新華網青島６月７日電（記者張旭東）中國科學院海洋研究所科研人員與一美國科研機構合作，利用深海激光拉曼光譜儀和自制探針，在海底測出甲烷的原位真實濃度是傳統取樣測試的１０倍至２０倍，但海底甲烷是否會大量溢出加劇全球變暖依然未知。

由于甲烷是比二氧化碳溫室效應強幾倍的氣體，科學家一直想探究海底存在多少甲烷和其對全球氣候的影響。此前，他們將海底含甲烷的沉積物樣品提取至調查船上檢測，但是在從海底到海面幾千米的運送過程中，海水壓力和溫度發生巨大變化，深海沉積物甲烷濃度隨之發生變化，而在海底原位探測沉積物中甲烷濃度一直是科學難題。

中國科學院海洋研究所科研人員張鑫在中國海洋大學就讀博士期間，于２００８年１月赴與中國海洋大學合作的美國蒙特里杰克海灣水族館研究學會攻讀聯合培養博士。經過兩個月選題，張鑫的導師皮特·布魯指導他將研究方向定為海底甲烷原位真實濃度探測。



“我們實驗室研制了世界上第一臺可工作于深海的拉曼光譜儀，其發射激光在海底照射到固體樣品上，分析被激發拉曼光的數據即可得出這些固體樣品的成分。之前，有人做過海底巖石、可燃冰等物質的探測，但沒人做海底沉積物的原位探測。因為激光照射在海底沉積物上會產生熒光效應，一般大家認為這種熒光效應過強會遮蔽拉曼光譜的數據。”張鑫說。

張鑫通過實驗發現，激光照射在海底沉積物孔隙水中所產生的拉曼光譜譜線雖然疊加了熒光的背景光，但是并沒有被熒光效應所完全遮蔽，依然可以分析出海底沉積物孔隙水的成分。于是，在能夠進行定性分析物質組成的前提下，張鑫開始著手定量分析。

“在海底沉積物甲烷濃度探測中，我們以沉積物孔隙水為樣本，將孔隙水中溶解的甲烷拉曼譜峰與水的拉曼光譜譜峰相比，進行內標定數據處理，這樣就得到一個標準化后的甲烷拉曼光譜強度數值。以此類推，通過大量實驗室數據，就可以得出一個甲烷拉曼光譜強度與其濃度的比例系數。以后只要儀器探測出甲烷標準化拉曼光譜峰強度的數值，乘以這個系數就能知道甲烷的濃度。”張鑫說。

科學原理走通后，張鑫著手設計相應的深海探測設備，他以深海有纜水下機器人（ＲＯＶ）為依托，制作了一個鋁質探針，在視頻監控下，由ＲＯＶ的機械手握住探針，將其插進海底沉積物中，提取沉積物孔隙水。

“起初覺得利用機械手掌握不是很理想，因為其抖動厲害。如果插進去一抖，底層海水就會進入沉積物，這樣得到的數據就會不準確。但是我的簽證只有１８個月，為順利完成論文答辯，只能讓操作技術高超的技術人員操作機械手，盡量減少深海ＲＯＶ機械臂的抖動現象。”張鑫說。



記者在一張探針的示意圖上看到，探針進入海底沉積物抽入孔隙水，經過過濾后進入一個容積只有０．０８７毫升的光學微探測艙內，并獲得其拉曼光譜譜線數據，通過簡單運算即可得知濃度。