深海热液流体中溶解气体的拉曼光谱原位定量分析新方法及其应用研究

Hydrothermal vent is one of the most direct exemplifications of the seafloor hydrothermal activity. It had become a focal point at international marine scientific research for a long time, but still lack in situ detection methods. In this project, we will focus on the scientific requirement and the key technology for in situ detection of the deep-sea hydrothermal vent fluids. The really hydrothermal fluid samples will be test at a laboratorial hydrothermal environment simulator. A Raman quantitative analysis method will be developed for the dissolved gas (CH4, CO2 & H2S) in hydrothermal fluid based on the simulated results. In the same time, an in situ hydrothermal fluid Raman probe based on “Faxian” ROV will be add to a homemade Deep-ocean Raman In Situ Spectrometer to fit the requirement of hydrothermal vent in situ detection. The method and the probe will be firstly use at the Okinawa Trough and Manus Back-arc Basin. In situ concentration of dissolved gas in the hydrothermal fluid will be acquired for the research of hydrothermal activity impact on deep-sea environment. . This project will not only prove a new technology for hydrothermal vent fluid in situ detection, but also push forward the practical application of Raman spectra technique in the deep-sea exploration.

热液喷口流体作为海底热液活动最直接体现，一直是国际海洋研究的热点和前沿，但一直缺乏有效的原位探测手段。本项目针对热液喷口流体原位探测的科学需求和技术关键开展研究，拟采用真实热液喷口流体样品进行模拟深海热液环境测试，以建立一套针对实际热液流体中溶解气体（甲烷、二氧化碳和硫化氢）浓度的拉曼光谱定量分析方法；同时对现有的深海原位拉曼光谱系统进行技术升级，研制一套基于“发现”号ROV(Remotely Operated Vehicle)的热液流体原位拉曼探针，以满足热液流体现场探测的需要。所建立的方法和改进的系统将首先在冲绳海槽和马努斯海盆热液区应用，预期获得热液流体中溶解的主要气体原位真实浓度，为开展热液活动对深海海洋环境的影响研究提供真实可靠的基础数据。. 本项目的实施不仅可为热液流体原位探测提供一种先进技术手段，而且可推进拉曼光谱技术在深海探测中的实际应用。

热液喷口流体作为记录热液系统深处地球化学反应过程的载体，也会对近海底理化环境造成直接影响。对热液喷口流体的研究是揭示热液活动成因、发展变化过程以及对周围大洋环境影响等领域的重要内容，已经成为热液活动新的研究热点。但长久以来，对深海热液的研究一直缺乏有效的原位探测手段。本项目针对热液喷口流体原位探测的科学需求和关键技术开展研究，拟采用真实热液喷口流体样品进行模拟深海热液环境测试，以建立一套针对实际热液流体中溶解气体（甲烷、二氧化碳和硫化氢）浓度的拉曼光谱定量分析方法；同时对现有的深海原位拉曼光谱系统进行技术升级，研制一套基于“发现”号ROV(Remotely Operated Vehicle)的热液流体原位拉曼探针，以满足热液流体现场探测的需要。最终将建立的定量分析方法和热液流体拉曼探针用于冲绳海槽和马努斯海盆热液区的原位探测与分析中。.通过本项目的实施，建立了适用于深海热液极端环境的针对CH4、CO2、H2、H2S、SO42-、HSO4-、pH等关键参数的定量模型，并且基于此方法对热液系统形成了一些新认知。原位数据结果表明，热液喷口流体中的溶解甲烷和二氧化碳的原位浓度被严重低估，进而对全球范围内的碳循环研究造成重要影响。同时，此项目还在弧后热液区观测到一种特殊的气相热液喷发系统，是对热液系统演化过程的重要补充；在热液喷口附近发现普遍存在的天然气水合物，并且定量分析结果表明热液喷口流体中的溶解气体以CO2为主，而热液喷口附近的CO2-CH4水合物体系以I型CH4水合物为主。这一发现有可能对天然气水合物在全球范围内的分布和成藏机理产生重大影响。.本项目的实施不仅为热液流体原位探测提供了一种先进技术手段，而且极大的推动了拉曼光谱技术在深海探测中的实际应用。