近日，中國科學院海洋研究所研制出國際首套深海多通道拉曼光譜探測系統(tǒng)，實現(xiàn)了冷泉噴口流體、天然氣水合物動力學過程、冷泉生物群落的長期原位觀測與現(xiàn)場實驗，并在我國南海冷泉區(qū)域構建首套深海原位光譜實驗室。相關研究成果以Development and deployment of lander-based multi-channel Raman spectroscopy for in-situ long-term experiments in extreme deep-sea environment為題，發(fā)表在Deep-Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers上。 

科研團隊前期研發(fā)的探針式深海激光拉曼光譜探測系統(tǒng)已常態(tài)化應用到深海沉積物孔隙水、冷泉和熱液噴口流體、化能合成生物群落內部流體、天然氣水合物以及冷泉和熱液噴口系統(tǒng)附近巖石礦物的原位探測與定量分析。然而，隨著深海熱液和冷泉系統(tǒng)研究的深入，科學家逐漸認識到深海熱液或冷泉系統(tǒng)是有機統(tǒng)一的整體，冷泉和熱液活動在時間和空間上均具有強烈的不均勻性。已有的深海原位拉曼光譜儀的探測是短期瞬時且相對獨立的，難以捕捉冷泉和熱液系統(tǒng)等高動態(tài)和非均勻環(huán)境中不同目標之間的動態(tài)規(guī)律和潛在聯(lián)系。

為此，研究人員研制了國際上首套深海多通道拉曼光譜探測系統(tǒng)（Multi-channel Raman insertion probes system，Multi-RiPs），研發(fā)了光路切換技術，實現(xiàn)了主要光學器件（如激光器、光譜儀、光電傳感器等）的分時復用（圖1），結合系列化拉曼光譜探針，實現(xiàn)了深海熱液（圖2）、冷泉（圖3）系統(tǒng)中流體、固體、氣體等不同相態(tài)目標物的長期原位監(jiān)測。 

為了明確甲烷在深海冷泉噴口附近的轉換通道以及冷泉區(qū)域的甲烷釋放通量，研究團隊使用深海多通道拉曼光譜探測系統(tǒng)搭載深海坐底長期觀測系統(tǒng)（Long-term ocean observation platform，LOOP）于2020年、2021年、2022年布放于我國南海北部的臺西南冷泉區(qū)域（圖4），實現(xiàn)了冷泉噴口流體中主要成分、天然氣水合物與深海環(huán)境的耦合變化過程、冷泉生物群落內部甲烷氧化過程的長期原位探測與現(xiàn)場實驗，建設了國際首套深海原位光譜實驗室，并在深海冷泉、熱液等區(qū)域常態(tài)化運行。 

圖1.多通道拉曼光譜探測系統(tǒng)關鍵光學器件布局圖 

圖2.Mulit-RiPs搭載LOOP在熱液區(qū)域進行原位實驗與多目標物長期連續(xù)探測示意圖 

圖3.Mulit-RiPs搭載LOOP在冷泉區(qū)域進行原位實驗與多目標物長期連續(xù)探測示意圖 

圖4.Mulit-RiPs搭載LOOP連續(xù)三年（a、2020年；b、2021年；c、2022年）

研究工作得到國家自然科學基金、山東省自然科學基金、中科院戰(zhàn)略性先導科技專項等的支持。 

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.dsr.2022.103890