近日，國際地學(xué)期刊Geochemistry, Geophysics, Geosystems以封面研究論文形式刊發(fā)了中國科學(xué)院海洋大科學(xué)研究中心閻軍研究員團隊、李超倫研究員團隊在深海熱液系統(tǒng)原位拉曼光譜定量探測方面的最新成果。團隊基于自主研發(fā)的深海原位激光拉曼光譜探測系統(tǒng)（Raman insertion probe-RiP）對沖繩海槽中部熱液區(qū)的高溫?zé)嵋毫黧w進行原位拉曼光譜定量探測，在國際上首次獲得高溫?zé)嵋毫黧w中溶解二氧化碳及硫酸根離子的原位濃度。
刊物封面
深海熱液系統(tǒng)作為20世紀(jì)地球科學(xué)重大發(fā)現(xiàn)，溝通了不同圈層之間的物質(zhì)能量交換。近年來，高溫?zé)嵋簢娍诹黧w理化性質(zhì)及其對大洋環(huán)境影響已成為熱液活動新的研究熱點。溫度、壓力變化以及海水混入的影響會明顯改變熱液噴口流體的化學(xué)成分或濃度，盡管科學(xué)家使用保真取樣方法進行實驗室分析取得了較為貼近的數(shù)據(jù)，但由于取樣方法的限制而一直無法獲取高溫?zé)嵋簢娍趦?nèi)流體的準(zhǔn)確樣本，造成分析數(shù)據(jù)與實際仍有明顯差異。研究團隊攻克了光學(xué)鏡頭耐高溫和高濃度顆粒附著對光學(xué)系統(tǒng)的影響等國際技術(shù)難題，成功研制了國際首臺耐高溫(450oC)的熱液流體拉曼光譜探針-RiP（Xin Zhang et al., DSR-I, 2017）。該系統(tǒng)自2015年以來依托“科學(xué)”號科考船和“發(fā)現(xiàn)”號深海纜控潛器（ROV）對馬努斯熱液區(qū)、沖繩海槽熱液區(qū)的高溫?zé)嵋簢娍谶M行了原位拉曼光譜探測，采集到大量原位光譜數(shù)據(jù)。
本成果基于2016年“科學(xué)”號熱液冷泉綜合航次獲得的沖繩海槽中部熱液區(qū)三個高溫?zé)嵋簢娍诹黧w的原位拉曼光譜（最高273oC），結(jié)合實驗室內(nèi)大量高溫模擬實驗建立的CO2、SO42-的拉曼光譜定量分析模型（Lianfu Li, Xin Zhang*, et al., Applied Spectroscopy, 2018; Shichuan Xi, Xin Zhang*, et al., Applied Spectroscopy, 2018），成功確定了沖繩海槽中部熱液噴口流體中CO2、SO42-的濃度 (Lianfu Li, Xin Zhang*, et al., G-cubed, 2018) 。研究發(fā)現(xiàn)，硫酸根含量作為海水混入程度的指標(biāo)，在所測高溫?zé)嵋毫黧w中的含量幾乎為零，證明原位拉曼探測系統(tǒng)采集的熱液流體中并未發(fā)生海水混入，即所測樣本代表原始的熱液流體噴出物。通過對比ROV在同一熱液噴口保壓取樣方法測量的二氧化碳濃度發(fā)現(xiàn)，原位測量的濃度可高出保壓取樣實驗室測試濃度的三倍以上?；谠摮晒梢哉J(rèn)為熱液活動對全球碳循環(huán)以及氣候變化的影響很有可能被大大低估。該研究對于推動原位光譜探測技術(shù)在深海極端環(huán)境下的應(yīng)用具有重要意義，有助于重新認(rèn)識熱液活動對全球海洋環(huán)境的影響。
原位拉曼光譜數(shù)據(jù)獲得的二氧化碳、硫酸根離子濃度數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)保壓方式獲得的數(shù)據(jù)對比
（紅色符號代表二氧化碳，黑色符號代表硫酸根）
本研究得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院海洋先導(dǎo)專項、中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點研究項目的資助，博士研究生李連福為論文第一作者，張鑫研究員為通訊作者。
Lianfu Li, Xin Zhang*, Zhendong Luan, Zengfeng Du, Shichuan Xi, Bing Wang,Lei Cao, Chao Lian, and Jun Yan (2018). In situ quantitative Raman detection of dissolved carbon dioxide and sulfate in deep-sea high-temperature hydrothermal vent fluids. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 19, 1809-1823
原文鏈接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2018GC007445
