【儀表網 儀表研發】近日，Deep-Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers在線發表了題為Development and deployment of lander-based multi-channel Raman spectroscopy for in-situ long-term experiments in extreme deep-sea environment的論文，報道了中國科學院海洋研究所研制出國際首套多通道深海拉曼光譜探測系統，實現了冷泉噴口流體、天然氣水合物動力學過程、冷泉生物群落的長期原位觀測與現場實驗，在我國南海冷泉區域構建首套深海原位光譜實驗室。
 

　　科研團隊前期研發的探針式深海激光拉曼光譜探測系統已常態化應用到深海沉積物孔隙水、冷泉和熱液噴口流體、化能合成生物群落內部流體、天然氣水合物以及冷泉和熱液噴口系統附近巖石礦物的原位探測與定量分析。然而，隨著對深海熱液和冷泉系統研究深入，科學家逐漸認識到深海熱液或冷泉系統是有機統一的整體，冷泉和熱液活動在時間和空間上均具有強烈的不均勻性。已有的深海原位拉曼光譜儀的探測是短期瞬時且相對獨立的，難以捕捉冷泉和熱液系統等高動態和非均勻環境中不同目標之間的動態規律和潛在聯系。
 

　　為此，科研團隊研制出國際上首套深海多通道拉曼光譜探測系統(Multi-channel Raman insertion probes system，Multi-RiPs)，研發了光路切換技術，實現了主要光學器件(如激光器、光譜儀、光電傳感器等)的分時復用(圖1)，同時，結合系列化拉曼光譜探針，實現了深海熱液、冷泉系統中流體、固體、氣體等不同相態目標物的長期原位監測。
 

　　為了明確甲烷在深海冷泉噴口附近的轉換通道以及冷泉區域的甲烷釋放通量，研究團隊使用深海多通道拉曼光譜探測系統搭載深海坐底長期觀測系統(Long-term ocean observation platform，LOOP)于2020年、2021年、2022年前后三次布放于我國南海北部的臺西南冷泉區域(圖2)，實現了冷泉噴口流體中主要成分、天然氣水合物與深海環境的耦合變化過程、冷泉生物群落內部甲烷氧化過程的長期原位探測與現場實驗，建設了國際首套深海原位光譜實驗室，并常態化運行。
 

　　研究工作得到國家自然科學基金、山東省自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項等的支持。
 

圖1.多通道拉曼光譜探測系統關鍵光學器件布局圖和光路切換原理示意圖
 

　　圖2.Mulit-RiPs搭載LOOP連續三年(a：2020年/b：2021年/c：2022年)布放于我國臺西南冷泉區域對深海原位實驗進行探測與分析