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科技日報記者 宋迎迎 通訊員 王敏

近日，中國科學(xué)院海洋研究所基于自主研制的深海原位拉曼光譜探測系統(tǒng)、深海熱液溫度探針等原位探測裝備，首次發(fā)現(xiàn)并證實深海熱液低溫溢流區(qū)的氣體釋放通量是高溫噴口區(qū)的10至100倍。該研究近日在國際地學(xué)期刊《地質(zhì)學(xué)》上發(fā)表。

熱液噴口釋放的大量氣體（二氧化碳、甲烷、氫氣、硫化氫等）為熱液極端生態(tài)系統(tǒng)提供了能量和物質(zhì)來源，并在全球海洋化學(xué)循環(huán)中扮演著重要角色。但是長期以來一直缺乏對熱液氣體釋放通量的有效觀測手段，傳統(tǒng)保壓流體取樣的測量方式既無法保證氣體濃度測量的準(zhǔn)確性，較低的采樣效率也制約了通量觀測的大范圍開展，極大地限制了研究人員對熱液釋放物質(zhì)在極端生態(tài)系統(tǒng)供養(yǎng)和全球海洋化學(xué)循環(huán)中作用的認(rèn)識。

為此，中國科學(xué)院海洋研究所基于ROV機器人平臺開發(fā)了多種海底原位觀測探測設(shè)備，并建立了一系列熱液氣體組分的原位定量分析方法，陸續(xù)突破了熱液氣體濃度難以原位觀測、噴口流速難以準(zhǔn)確測量、熱液噴發(fā)區(qū)域難以厘定評估的技術(shù)難題，構(gòu)建了適用于熱液系統(tǒng)釋放氣體通量評估的原位觀測技術(shù)體系。

基于“發(fā)現(xiàn)”號ROV搭載的海底原位觀測裝備開展熱液區(qū)綜合探測。中科院海洋所供圖

科研人員以典型弧后熱液系統(tǒng)為研究靶區(qū)，利用“發(fā)現(xiàn)”號ROV搭載的原位觀測裝備分別對溢流區(qū)和高溫噴發(fā)區(qū)開展了大范圍的原位探測，獲取了14個站位熱液流體的原位拉曼光譜、流體溫度和流體流速等數(shù)據(jù)，并基于超短基線定位系統(tǒng)和視頻圖像分析手段厘定了熱液區(qū)流體的噴發(fā)區(qū)域和面積。原位觀測數(shù)據(jù)表明，熱液靶區(qū)的流體溫度和氣體組分濃度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，低溫溢流區(qū)流體中溶解態(tài)氣體濃度是高溫集中噴發(fā)區(qū)的數(shù)倍至數(shù)十倍。基于原位觀測數(shù)據(jù)對熱液區(qū)氣體釋放通量的量化評估表明，低溫溢流區(qū)的氣體釋放通量比高溫噴發(fā)區(qū)高10至100倍。

該研究基于自主構(gòu)建的原位觀探測技術(shù)體系的常態(tài)化應(yīng)用，揭示了熱液低溫溢流區(qū)在氣體釋放通量中的巨大貢獻(xiàn)，綜合考慮低溫溢流區(qū)的氣體通量、噴發(fā)面積、流體溫度、流速、地形等因素，可以推斷熱液低溫溢流流體對熱液生態(tài)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)很可能遠(yuǎn)超高溫噴發(fā)區(qū)流體。該研究不僅打破了研究者對熱液溢流區(qū)所扮演角色的傳統(tǒng)認(rèn)識，為今后的熱液研究提供了全新角度和全新思路，也為全面量化熱液區(qū)流固界面的物質(zhì)能量交換研究提供了方法參考和觀測樣板。