海底热流探针

导 语多金属铁锰结核即锰结核的形态、结构构造、矿物种类和化学成分综合反映了结核的形成环境和生长机制，其生长过程中因为记录着这些海洋地质作用及变化的信息，备受相关学者的关注。使用岛津电子探针EPMA可对海底采集的多金属铁锰结核进行了微观形貌观察、成分分析和元素面分布特征测试，从而可以研究其结构及成因。 岛津电子探针EPMA优势： 岛津电子探针EPMA可在微区领域进行高灵敏度的分析，观察及分析只需要使用鼠标键盘即可完成，方便高效。 岛津电子探针（EPMA-1720 & EPMA-8050G） 岛津电子探针EPMA通过配置 统一四英寸罗兰圆半径的兼具灵敏度和分辨率的全聚焦分光晶体以及52.5°的特征X射线高取出角 使之对于微量元素的测试更具优势，不会错过微量元素的轻微变化。 图解：从微米级别空间尺度产生的元素特征X射线经过全聚焦晶体衍射后还会汇聚到微米级别范围，不会有检测信号的损失，也无需在检测器前开更大尺寸的狭缝，从而具有更高的特征X射线检测灵敏度和分辨率。 图解：高取出角可获得特征X射线试样在基体内部更短的穿梭路径，减少基体效应的影响，即更少的基体吸收更少的二次荧光等，从而具有更高的特征X射线检测灵敏度。 岛津电子探针EPMA对锰结核的分析： 通过岛津电子探针EPMA分析发现，此锰结核的中心成核部位发现了较多的全自形斑晶，斑晶主要为长石与辉石，可能来自于海底火山喷发在海水中的冷却结晶，在火山岩碎屑基质中还有后期充填形成的杏仁体构造。在火山岩碎屑边部也观察到快速冷却的火山玻璃晶相特征。 而根据相关元素的协变关系，结合各元素元素分布特征，表明此多金属结核的初期经历了一次较长周期的快速生长，形貌特征呈较为疏松的花瓣状和纹层状构造，其后经历了反复多次的快速和慢速结核的交替，反映了当时复杂多变的海洋地质环境，最外层是慢速生长的瘤状富Fe、Co外壳。整个结核壳层中，相对于内部原生构造的花瓣状和纹层状构造形貌，外面几层有裂隙及充填脉状形态，可能来自于次生构造。 图解：面分析（Mapping分析过程）反应多金属结核整体元素分布特征，Mn+Ni和Co元素分布富集具有负相关关系。

p　　日前，我国新一代远洋综合科考船“科学”号在执行中国科学院战略性先导科技专项“热带西太平洋关键区域海洋系统物质能量交换”的航次中，船上搭载的“发现”号遥控无人潜水器携带我国自主研发的拉曼光谱探针，在我国南海海域首次发现了裸露在海底的“可燃冰”，并证实其为天然气水合物。这一成果形成的研究论文日前在国际权威学术期刊《地球化学 地球物理学 地球系统学》上在线发表。/pp　　据中科院海洋研究所特聘研究员、课题负责人张鑫介绍，通过“发现”号无人潜水器携带的深海激光拉曼光谱探针，科考团队在我国南海约1100米的深海海底探测到两个站点存在裸露在海底的可燃冰。经拉曼光谱探针现场探测，证实其为标准的I型水合物。/pp style="text-align: center "img width="450" height="276" title="QQ截图20170925083353.jpg" style="width: 450px height: 276px " src="http://img1.17img.cn/17img/images/201709/noimg/90eac4cc-7b2e-4455-88be-da8921bd2583.jpg" border="0" vspace="0" hspace="0"//pp　　据悉,“科学号”通过其配备的“发现”号无人潜水器携带自主研发的国际上首台可以直接插入天然气水合物的RiP拉曼光谱探针,在我国海域首次发现了裸露在海底的天然气水合物。这也是在国际上首次使用原位拉曼光谱数据证实快速生成的天然气水合物并非单一的笼型结构,其内部其实存在大量的甲烷、硫化氢等自由气体。/pp style="text-align: center "img width="450" height="421" title="QQ截图20170925084236.jpg" style="width: 450px height: 421px " src="http://img1.17img.cn/17img/images/201709/noimg/551c3e3d-f083-41df-83b4-b0f02884f980.jpg" border="0" vspace="0" hspace="0"//pp　　据介绍，2014年—2015年，利用长基线水下定位技术和深海超高清视频技术，科研人员在南海圈定了裸露在海底的疑似“可燃冰”精确水下位置，但苦于没有相关的原位探测技术，无法验证此猜想。2015-2016年，科研人员自主研发了世界首台可以直接插入高温热液喷口(450 oC)进行原位探测的系列化拉曼光谱探针，可对深海热液流体、冷泉流体、“可燃冰”和沉积物孔隙水进行原位化学成分分析，成为了本次发现的主要高技术手段。原位探测技术可以避免传统取样方式由于从深海海底到海面之间巨大的温度、压力等环境因素变化导致的样品物理化学性质的变化，已成为国际深海研究的热点。/pp style="text-align: right "　　（整理自央视新闻、科技日报、青岛早报等）/pp /p

p centerimg alt="" src="http://news.sciencenet.cn/upload/news/images/2017/7/20177241010489020.jpg" width="500" height="382"//centerp/pp style="TEXT-ALIGN: center"　　Jerry Paros发明的石英传感器，将把海底监测的精确度提高到1厘米。/pp　　家住华盛顿州的Jerry Paros担心大地震就像一颗定时炸弹威胁着邻居和自家。因为美国西海岸正好处在环太平洋地震带上。但与其他数百万干着急的人不同，Paros尝试用实际行动抵御风险。他的公司发明了用于地震监测的石英传感器。该传感器最初用于化石能源开采等行业，现在，Paros打算用它帮助全世界免遭自然灾害的影响。/pp　　现年79岁的Paros在办公室展示了他的发明：在一个排球大小的金属架内部，传感器通过上下移动感应大气压力的微小变化，甚至开关门造成的气压变化都能被它捕捉到。在海底，该设备能感应水压的变化，从而推测海底深处的震动。/pp　　Paros希望打造一个海洋地震预警系统。他向华盛顿大学捐赠了200万美元资金，与大学科研人员在太平洋西北海岸海域进行测试。日本和智利等许多沿海国家也在研究海底地壳活动监测技术，安装测试各种传感设备。/pp　　多年来，海底的断层运动一直让地球物理学家感到棘手，地球70%的表面被水覆盖，标准探测工具在海洋环境中毫无作用。Paros创造的传感器让无计可施的地球物理学家第一次有机会探测海底活动。这些传感器网络可以揭示哪些海底断层是无害的，哪些有可能在为下一次大地震积攒能量。/pp　　“它将帮助我们定位活动区域，这正是我们此前办不到的事。”华盛顿大学海洋学家Emily Roland说。/pp　　沉睡的巨人/pp　　当Paros于1970年迁来华盛顿州时，他并不了解西北太平洋沿岸地震频发的危险。/pp　　该地区有记录以来最大的地震发生在1949年4月13日。当时，华盛顿州奥林匹亚市发生了7.1级地震。但从1980年代开始，研究人员发现南起加州北至英属哥伦比亚，北美洲整个西海岸都面临着9级强震和大海啸的威胁。危险根源来自距海岸50公里远的海洋底部，这个位置下面正是板块交界处。/pp　　卡斯卡迪亚俯冲带长达1000公里，是环太平洋火山地震带的一部分。海底俯冲带曾导致有记录以来的多次超级地震，其中包括1960年的智利9.5级大地震。1700年，卡斯卡迪亚发生海底强震，估计强度达到9级，地震引起的海啸让北美沿岸深受重创，太洋另一端的日本也受到波及。/pp　　卡斯卡迪亚俯冲带就像一颗定时炸弹让科学家提心吊胆。谁也不知道下次地震什么时候到来，可能是明天，也可能是数世纪以后。目前，科学家监测了其他俯冲带的地质活动，并通过监测小型地震的模式评估未来强震的风险。/pp　　加拿大地质调查局地震专家Kelin Wang称，卡斯卡迪亚俯冲带通常十分平静，近年来只检测到很少几次轻微震动，暗示该地区的板块运动处于平静期。这使得卡斯卡迪亚成为一个沉睡的巨人，同时也是一个危险的巨人——波特兰和西雅图等城市的命脉把握在它手上。/pp　　在陆地上，工程师可以使用全球定位系统(GPS)测量跟踪细微的地质运动迹象，包括火山爆发前山体周围地面的隆起，或者石块沿地质断层滑动，例如加州的圣安地列斯断层。但在海底进行地质运动监测则困难且昂贵。直到近几年，得益于监测工具和部署方式的创新，海底测量学才逐渐赶上陆地测量水平。/pp　　从新西兰、日本再到智利，各国的地球物理学家都在试图了解长期地质运动的风险，并在地震和海啸发生之初及时发布警报。大部分此类工作都基于政府资助建立的海底传感器网络，另外也有少部分由Paros这样的私人出资建造。Paros在俄勒冈州沿岸的海域安装了6个石英压力传感器，监测卡斯卡迪亚俯冲带运动状况。/pp　　科学家根据地表GPS测量得出了两个不同的卡斯卡迪亚俯冲带运动模型。其中一个显示，下降板块的活动十分缓慢，在整个过程中释放出压力。另一个认为，两个板块被锁定在一起，产生了压力积聚的危险。/pp　　释放压力/pp　　人们无法仅通过陆基仪器判断这两个模型正确与否。“我们不知道板块锁定到了什么程度，所以才需要海上测量。陆基测量已经不够用了。” Wang说。/pp　　海洋学家时常在卡斯卡迪亚海底安装监测仪器，但只能“撒撒胡椒面”。华盛顿大学和加州斯克利布斯海洋研究所联合组建的科研团队正尝试建立一个能够在时间维度上测量海底运动的系统，并从中评估威胁的性质。Paros的石英传感器在这项工作中扮演关键角色。/pp　　Paros在50年前就开始研发能够测量加速度、压力变化和温度等物理因素的石英传感器。其部署在海底的传感器能测量其上的水压变化，在纠正了波浪和潮汐带来的干扰之后，海洋学家能将海底的上下移动精确到1厘米。/pp　　Paros的公司是制造海洋压力传感器的公司之一。而他自己具有商业和科研的双重背景，现在已与当地的地球物理学家打成一片。华盛顿大学海洋地球物理学家William Wilcock表示：“Paros喜欢与工程技术人员和科技工作者进行互动，一心一意达成目标。”/pp　　早在1983年，Paros的传感器就参与了美国国家海洋和大气管理局的海啸观测系统，对太平洋地区的海洋运动进行监测。2004年印尼发生大海啸，他向华盛顿大学捐赠100万美元促进传感器网络的研发。在这笔捐赠以及2012年的另一笔100万美元捐款的帮助下，大学研究人员设计和测试新一代海底压力传感器。研究人员将搜集到的数据与数学模型进行对比，有望在十年内对海底断层状况得出结论。/pp　　不过，即便是最好的压力传感器，也只能揭示海底板块上下维度的运动，而无法检测到水平方向的位移。研究者使用另一种手段弥补这一不足。/pp　　科学家在海底以两三公里的间隔放置转换器。每隔差不多1年，科学家就测定转换器的准确位置信息。通过计算信通过海水的时间，研究者可以判断与上次测量时相比，海底是否发生了水平移动。/pp　　倾听运动的声音/pp　　目前，这种海底声学测距技术被广泛应用在世界各地。德国亥姆霍兹海洋研究中心在2015年为智利沿岸俯冲带上安装了这样一个传感器网络，帮助智利政府监测地震威胁。日本海岸警卫队每年会投入几个月的时间收集自数十个国家海岸线上的数据。而斯克里普斯研究所地球物理学家David Chadwell尝试使用自动航行的机器收集数据以减轻运行成本。/pp　　为了解卡斯卡迪亚俯冲带隐藏的实际危险，地球需理学家需要部署多种工具，包括地震仪以及分别用于海洋和陆地的大地测量仪器。关于仪器放置的位置以及如何得到最佳数据，侧重基础研究的科学家和那些专注地震、海啸预警的研究者之间存在分歧。而华盛顿大学希望新的网络能够同时满足这两个群体的需要。/pp　　“我们需要也能够让这些科学设备服务多种目的，例如增进科学知识和监测灾害。”华盛顿大学地震学家Heidi Houston说。/pp　　目前，卡斯卡迪亚俯冲带已有两个基本监测系统。海洋观测计划电缆阵列用一条长达900公里的线缆往返连接俄勒冈州海岸和一处海底火山。在加拿大那边，加拿大海洋网络有一条长度类似的线缆连接到海底俯冲带。两条线缆在布线沿途都连接有各种测量仪器。/pp　　而新方案的规模要比现有方案大的多，更类似于去年完工的日本DONET-2海底监测项目。日本横滨大陆海洋科学与技术局天文台副主任Katsuyoshi Kawaguchi表示，DONET-2骨干线缆长达500千米，沿途连接29个独立监测点。/pp　　此外，日本目前正在建设第二个规模更大的海底监测项目，计划铺设5700千米的海底线缆，连接150个监测点。这两个观测系统的数据将汇入日本全国地震和海啸预警系统。/pp　　未来某天，Paros或许能看到他的传感器遍布卡斯卡迪亚海域，成为自然灾害监测网络的一部分。近日，华盛顿大学的工程师在加州蒙特利湾的一个小型有线海底监测站部署了一套新传感器，并将在那里对传感器进行数月测试。/pp　　“我一直在做西西弗斯式的事，试图将巨石推向山顶。” Paros说。“我只是想播下种子证明这是可行的，同时希望政府认识到这是一个重要的公众安全议题。”/p/p