原標題:深海著陸器:海底的人造“海洋之眼”
通過“科學”號平臺回收已經連續(xù)工作超過一年的系統(tǒng)
第二看臺
近日,我國新一代遠洋綜合科考船“科學”號在南海成功回收了我國國內首套連續(xù)工作超一年的“深海著陸器”。
在過去375天里,被稱為人造“海洋之眼”的深海著陸器,在水深1130米左右的南海北部一冷泉噴口處,進行原位觀測,帶回了約186千兆的冷泉區(qū)高清影像和傳感器數據資料。
深海著陸器為什么布放在南海冷泉區(qū)?著陸器上攜帶了哪些高科技“武器”?這些數據將揭開冷泉生態(tài)系統(tǒng)哪些深海秘密?在冷泉區(qū)布放著陸器有什么技術難點?中國科學院海洋研究所特聘研究員、著陸器2016年測試和布放航次的首席科學家張鑫對此進行了解答。
將實驗室搬到了海底
南海冷泉區(qū),這是此次深海著陸器工作的主要戰(zhàn)場。
冷泉,顧名思義,溫度較低,但又非一個“冷”字可以概括。
張鑫說,冷泉是一種以水、碳氫化合物(天然氣和石油)、硫化氫、細粒沉積物為主要成分,溫度較低,流體溫度與海水溫度相近的流體,主要分布在被動陸緣和主動陸緣斜坡海底沉積面之下。
冷泉反映了海底的一種極端環(huán)境,但在這種環(huán)境中又生活了大量的生物,它們不依靠陽光而生存,正因如此,冷泉成為地球科學以及生命科學研究的熱點。
這次考察的南海冷泉區(qū)主要位于臺西南海域。“該海域冷泉區(qū)已經活動了很長時間,形成了大量自生碳酸鹽巖,其噴口周圍也富集著大量的生物,主要以潛鎧蝦、鎧甲蝦、貽貝、阿爾文蝦為主。此處生物群落繁茂,水深1130米左右。”張鑫說,經過綜合考慮,項目組選擇對該海域的冷泉區(qū)進行細致的長期原位觀測。“如果將樣品取上船再做分析研究,變化的溫度和壓力將導致海底生命的死亡,所謂原位探測,相當于將實驗室搬到了海底。”
自己編程自動“叫醒”
2016年9月8日零時,激動人心的時刻到來,借助“科學”號母船的同軸鎧裝通訊電纜,重達近兩噸的深海著陸器,被緩緩放至臺西南海域冷泉區(qū)。
張鑫說,如果將一個海域比作一個房間,深海著陸器相當于在房間里安了個攝像頭,能夠監(jiān)控水下生物的生活規(guī)律。“它能夠自己編程,一般每隔幾個小時‘醒’一次,監(jiān)控兩分鐘左右又進入夢鄉(xiāng)。”此次布放前,科學家已將這臺著陸器進行了長達一個月的試布放。
與之前著陸器相比,這是國內首套在深海連續(xù)工作超過一年的深海定點觀測系統(tǒng)。張鑫說,要讓系統(tǒng)在深海工作這么長時間,需要進行特別的低功耗設計。“每天每個系統(tǒng)都需要工作四次,每次幾分鐘,加起來一年就要消耗很多電力,此外系統(tǒng)待機的時候也需要消耗電力。”
尤其值得一提的是,這次著陸器布放的位置是在活躍的冷泉區(qū)。與廣闊的臺西南海域相比,冷泉冒泡的噴口也就與陸地上的籃球場大小相當,布放時需要船、潛水器和著陸器緊密配合,才能將近兩噸的著陸器一點點地準確挪至噴口。
多功能的深海作業(yè)平臺
受科技水平限制,人們對海洋的認知多是通過航海取得,對海洋過程的觀測只能是表面的、短暫的、不連續(xù)的。隨著技術的發(fā)展和探測需求的推動,科研人員的視野不再局限于海表,而是想深入“虎穴”進入海水以下進行連續(xù)長期的觀測。
“著陸器也是作業(yè)平臺,可以完成多種原位傳感器數據資料的獲取工作”,張鑫說,此次布放的深海著陸器搭載了CTD設備,以獲取冷泉區(qū)域的溫度、鹽度、深度。為了能使深海著陸器這只“眼睛”看得更多更全面,深海著陸器上也可以搭載其他傳感器,諸如pH傳感器、甲烷傳感器、二氧化碳傳感器、原位光譜傳感器等。
300多天里,系統(tǒng)攜帶高清影像系統(tǒng),成功獲取了冷泉噴口附近眾多生物群落生長演化的高清影像資料。張鑫說,這些參數和影像的獲得,將為解析冷泉生態(tài)系統(tǒng)生物群落變遷、生活史演替、種群補充機制、生物活動機制等重要基礎生物學問題及其與環(huán)境之間的關系提供重要的第一手數據。
作為目前我國觀測時間尺度最長的化能生態(tài)系統(tǒng)原位定點觀測平臺,該系統(tǒng)及數據的成功回收也將成為回答冷泉關鍵環(huán)境參數與上層水體水動力過程、地質活動關系等科學問題的金鑰匙,提升我國深海生態(tài)系統(tǒng)的國際影響力。
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