讲座13 海洋化学现场技术进展

海洋化学现场技术进展《海洋化学进展》讲座13陈敏厦门大学海洋与环境学院海洋学过程时空尺度的复杂性海洋观测系统水下机器人水下遥控机器人（ROV，RemoteOperatedVehicle）水下自主式机器人（AUV，AutonomousUnderwaterVehicle）载人深潜器（DSV，Deep-seaSubmersibleVehicle）载人深潜器—美国Alvin号载人深潜器—美国Alvin号潜深比较潜水对象最大深度记录（m）带水下呼吸器的潜水者<76，最大313核潜艇242-300穿铠装潜水服的潜水者600深海潜水球923Alvin深潜器4500载人潜艇6526深海潜水器9848载人深潜器Alvin潜深曾达4800米隶属美国WoodsHole海洋研究所是世界上第一次发现海底火山的潜器（1977年）载人球体直径2.0米乘员三人，单驾驶员，两个科学家电池费用消耗：$40/天作业系统-机械手、各类作业工具最大速度2.0节水下工作时间8小时（4小时作业）已下潜4000多次，每年200多天在海上，运送12000多人次母船Atlantis，常与AUV-ABS、ROV-JASON2配套使用Alvin：飞越海洋阿尔文号启航：1964年5月搜寻核弹：1966年1月-4月法美中大洋海底研究（FAMOUS）工程：1974年，为海底扩张理论提供了决定性的证据RMS“泰坦尼克”号搜寻：1985-1986年Alvin：深入海底热液1977年，加拉帕加斯群岛附近大西洋发现热液孔。此后在大西洋和太平洋发现24处热液涌出点。Alvin：深入海底热液发现并记录了约300种新型动物物种Alvin：深入海底热液Alvin：深入海底热液Alvin：深入海底热液世界上载人深潜器清单美国6000米“SeaCliff”（1968）法国6000米“鹦鹉螺号”（1985）俄罗斯6000米“和平一号”、“和平二号”（1987）日本6500米“深海6500”（1989）中国7000米“蛟龙号”（2010）中国“蛟龙号”7000米载人潜水器现场化学测量技术：重要参数化学传感器：低检测限高精度良好的选择性快的响应时间宽的测试范围低能耗牢固随温度、压力等变化小，稳定性好避免生物附着现场化学测量技术电化学技术：使用最为广泛

电导率（盐度）、电位（pH）、电流滴定（ClarkO2电极）、极谱（金属）光学方法：紫外-可见光（营养盐/HS-/I-/Br-）、光极

（pH/O2）、红外（有机组分）、拉曼光谱

（CH4/CO2/SO42-）化学探头的主要依托技术基于电化学技术的单要素化学探头对象检测限响应时间适应环境寿命评论pO2，Clark型0.1M0.1s大洋表层、深层、沿岸几个月->1a水扰动影响小；H2S干扰N2O/O2

阴极型0.1M1.5-12s大洋表层、沿岸1个星期H2S干扰；不同探头、年龄、扰动等导致变化NOx-生物探头<1-5Ms-min大洋表层、沿岸<3个月温度和反硝化菌影响线性；对NO2-、N2O响应NO2-，ISE10M10-15s大洋表层水、沿岸水几天Cl-、H2S干扰H2S1M<100ms沿岸水扰动干扰小；O2、SO2强光干扰基于电化学技术的单要素化学探头对象检测限响应时间适应环境寿命评论CO2ISE<3M10s大洋表层水、沿岸水几星期酸性气体、H2S干扰；10-50°CpH玻璃ISE1-1415s大洋表层、深层、沿岸、热液几个月-年<3000m；0-120°C；±0.06pHYSZ陶瓷ISE3-9<5min热液几天<4000m；10-400°C；±0.03基于电化学技术的多要素化学探头对象检测限响应时间适应环境寿命评论O2，Stot，Fe2+，Mn2+，S2O32-，S4O62-，I-，FeS，溶解有机态Fe(III)M1-10s大洋表层、深层、沿岸、热液几个月<3000m；1.5-100°C；现场自动归一化Cu(II)，Pb(II)，Cd(II)，Zn(II)nMs沿岸水几个月样品介质不影响；未缓冲体系中O2有影响；<100m基于光极技术的化学探头对象检测限响应时间适应环境寿命评论O27Ms-min大洋表层、深层、沿岸、热液年易使用、长期稳定pH4-9s-min大洋表层、大洋深层、沿岸、热液年存在温、盐效应pCO2250Pamin大洋表层、大洋深层、沿岸年H2S0-2.5Pas-min仅在实验室试验基于紫外-可见光的化学探头对象检测限响应时间适应环境寿命评论NO3-、HS-（ISUS）0.2-1.5Ms大洋表层、大洋深层、沿岸月-年高空间分辨率、低温导致NO3-偏差，<1000mNO3-，NO2-0.9M大洋表层、沿岸月高分辨率NO3-0.2Ms大洋表层、沿岸精度>0.21M，<5000m基于分光的化学探头对象检测限响应时间适应环境寿命评论NO3-，NO2-,PO43-,NH4+,SiO32-,TN,TPnMmin大洋表层、沿岸几星期->几个月反应物降解与消耗决定放置时间Fe(II,III)0.1M15min大洋表层、深层、沿岸、热液月反应物需补充pCO20.1Pa45s大洋表层、沿岸几个月不同深度需针对性修正，<100mpH1-1410s大洋表层、沿岸<1000m,精度±0.001Stot、O2、Si(OH)4、NO3-Ms-min热液5-25°C，<3000m，高分辨率VOCsppb5-10min大洋表层、沿岸耗电多，检测限高，3-20°C，<200m基于拉曼光谱的化学探头对象检测限响应时间适应环境寿命评论O2，N2,CO2,CH4dbars大