中国“神器”实现国际首次万米深渊保压取水

2017-04-08 11:29:00 新华社 分享
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  深度超过6000米的海沟,是迄今全球海洋中人类知之极少却又十分难以企及的海底区域。日前,“探索一号”科考船再次探测海沟顺利回港,此次科考使用自主研发装备对马里亚纳海沟和雅浦海沟取得了近2800毫升的气密保压海水,这是国际上首次在万米深海底成功实现海水的“保压取样”。万米深渊的海水,有什么特别?又有何用处?科学家对万米深渊的研究,会拓展人们对大海的认知吗?

  为什么要下深渊取水?

  深渊指海洋中深度大于6000米的海沟区域,全球共有37个深海沟,其中9个分布在西太平洋海域,其中超过万米的有5条。这些海沟占全球海底总面积仅1%的区域,却代表了45%最深海洋区域。

  深海中还有许多未知的奥秘。例如,在这些阳光无法抵达的万米深渊仍有生命存在,是怎样的环境孕育了深海生命体?它们与环境之间的物质能量交换是怎样进行的?深海热液体系是如何孕育独特的矿产资源和生物资源的?

  “要弄明白这些问题,就需要对深海的原位水样进行分析,‘保真取样’是第一步。”浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室教授杨灿军说,所谓保真取样,就是取回的水样保持一相特性,包括压力也要保持海底的压力水平。

  深渊海水有什么用?

  据了解,目前取得的近2800毫升的保真水样已经交由中国科学院深海科学与工程研究所的海洋学家进行进一步的分析。

  “深渊的原位样品,取上来分析以后就可以了解,有哪些营养成分是生命必需的。”杨灿军介绍说,有科学家认为深海生命和水里的硫化氢、氢气、甲烷、碳酸有关系,无机碳如何转化为有机碳继而产生生命,是科学家一直在探索的问题,而保真水样将为深渊底部化学环境和生命过程的研究提供有力支持。

  深渊取水“神器”什么样?

  搭乘“探索一号”完成深海海水取样的“保压气密取样器” 由杨灿军带领的HOME团队研发完成。

  “保压取样器搭载于万泉号和原位实验号着陆器上进行试验与应用,分别在马里亚纳海沟和雅浦海沟总共进行了13次深渊底部海水取样。”参与了“探索一号”本次科考航次的浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室副教授吴世军介绍,除了其中一次采样成功但没有测量样品体积外,其余12次取样共采集到不同深度深海气密保压海水样品3727.5毫升,其中万米气密保压水样2782.5毫升。

  深渊取样难度有多大?

  记者在浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室中看到了保压气密取样器,由六根圆柱形保压筒组合组成。据介绍,研究团队此次突破了超高压双向密封、样品压力维持与转移处理等深海关键技术,解决了深渊水体采样面临的样品保压困难、气体组分容易散失等难点。

  “每个保压筒在下海前,会充入去离子水和海底十分之一压力的氮气,在进出深海、筒外压力时刻变化的过程中,通过保压筒结构、双向密封阀的精心设计,充分保证了筒内所采集样品的原位压力保持不变,也保证了样品的高纯度。”杨灿军说。

  浙大研发的保压气密取样器已经能够实验远程遥控,可以根据时间或海底环境变化情况,进行长期实时取样,取样器所配备的电池则能够支持在深渊中进行近五十多次的取样操作,已在美国MARS海底观测网上实现了两个月的序列取样。

  浙江大学是国内最早开展深渊气密取样技术研究的单位之一,在863计划和国家重点研发计划的资助下,杨灿军所带领的研究团队十多年来一直致力于深海水体保真取样技术的研究和应用。

  实际上,浙江大学研发的保压气密取样器在国际上也已经名声赫赫,此前参与了多个国际深海科考项目,在超过6000米深的深渊取样中频频打破同类取样器的世界纪录,这款取样器在美国的科考界还有了一个昵称——“Six Shooter”。

责编:黎晓珊