中科院海洋所研制出首套深海多通道拉曼光谱探测系统

近日，中国科学院海洋研究所研制出国际首套深海多通道拉曼光谱探测系统，实现了冷泉喷口流体、天然气水合物动力学过程、冷泉生物群落的长期原位观测与现场实验，并在我国南海冷泉区域构建首套深海原位光谱实验室。相关研究成果以Development and deployment of lander-based multi-channel Raman spectroscopy for in-situ long-term experiments in extreme deep-sea environment为题，发表在Deep-Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers上。 

科研团队前期研发的探针式深海激光拉曼光谱探测系统已常态化应用到深海沉积物孔隙水、冷泉和热液喷口流体、化能合成生物群落内部流体、天然气水合物以及冷泉和热液喷口系统附近岩石矿物的原位探测与定量分析。然而，随着深海热液和冷泉系统研究的深入，科学家逐渐认识到深海热液或冷泉系统是有机统一的整体，冷泉和热液活动在时间和空间上均具有强烈的不均匀性。已有的深海原位拉曼光谱仪的探测是短期瞬时且相对独立的，难以捕捉冷泉和热液系统等高动态和非均匀环境中不同目标之间的动态规律和潜在联系。

为此，研究人员研制了国际上首套深海多通道拉曼光谱探测系统（Multi-channel Raman insertion probes system，Multi-RiPs），研发了光路切换技术，实现了主要光学器件（如激光器、光谱仪、光电传感器等）的分时复用（图1），结合系列化拉曼光谱探针，实现了深海热液（图2）、冷泉（图3）系统中流体、固体、气体等不同相态目标物的长期原位监测。 

为了明确甲烷在深海冷泉喷口附近的转换通道以及冷泉区域的甲烷释放通量，研究团队使用深海多通道拉曼光谱探测系统搭载深海坐底长期观测系统（Long-term ocean observation platform，LOOP）于2020年、2021年、2022年布放于我国南海北部的台西南冷泉区域（图4），实现了冷泉喷口流体中主要成分、天然气水合物与深海环境的耦合变化过程、冷泉生物群落内部甲烷氧化过程的长期原位探测与现场实验，建设了国际首套深海原位光谱实验室，并在深海冷泉、热液等区域常态化运行。 

图1.多通道拉曼光谱探测系统关键光学器件布局图 

图2.Mulit-RiPs搭载LOOP在热液区域进行原位实验与多目标物长期连续探测示意图 

图3.Mulit-RiPs搭载LOOP在冷泉区域进行原位实验与多目标物长期连续探测示意图 

图4.Mulit-RiPs搭载LOOP连续三年（a、2020年；b、2021年；c、2022年）

研究工作得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金、中科院战略性先导科技专项等的支持。 

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.dsr.2022.103890