,每當這臺呈圓柱狀的CTD完成采水被吊放至甲板,科考隊員便開始忙碌起來。他們要將設備內的海水及時取出,并送入實驗室進行處理。

  溫鹽深儀是海洋科考中應用最為廣泛的調查設備,其采水單元由24個采水瓶環繞排列組成,每個采水瓶可采集10升海水,主要用來采集大洋不同層位的海水樣品,并測量海水的溫度、鹽度、溶解氧、葉綠素等數據。同時,設備還可根據需要安裝攜帶海流計等儀器,探測海水中的其他參數。

科考隊員回收微生物原位培養系統  蘭圣偉 攝

  “溫鹽深儀一次布放可完成不同深度水樣和環境要素數據的采集,實現了真正意義上的‘全方位把脈’。設備在布放過程中,甲板控制系統實時顯示其下放深度,并關閉相應的采水瓶完成樣品采集。”“向陽紅03”船實驗室主任彭洪武說,采水瓶兩端的瓶蓋以開啟狀態被下放到達預定深度后,工作人員通過電腦操控下達釋放指令,瓶蓋閉合,完成相應水層的樣品采集。

  這些珍貴的海水樣品需要第一時間采集和處理。“化學組的科考隊員會在船載化學實驗室及時對海水溶解氧、pH值等進行測定,以了解該區域海洋環境的基本狀況。而從事微生物研究的人員則在船載實驗室對樣品進行前期處理,并妥善保存,待回國后再深入開展研究。”海洋三所研究員林輝說。

  海底觀測,水下原生態“錄像”

  “向陽紅03”船艉甲板上有一套頂部捆扎著16個橘色浮球的大型調查設備格外引人注目。這個名為6000米級自返式水下影像和取樣系統的設備,是大洋考察的“新面孔”,2017年才首次在西太平洋投入使用。

  來自海洋三所的何雪寶博士告訴記者,該系統由浮球、照相機、攝像機、聲學釋放器、誘捕籠等組成,是一種利用自重沉到海底,通過浮球自主上浮到水面的科考設備。

  在海底工作期間,裝置上的高清照相機每分鐘可自動拍攝一次,配合高清攝像機實時記錄海底生物生活狀況。位于裝置下方的誘捕籠和誘捕筒,用來獲取深海生物樣品。同時,該系統還可自動監測和存儲深海原位環境中的溫度、鹽度和深度等參數。

  紅色小蝦、白色游魚……在深達數千米的黑暗海底荒漠,攝像機記錄并還原了一個五彩繽紛的世界。

  “該系統是我們根據深海觀測實際需求設計研制的。經過一年多的使用,設備運行狀況良好,獲得了大量深海影像資料和實物樣品。該設備彌補了以往箱式取樣、底棲拖網等傳統調查手段的不足,為深入研究深海底層生物的種類組成、生活習性和行為提供了重要基礎資料。也為我們一睹深海生物的原始生活狀態,提供了難得的機遇。”何雪寶說。

  錨系潛標,大海深處安“眼線”

  深海潛標是一種自海底至海面的錨系觀測系統。由于布放區域水深不等,錨系潛標的下潛深度可達幾百米,甚至數千米,有的則達到上萬米。

  一根細細的纜繩上懸掛著各式各樣的觀測設備和提供浮力的浮球。海底處由重力錨固定,海底至海面由纜繩貫穿,浮球的主要作用是保證纜繩在深海中基本處于垂直狀態,各種設備則懸停在不同的水層開展不間斷長時間序列觀測。

  根據海洋要素觀測的需求,纜繩上的設備同樣可以實現“量身定制”。“在本航次布放的錨系潛標上主要配備了海流計、濁度計、沉積物捕獲器、時間序列水樣采樣器、浮游植物采樣器、并聯釋放器等設備,可全方位觀測不同深度的海洋環境數據。”海洋三所的周喜武博士說。

  錨系的布放完成后將在大洋中工作一年以上,待回收時由科考隊員對潛標系統的釋放器下達釋放指令,隨后釋放鉤環脫離重力錨,在浮球的帶動下浮至海面。

  “無論是布放還是回收,都需要全體船員和隊員通力合作,調整航向航速,操作吊機吊臂,調節控制繩速,搬運擺放設備,合力掛鉤止蕩……環環相扣,任何一個細節都不能出現疏漏。”彭洪武說。

  本航次,科考隊已先后完成了4套潛標的回收和3套潛標的布放工作。“作為開展海洋環境調查的一種重要設備,錨系潛標的一大特點是可在調查區域進行立體式、長時間觀測,獲取多學科綜合數據,彌補了船舶調查獲取資料在時間空間尺度上的不足。”周喜武說。

  原位富集,揭開微生物“面紗”

  在深海環境中,還存在一類看不見摸不著,但數量龐大的微生物群體。

  在本航次,科考隊在西太平洋牛郎平頂海山區域回收的一套深海微生物原位富集系統,可以幫助科研人員揭開深海微生物的神秘“面紗”。

  “此次回收的深海微生物原位富集系統,已經在海底工作了一年,共完成了8類實驗,并對原位環境中溶解氧、pH值、鹽度和溫度等環境參數進行了監測,獲得了豐富的高保真微生物原位富集菌群和環境數據。”來自海洋三所的董純明博士告訴記者。

  這套紅色的方形系統同樣是海洋科考設備中的“新兵”,其主要由微生物培養倉、原位環境監測傳感器、聲學釋放器、重力錨和浮力材料等組成,系統設計最大工作水深6000米,可布放在海水與沉積物界面處,進行微生物原位培養。

  由于目前實驗室培養條件無法完全模擬深海原位環境,這套系統的使用,如同把實驗室搬至深海海底,利用深海原位高壓、低溫、寡營養、黑暗等極端環境,富集和培養在陸地實驗室無法培養的海洋微生物。

  “極端的深海環境賦予了微生物獨特的種群結構和代謝機制,這些寶貴的微生物菌株及其基因資源將對人類的生產生活帶來積極而深遠的影響。”董純明說,目前人類認識的深海微生物還非常少。在深海原位條件下開展微生物原位富集培養,是一種獲取深海新型微生物及基因資源的創新性手段,將為科研人員深入開展深海微生物功能研究提供重要平臺。


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