>

正规棋牌游戏平台再携利器探深渊,记录地球心

- 编辑:正规棋牌游戏平台 -

正规棋牌游戏平台再携利器探深渊,记录地球心

正规棋牌游戏平台 1

正规棋牌游戏平台 2

“探索一号”科考船在马里亚纳海沟布放地震仪

▲ “海翼”号7000米水下滑翔机布放中。▶ 万米级海底地震仪在马里亚纳海沟布放中。▼ “探索一号”科考船停靠在南海救助局三亚基地救助码头。

“呼叫海底,呼叫海底”,“探索一号”科考船在甲板上发出回收指令。

万米海底深渊一直是吸引人类不断探索的秘地。继去年我国首次综合性万米深渊科考活动圆满完成之后,中科院深渊科考队今年再探马里亚纳海沟万米深渊,并于近期结束了TS-03航次,返航回到三亚。在长达68天、航行7929海里、执行了113项试验与科考任务的海上万米科考过程中,科考队曾连续遭遇恶劣海况的干扰,也多次经历了装备损失和试验失败。对万米深渊的第二次探访,中国人携带了哪些神兵利器?又破了哪些世界纪录?

指示灯亮起,地震仪在马里亚纳海沟挣脱沉耦架的束缚,头也不回直冲海面,如同游子急迫的回到母亲身边。

国产水下滑翔机

下潜10027米,作业600个小时,接到指令后地震仪以每秒0.8米速度、历时4个小时成功返回海面。

6329米,刷新世界纪录

随着56台仪器回收完毕,我国成为世界上首个成功获取万米级海洋人工地震剖面的国家。

本航次中,“海翼”号深海滑翔机在马里亚纳海沟挑战者深渊上完成了大深度下潜观测任务,并安全回收。其最大下潜深度达到了6329米,刷新了水下滑翔机最大下潜深度的世界纪录,为我国深渊科考提供了新的科考手段。此前,水下滑翔机最大下潜深度的世界纪录是6003米,由美国科学家创下。

“九五”之前,我国海底探测技术几乎空白。20年后,国产地震仪不仅实现了万米突破,还记录到地球深处的心跳。这台只有17英寸的地震仪是一种什么设备?又是如何在水下待得住、醒得快、回得来呢?

水下滑翔机是一种新型水下机器人,它通过调节自身浮力和姿态来实现在水中滑行,并收集水体信息,具有低功耗、高静音的特点,可以对特定海域实行高精度大范围的水体观测。

万米自由落体 “不倒翁”传感器自动调整姿态

“海翼”号水下滑翔机由中国科学院沈阳自动化所研制,具有完全自主知识产权,是新型水下观测平台。自原理样机的研发到深渊观测任务的圆满完成,“海翼”号已经历了13个年头,包含浅海、深海、深渊等不同型号的水下滑翔机20余台。

从海平面到海底,万米下潜并不困难——重力来自于20公斤的沉耦架,带着地震仪在水中自由落体。但是,沉底后能否正常工作,传感器的平衡是关键。

此次,“海翼”号水下滑翔机搭载“探索一号TS03航次”,在马里亚纳海沟共完成了12个周期的观测任务。它累计工作87个小时,总航程超过130公里,最大下潜深度达到了6329米,是目前我国乃至世界上安全下潜深度最大的水下滑翔机。这证明了,“海翼”号水下滑翔机作为一种新型海洋智能设备,能够对现有深渊观测任务提供新的解决方案。这次试验的结果将有助于提升和改进“海翼”号的更大下潜深度。

“在陆地上,可以手动调整地震仪的姿态,落到海底,所处的地形无法选择,地震仪的站立姿态各式各样,需要地震仪在内部自动调整。”国产海底地震仪设计者、中科院地质与地球物理所研究员游庆瑜告诉科技日报记者,“形象点说,这时的传感器就是一个‘不倒翁’,不管地震仪怎么掉到海底,内部的地震传感器都能自动调整到平衡姿态。”

在此次观测任务中,“海翼”号水下滑翔机收集了大量高分辨率深渊区域水体信息,为海洋科学家研究该区域的水文特性提供了宝贵的资料。

在地震仪内部,有两个负责调平的器件。一个是姿态传感器,负责测量地震传感器的姿态信息,另一个是磁阻式电子罗盘负责测量地震传感器的方向信息,它们使得地震仪在着底后,身体可以歪斜而内部地震传感器实现平衡。

国产海底地震仪

但是,要将地动信号转化为电信号并准确拾取,除了平衡,高质量的地震动信号记录还需要地震仪整体构件的良好耦合。游庆瑜打了一个坐汽车的比方,车过坎时晃了一下,你在车上颠了两下,信息必然错误,因为耦合较差;如果将你绑在车上甚至与车同为一体、同频共振,这时的信息与客观吻合,因为耦合良好。

首获万米级海洋人工地震剖面

海底地震仪依靠设计合理的整体结构,使海底与舱球、舱球与传感器互相耦合,以保证万米深渊下与地球同频共振,拾取到的信息准确无误。

本航次中的另一亮点,是我国自主研发的万米级海底地震仪。其在世界最深处——马里亚纳海沟挑战者深渊取得成功应用,标志着我国成为世界上继日本之后,第二个具有自主研发万米级海底地震仪能力的国家。借助地震仪,探索一号TS03-01航次在马里亚纳海沟挑战者深渊完成了两条万米级人工地震剖面,标志着我国成为世界上首个成功获取万米级海洋人工地震剖面的国家。

深海沉睡600小时 功耗最低说醒就醒

海底地震仪是一种海洋地球物理仪器,是海洋地球科学探测的重要设备,既可以用于天然地震观测,也可以用于主动源人工地震探测。它通过记录海底地震波动信号,对海底地层开展地震波成像,为认识海底地球内部结构提供依据。

“不论地震仪在海底逗留多久,只有成功收回,才能发挥作用。”海底地震仪设计者、中科院地质与地球物理所研究员郝天珧告诉科技日报记者,“回收率作为检验仪器质量的一个关键指标,各国都在不断摸索。”

本航次一显身手的万米级海底地震仪,由中国科学院地质与地球物理研究所经过近20年持续努力,坚持自主创新研发而成。借助其完成的两条万米级人工地震剖面,剖面设计长度600公里,实际作业长度669公里,投放了三种类型的海底地震仪共60台。其中,第一条剖面投放海底地震仪40台,成功回收38台,最大回收深度10027米;第二条剖面投放了海底地震仪20台,成功回收18台,最大回收深度10026米。所有回收的仪器数据记录完整,数据质量较好。

海底地震仪的“粮食”是装载在身上的电池,谁的电量消耗少,谁就能在海底保留的时间长,记录的资料多,留海时间长,回收率也就越高。郝天珧解释道,在全球范围内,中国的地震仪功耗是最低的。

与此同时,本航次还成功回收了2016年8月份探索一号投放在马里亚纳海沟的两台长周期被动源海底地震仪,最大深度6444米,获得了该地区近半年的天然地震和微动数据,为该区海底地壳速度结构成像研究、近震参数研究提供了宝贵的资料。另外,本航次在该地区成功投放5台长周期被动源海底地震仪,计划半年后回收。

2014年冬季,我国在黄岩岛海域回收相同条件下布设的中、法地震仪。在回收时节偶遇台风来袭,船上成员只抢收到部分法国地震仪。等到来年三月,科考船再次来到黄岩岛重收剩余的仪器时,国产仪器悉数收回,法国仪器却因电量耗尽而全军覆没。今年在马里亚纳海沟的不同深度,共布放60台地震仪,成功收回56台,全部使用的自行研制的水声应答释放模块。而且,万米地震仪下潜作业600个小时,待呼唤时说醒就能醒。

这些数据对于开展地球最深点马里亚纳海沟俯冲带结构研究有着非常关键的意义。这一工作的成功也标志着我国在大深度海底地震探测技术领域步入国际先进水平。

百兆帕水压 戴着“项圈”像水母一样飞升

紫外拉曼光谱仪

“海底水压非常大,海斗深渊的万米压力是100MPa,就是1平方厘米负载1吨的重量。一台海洋仪器要到万米深处所承受的压力,相当于一个手指甲盖上要承担一部小轿车的压力。”中科院地质与地球物理所王元博士在中科院做万米深渊科考见闻报告时提到。

7449米寻宝奇兵首次下海

万米地震仪接到返回指令后,以每秒0.8米的速度迅速飞升。海底地震仪由于下潜深、环境压力大,多采用无动力上浮技术,这就需要在耐压同时,可以提供一定的浮力,从而对浮力材料提出了较高要求。在地震仪内部的玻璃球上端,一个嵌在地震仪脖子处的橙色固体“项圈”是整套设备浮升的一个主要动力装置。

本航次使用原位实验号、万泉号、天涯号深渊着陆器对我国自主研发的一系列深海装备开展了成功的试验和实际应用,其中就包括世界首次获得成功应用的深海寻宝奇兵——7000米级紫外激光拉曼光谱仪。

“这种固体浮力材料是以胶黏剂为基体、空心玻璃球为浮力调节介质的复合材料。它的浮力来自低密度空心玻璃球,粘度低、流动性好的树脂粘胶被填入玻璃球之间的缝隙,加温固化后的材料既能均匀承受水的压力,又能抵抗水的渗透。”中船重工七一〇研究所高级工程师陈江告诉科技日报记者,带有“项圈”的地震仪就像一只水母,在力学控制下沿着直线上升。

该光谱仪是国际上首次用于深海探测的紫外激光拉曼光谱仪,也创造了拉曼光谱仪最高深海探测纪录:7449米。

“不同水压对浮力材料的要求是不一样的,适合5000米的材料可能在6000米就不适用,所以,除把握材料选择标准外,还需对浮力材料的配比反复进行探索,制作出不同规格的设备。”陈江说。

由于拉曼光谱技术可对处于海水条件下的物质作原位、准确的测定,深海拉曼光谱仪器一直是深海资源探测领域的研发重点,国内外许多研究团队都投入了大量资源。但是,这种仪器用于海洋研究时,会出现严重的荧光干扰。

科研只是起步 国土划界矿产勘探也在用

早在1998年,中国科学院大连化学物理研究所李灿团队就研制了国内第一台具有自主知识产权的紫外拉曼光谱仪。此后的一系列研究表明,紫外拉曼光谱可以大大提高拉曼信号的检测灵敏度,避开荧光的干扰,并且在高温高压水相体系的研究中显示出巨大优势。

“很多人不知道,除了科研,海底地震仪在海洋划界方面有着重要作用。”郝天珧一边说,一边亮出“国家科学技术进步奖二等奖” 证书——“中国海大陆架划界关键技术研究及应用”。

在此基础上,将紫外拉曼光谱技术引入到深海海底用于探测,是目前世界上未见报道的尝试。这不仅具有科学意义,在高端仪器研制方面更是一种创举。

中日海洋划界的争议中,冲绳海槽两侧的归属是一个焦点。日本提出以中国东海中线为界,我国认为应以冲绳海槽的中线划界。如何提供证据?中科院地质与地球物理研究所通过地震仪的监测,给解释不清的坡角结构提供了清晰的数据,证明地壳在冲绳海槽处已经有洋壳产生,海槽并不是大陆架的自然延伸,使中日划界的规则发生更改,确定了中国的划界原则。

但相关仪器的研制还面临两大难题:激发光越到紫外区对于光栅分光要求越高,所需光谱仪尺寸就越大,但深海探测要求所带仪器越小越好,研发团队需要将紫外拉曼光谱仪的分光系统缩小到一个笔记本大小;另外,在深海条件下,光谱仪面临高压和频繁着陆冲击等极端条件,对光谱仪性能提出了苛刻要求。

在全球,海洋资源勘探是地震仪的用武之地。全球的海底资源调查权对全世界开放,想要获得深水洋中脊开采权,就得先行调查。郝天珧告诉记者,通过海底地震仪探测,我国获得了印度洋大洋中脊相应区域下的地质结构,也让我国成为世界上第一个向海底矿产资源委员会提出申请并授勘探权的国家。

对此,李灿院士团队采用折叠反射镜、光纤软连接以及同轴反射镜等一系列技术,历经3年攻关,研发成功满足深海极端条件应用的紫外拉曼光谱仪器,并与三亚深海所工程人员完成了光谱仪应用的工程化。

“随着我国深海探测技术的发展,尤其是越来越多的自主研发技术达到国际水平,我国在海洋世界的话语权越来越多,我国在海洋领域的影响力也越来越大。”郝天珧自豪地说。

“此次海试验证成功,表明我国从此可以对全世界99%以上海域实行分子光谱探测,为我国深海矿藏和能源资源的开发、海洋科学研究提供利器。”范峰滔说。

相关链接

探查深海大取样

二十年磨一剑 国产海底地震仪的前世今生

8152米发现鱼类生存最大深度

“九五”国家863计划开始,国产地震仪开启了自主研发之路。

在本航次中刷新世界纪录的,不仅有各类“下海”的神兵利器,还有它们取回的各种样品、数据和视频资料。

1997年,第一批5台国产样机在东海进行了海试。每台仪器分在20个箱子里运输,5台仪器近百个箱子,需要科研人员在现场组装调试多日方能使用。

我国研发的深海摄像机在挑战者深渊8152米深度处,记录了狮子鱼的活动,这是目前国际上发现的鱼类生存最大深度。在雅浦海沟7884米深度,科考队还获取了一尾深海狮子鱼样品,这是国际上在雅浦海沟首次发现狮子鱼,也是目前我国在深海获取的鱼类样品最大深度。

2003年,在南海潮汕凹陷海域,5台短周期地震仪按测线方式排列,间隔20公里,最大工作水深达到1800米,全部回收成功。

正规棋牌游戏平台,本航次还使用自主研发的4型装备,20次进入挑战者深渊大于10800米的海底,最深达到10911米,累计着底作业时间长达230多小时。这些成功的下潜帮助我国在世界的最深处附近获得了1200多升水样、120升经过原位化学实验培养的水样、330多个海底大生物样品、近4升海底沉积物样品、12小时高清视频和40小时的标清视频资料,并在海底通过对1250升海水的自动过虑富集和固定,获得大量微生物样本。其中,所获得的近2800毫升保压气密水样,是国际上首次在万米深度获得的保压气密水样。

“十一五”期间,高频地震仪在南海北部神狐示范区海域进行海试,虽然数据质量很好,最大工作水深达到2000米,但回收率偏低,国产地震仪在研发道路上遇到了坎坷。

此外,在去年探索一号深渊科考取得7千米级海底沉积物长柱状样品基础上,科考队在8638米和9373米深度处,分别获取了3.61米和2.16米长的海底沉积物柱状样品。这些样品对研究海斗深渊的沉积环境和历史、微生物的活动和分布具有重要价值,也刷新了国际上深海长柱状地质取样的深度纪录。

2011年,我国大洋航次在西南印度洋热液喷口的地球物理探查中,5台国产仪器全部回收成功,表明前期存在的整机可靠性较差、水声通讯模块不稳定等问题已基本解决。

再探万米深渊,屡破世界纪录。中国人以出色的表现证实:万米海斗深渊不再是中国科学家的禁区,中国科学家有能力在这一世界前沿科学领域开创性地开展科研工作,为人类科技进步作出应有贡献。

2011年至2013年,在渤海和黄海分别开展了3次海陆地震联合探测,前后投入国产仪器共74台次,均100%回收成功,这也是我国首次开展的海陆双向地震联合探测。

(原载于《经济日报》 2017-05-15 14版)

2016年,在中国科学院“探索号”马里亚纳海沟深渊科考航次中,9台国产仪器100%回收,最大工作水深7731米。

2017年3月,再探马里亚纳海沟,工作水深刷新为10027米,成功获取了世界上首条万米级海底地震勘探数据。

(原载于《科技日报》 2017-04-06 05版)

本文由科技信息发布,转载请注明来源:正规棋牌游戏平台再携利器探深渊,记录地球心