領先全球的中國深海取水技術

深度超過6000米的海溝，是迄今全球海洋中人類知之極少卻又十分難以企及的海底區域。日前，「探索一號」科考船再次探測海溝順利回港，此次科考使用自主研發裝備對馬里亞納海溝和雅浦海溝取得了近2800毫升的氣密保壓海水，這是國際上首次在萬米深海底成功實現海水的「保壓取樣」。

萬米深淵的海水，有什麼特別？又有何用處？科學家對萬米深淵的研究，會拓展人們對大海的認知嗎？

為什麼要下深淵取水？

浙江大學研製的「保壓氣密取樣器」搭載著陸器下潛。新華社發

深淵指海洋中深度大於6000米的海溝區域，全球共有37個深海溝，其中9個分布在西太平洋海域，其中超過萬米的有5條。這些海溝佔全球海底總面積僅1%的區域，卻代表了45%最深海洋區域。

深海中還有許多未知的奧秘。例如，在這些陽光無法抵達的萬米深淵仍有生命存在，是怎樣的環境孕育了深海生命體？它們與環境之間的物質能量交換是怎樣進行的？深海熱液體系是如何孕育獨特的礦產資源和生物資源的？

「要弄明白這些問題，就需要對深海的原位水樣進行分析，『保真取樣』是第一步。」浙江大學流體動力與機電系統國家重點實驗室教授楊燦軍說，所謂保真取樣，就是取回的水樣保持一相特性，包括壓力也要保持海底的壓力水平。

深淵海水有什麼用？

浙大HOME團隊吳世軍副教授在「探索一號」科考船上進行保壓氣密樣品轉移。新華社發

據了解，目前取得的近2800毫升的保真水樣已經交由中國科學院深海科學與工程研究所的海洋學家進行進一步的分析。

「深淵的原位樣品，取上來分析以後就可以了解，有哪些營養成分是生命必需的。」楊燦軍介紹說，有科學家認為深海生命和水裡的硫化氫、氫氣、甲烷、碳酸有關係，無機碳如何轉化為有機碳繼而產生生命，是科學家一直在探索的問題，而保真水樣將為深淵底部化學環境和生命過程的研究提供有力支持。

深淵取水「神器」什麼樣？

浙大HOME團隊楊燦軍教授向記者介紹「保壓氣密取樣器」的結構和功能。新華社發

搭乘「探索一號」完成深海海水取樣的「保壓氣密取樣器」 由楊燦軍帶領的HOME團隊研發完成。

「保壓取樣器搭載於萬泉號和原位實驗號著陸器上進行試驗與應用，分別在馬里亞納海溝和雅浦海溝總共進行了13次深淵底部海水取樣。」參與了「探索一號」本次科考航次的浙江大學流體動力與機電系統國家重點實驗室副教授吳世軍介紹，除了其中一次採樣成功但沒有測量樣品體積外，其餘12次取樣共採集到不同深度深海氣密保壓海水樣品3727.5毫升，其中萬米氣密保壓水樣2782.5毫升。

深淵取樣難度有多大？

這是浙大研發的「保壓氣密取樣器」。新華社發

記者在浙江大學流體動力與機電系統國家重點實驗室中看到了保壓氣密取樣器，由六根圓柱形保壓筒組合組成。據介紹，研究團隊此次突破了超高壓雙向密封、樣品壓力維持與轉移處理等深海關鍵技術，解決了深淵水體採樣面臨的樣品保壓困難、氣體組分容易散失等難點。

「每個保壓筒在下海前，會充入去離子水和海底十分之一壓力的氮氣，在進出深海、筒外壓力時刻變化的過程中，通過保壓筒結構、雙向密封閥的精心設計，充分保證了筒內所採集樣品的原位壓力保持不變，也保證了樣品的高純度。」楊燦軍說。

浙大研發的保壓氣密取樣器已經能夠實驗遠程遙控，可以根據時間或海底環境變化情況，進行長期實時取樣，取樣器所配備的電池則能夠支持在深淵中進行近五十多次的取樣操作，已在美國MARS海底觀測網上實現了兩個月的序列取樣。

浙江大學是國內最早開展深淵氣密取樣技術研究的單位之一，在863計劃和國家重點研發計劃的資助下，楊燦軍所帶領的研究團隊十多年來一直致力於深海水體保真取樣技術的研究和應用。

實際上，浙江大學研發的保壓氣密取樣器在國際上也已經名聲赫赫，此前參與了多個國際深海科考項目，在超過6000米深的深淵取樣中頻頻打破同類取樣器的世界紀錄，這款取樣器在美國的科考界還有了一個昵稱——「SixShooter」。

來源：新華社，材料科學與工程

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