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中国大洋50航次科考队多手段“把脉”海洋环境
中国大洋50航次科考队多手段“把脉”海洋环境
2018/10/17 12:07:23 人评论

大洋深海不仅蕴藏着丰富的矿产资源,还是一个巨大的生命资源宝库。开展深海环境调查是人类认识海洋、保护海洋、经略海洋的有效手段。科考队员正在回收水下影像和取样系统 兰圣伟 摄  目前,中国大洋50航次科学调查已接近尾声。本航次,科考队员借助CTD(温盐深仪)、多…

大洋深海不仅蕴藏着丰富的矿产资源,还是一个巨大的生命资源宝库。开展深海环境调查是人类认识海洋、保护海洋、经略海洋的有效手段。

科考队员正在回收水下影像和取样系统 兰圣伟 摄

  目前,中国大洋50航次科学调查已接近尾声。本航次,科考队员借助CTD(温盐深仪)、多管取样器、自返式水下影像采集和取样系统、集成化光学拖体、深海微生物原位富集系统、锚系潜标等多学科设备,采用走航观测、定点采样和长时间序列观测相结合的方式,全方位“把脉”深海环境。

  深海取水,给海洋“体检”

  “CTD(温盐深仪)出水!”

  在“向阳红03”船大洋科考期间,每当这台呈圆柱状的CTD完成采水被吊放至甲板,科考队员便开始忙碌起来。他们要将设备内的海水及时取出,并送入实验室进行处理。

  温盐深仪是海洋科考中应用最为广泛的调查设备,其采水单元由24个采水瓶环绕排列组成,每个采水瓶可采集10升海水,主要用来采集大洋不同层位的海水样品,并测量海水的温度、盐度、溶解氧、叶绿素等数据。同时,设备还可根据需要安装携带海流计等仪器,探测海水中的其他参数。

科考队员回收微生物原位培养系统  兰圣伟 摄

  “温盐深仪一次布放可完成不同深度水样和环境要素数据的采集,实现了真正意义上的‘全方位把脉’。设备在布放过程中,甲板控制系统实时显示其下放深度,并关闭相应的采水瓶完成样品采集。”“向阳红03”船实验室主任彭洪武说,采水瓶两端的瓶盖以开启状态被下放到达预定深度后,工作人员通过电脑操控下达释放指令,瓶盖闭合,完成相应水层的样品采集。

  这些珍贵的海水样品需要第一时间采集和处理。“化学组的科考队员会在船载化学实验室及时对海水溶解氧、pH值等进行测定,以了解该区域海洋环境的基本状况。而从事微生物研究的人员则在船载实验室对样品进行前期处理,并妥善保存,待回国后再深入开展研究。”海洋三所研究员林辉说。

  海底观测,水下原生态“录像”

  “向阳红03”船艉甲板上有一套顶部捆扎着16个橘色浮球的大型调查设备格外引人注目。这个名为6000米级自返式水下影像和取样系统的设备,是大洋考察的“新面孔”,2017年才首次在西太平洋投入使用。

  来自海洋三所的何雪宝博士告诉记者,该系统由浮球、照相机、摄像机、声学释放器、诱捕笼等组成,是一种利用自重沉到海底,通过浮球自主上浮到水面的科考设备。

  在海底工作期间,装置上的高清照相机每分钟可自动拍摄一次,配合高清摄像机实时记录海底生物生活状况。位于装置下方的诱捕笼和诱捕筒,用来获取深海生物样品。同时,该系统还可自动监测和存储深海原位环境中的温度、盐度和深度等参数。

  红色小虾、白色游鱼……在深达数千米的黑暗海底荒漠,摄像机记录并还原了一个五彩缤纷的世界。

  “该系统是我们根据深海观测实际需求设计研制的。经过一年多的使用,设备运行状况良好,获得了大量深海影像资料和实物样品。该设备弥补了以往箱式取样、底栖拖网等传统调查手段的不足,为深入研究深海底层生物的种类组成、生活习性和行为提供了重要基础资料。也为我们一睹深海生物的原始生活状态,提供了难得的机遇。”何雪宝说。

  锚系潜标,大海深处安“眼线”

  深海潜标是一种自海底至海面的锚系观测系统。由于布放区域水深不等,锚系潜标的下潜深度可达几百米,甚至数千米,有的则达到上万米。

  一根细细的缆绳上悬挂着各式各样的观测设备和提供浮力的浮球。海底处由重力锚固定,海底至海面由缆绳贯穿,浮球的主要作用是保证缆绳在深海中基本处于垂直状态,各种设备则悬停在不同的水层开展不间断长时间序列观测。

  根据海洋要素观测的需求,缆绳上的设备同样可以实现“量身定制”。“在本航次布放的锚系潜标上主要配备了海流计、浊度计、沉积物捕获器、时间序列水样采样器、浮游植物采样器、并联释放器等设备,可全方位观测不同深度的海洋环境数据。”海洋三所的周喜武博士说。

  锚系的布放完成后将在大洋中工作一年以上,待回收时由科考队员对潜标系统的释放器下达释放指令,随后释放钩环脱离重力锚,在浮球的带动下浮至海面。

  “无论是布放还是回收,都需要全体船员和队员通力合作,调整航向航速,操作吊机吊臂,调节控制绳速,搬运摆放设备,合力挂钩止荡……环环相扣,任何一个细节都不能出现疏漏。”彭洪武说。

  本航次,科考队已先后完成了4套潜标的回收和3套潜标的布放工作。“作为开展海洋环境调查的一种重要设备,锚系潜标的一大特点是可在调查区域进行立体式、长时间观测,获取多学科综合数据,弥补了船舶调查获取资料在时间空间尺度上的不足。”周喜武说。

  原位富集,揭开微生物“面纱”

  在深海环境中,还存在一类看不见摸不着,但数量庞大的微生物群体。

  在本航次,科考队在西太平洋牛郎平顶海山区域回收的一套深海微生物原位富集系统,可以帮助科研人员揭开深海微生物的神秘“面纱”。

  “此次回收的深海微生物原位富集系统,已经在海底工作了一年,共完成了8类实验,并对原位环境中溶解氧、pH值、盐度和温度等环境参数进行了监测,获得了丰富的高保真微生物原位富集菌群和环境数据。”来自海洋三所的董纯明博士告诉记者。

  这套红色的方形系统同样是海洋科考设备中的“新兵”,其主要由微生物培养仓、原位环境监测传感器、声学释放器、重力锚和浮力材料等组成,系统设计最大工作水深6000米,可布放在海水与沉积物界面处,进行微生物原位培养。

  由于目前实验室培养条件无法完全模拟深海原位环境,这套系统的使用,如同把实验室搬至深海海底,利用深海原位高压、低温、寡营养、黑暗等极端环境,富集和培养在陆地实验室无法培养的海洋微生物。

  “极端的深海环境赋予了微生物独特的种群结构和代谢机制,这些宝贵的微生物菌株及其基因资源将对人类的生产生活带来积极而深远的影响。”董纯明说,目前人类认识的深海微生物还非常少。在深海原位条件下开展微生物原位富集培养,是一种获取深海新型微生物及基因资源的创新性手段,将为科研人员深入开展深海微生物功能研究提供重要平台。


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