深海热液有机碳的高纯度采样机理研究

深海热液系统中的有机碳循环是海洋有机碳循环以及全球碳循环的重要组成部分，而且，研究热液中有机碳的成因和循环对研究深海热液生态系统，认识生命从无机到有机的起源与进化具有重要意义。获取高质量的深海热液有机碳样品是进行有机碳成分和形态分析的前提和必要手段，本项目针对深海热液有机碳的高纯度采样，开展相关基础性和工程性研究。首先开展采样器器件对热液有机碳成分影响机理的研究，确定适合于热液有机碳高纯度采样的材料选择方案；通过对基于耐高温、耐腐蚀无机材料的采样器密封机理进行研究，提出热液有机碳采样器的新型密封方式；并进一步开展热液有机碳高纯度采样实现方法和技术的研究，建立采样器关键器件的设计理论和原理样机，为最终实现热液有机碳高纯度采样器的系统集成和海试应用奠定基础，有力支撑我国在深海热液碳循环、热液生态系统及生命起源等领域的研究。

本项目围绕热液有机碳高纯度采样中需解决的材料选择、密封方式、采样方法与实现技术等基础性与工程性问题开展了深入的研究工作，主要成果如下：.1）通过高温高压密封试验研究，获得了全氟橡胶O形圈、FEP包覆O形圈、聚四氟乙烯和柔性石墨环等代表性高温密封件在高温高压下的密封性能和密封失效形式。研究发现聚四氟乙烯在高压下的工作温度大大高于通常所认为的250℃，研究结果表明，在30MPa的高压差下，聚四氟乙烯密封环能有效工作到375℃。为热液采样和高温高压极端环境设备的设计和选材提供重要依据。.2）建立了一种基于柔性钛箔反应腔的高温高压反应釜试验平台，为本项目开展材料的化学稳定性研究提供了先进的试验手段。.3）通过试验手段验证了丁腈橡胶、氟橡胶、全氟橡胶、聚醚醚酮和聚四氟乙烯等代表性密封材料在22MPa和200℃～300℃条件下的化学稳定性，为高纯度有机碳采样奠定基础。.4）开展了充油无刷直流电机在深海低温高压环境下的特性研究，在油液粘度特性和液体在电机内部流动模型研究的基础上，通过实验的方法获得了在低温高压环境下矿物液压油和硅油对充油电机运行特性的影响。 .5）研制了一种新型的适合于浅海热液区使用的有机物采样器，采样器在台湾龟山岛海底热液区成功进行了海试，采集了不同热液口的有机物样品，样品分析结果证明了采样器获取高纯度热液有机物样品的性能。.6）研制了新型电动式深海热液采样器，参加了2014年美国阿特兰蒂斯科考船对胡安德富卡洋脊热液区的科考航次，成功进行了多次深海热液取样，获得了大量高品质的热液保真样品。