近日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Deep-Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers》在線發(fā)表了題為“The development and applications of a controllable lander for in-situ, long-term observation of deep sea chemosynthetic communities”的封面文章（如圖1所示），報(bào)道了中國(guó)科學(xué)院海洋研究所研制的多代深海坐底長(zhǎng)期觀測(cè)系統(tǒng)，在我國(guó)南海冷泉連續(xù)多年布放，實(shí)現(xiàn)了對(duì)該區(qū)域高清影像資料、近海底理化參數(shù)等數(shù)據(jù)的連續(xù)獲取。
圖1 LOOP的研發(fā)及在我國(guó)南海冷泉區(qū)域應(yīng)用相關(guān)工作發(fā)表的封面文章
深海熱液/冷泉區(qū)域，是地球多圈層物質(zhì)與能量劇烈交換的區(qū)域，同時(shí)也是極端生命發(fā)育生長(zhǎng)的區(qū)域，該區(qū)域逐漸成為多學(xué)科交叉的深海極端環(huán)境研究熱點(diǎn)，是地球科學(xué)與生命科學(xué)的新結(jié)合點(diǎn)，然而深海熱液冷泉區(qū)域的生物群落變遷、演化以及與周?chē)h(huán)境的相互影響均是長(zhǎng)時(shí)序活動(dòng)，目前基于ROV/HOV等水下潛器的短時(shí)、隨機(jī)考察無(wú)法滿足以上過(guò)程的長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)觀探測(cè)需求。
為此，研究團(tuán)隊(duì)突破水下耐腐蝕技術(shù)、能源管理技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，探索新型水下布放及回收模式，研制了多代深海坐底長(zhǎng)期觀測(cè)系統(tǒng)（Long-term ocean observation platform, LOOP），實(shí)現(xiàn)了對(duì)觀測(cè)區(qū)域高清影像資料、近海底理化參數(shù)及保壓流體樣品等數(shù)據(jù)樣品的綜合獲取。
如圖2、3所示，與以往的自由落體式的著陸器不同，研究團(tuán)隊(duì)研制的LOOP為實(shí)時(shí)視頻指導(dǎo)的纜放式著陸器，布放時(shí)通過(guò)搭載的水下高清攝像頭實(shí)時(shí)觀測(cè)落點(diǎn)位置，通過(guò)科考船的配合，可較為精確地控制布放位置，并且在海底著陸后仍可通過(guò)同軸纜根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整觀探測(cè)參數(shù)，保障最優(yōu)的觀探測(cè)效果；回收時(shí)通過(guò)同軸纜直接回收。LOOP在設(shè)計(jì)之初，已經(jīng)考慮到各類(lèi)商業(yè)化傳感器、自研原位探測(cè)裝備等科學(xué)負(fù)載的通訊、供電需求。研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)的深海多通道激光拉曼光譜探測(cè)系統(tǒng)（Multi-RiPs）多次搭載深海坐底長(zhǎng)期觀測(cè)系統(tǒng)布放于我國(guó)南海冷泉區(qū)域，在“發(fā)現(xiàn)”號(hào)ROV的輔助下，布放拉曼探頭、進(jìn)行原位實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行長(zhǎng)期、原位、連續(xù)探測(cè)。
圖2 LOOP的布放模式
圖3 LOOP的回收模式
自2016年起，研究團(tuán)隊(duì)研制的多代LOOP已先后多次布放于我國(guó)南海冷泉區(qū)域，其中單次最長(zhǎng)連續(xù)布放天數(shù)達(dá)659天（有效工作時(shí)間414天），累計(jì)水下布放時(shí)間為1070天。通過(guò)獲取的數(shù)據(jù)資料，發(fā)現(xiàn)鹽度和溶解氧含量在冷泉噴口附近的水平和垂直方向上具有很強(qiáng)的空間異質(zhì)性，環(huán)境參數(shù)的空間異質(zhì)性可能是冷泉區(qū)域化能合成群落空間分布不均的主要驅(qū)動(dòng)因素之一。LOOP提供了一種創(chuàng)新、可控的布放和回收模式，有望成為原位、長(zhǎng)期、連續(xù)通用水下觀探測(cè)平臺(tái)。
中國(guó)科學(xué)院海洋研究所副研究員杜增豐為文章第一作者，正高級(jí)工程師欒振東、研究員張?chǎng)螢槲恼峦ㄓ嵶髡摺Ｑ芯康玫搅酥锌圃篈類(lèi)、B類(lèi)戰(zhàn)略性先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金、“科學(xué)”號(hào)高端用戶項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院海洋大科學(xué)研究中心重點(diǎn)部署項(xiàng)目、泰山青年學(xué)者計(jì)劃等項(xiàng)目聯(lián)合資助，以及“科學(xué)”號(hào)船隊(duì)、“發(fā)現(xiàn)”號(hào)ROV運(yùn)維團(tuán)隊(duì)的支持。
相關(guān)成果及鏈接如下：
Zengfeng Du, Xiong Zhang, Chao Lian, Zhendong Luan*, Shichuan Xi, Lianfu Li, Liang Ma, Jianxing Zhang, Wenzao Zhou, Xiufeng Chen, Zhijun Lu, Chuanbo Wang, Yu Chen, Jun Yan, Xin Zhang*. The development and applications of a controllable lander for in-situ, long-term observation of deep sea chemosynthetic communities[J]. Deep-Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 2023, 193: 103960.
https://doi.org/10.1016/j.dsr.2022.103960
Zengfeng Du, Shichuan Xi, Zhendong Luan, Lianfu Li, Liang Ma, Xiong Zhang, Jianxing Zhang, Chao Lian, Jun Yan, Xin Zhang*. Development and deployment of lander-based multi-channel Raman spectroscopy for in-situ long-term experiments in extreme deep-sea environment[J]. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 2022, 190: 103890.
