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深海极端环境黑碳的地球化学特征及其环境意义

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热带海洋学报 2024年第4期43卷 20-32页

作者：李黛王旭东贾子策冯东上海海洋大学海洋科学与生态环境学院上海201306

黑碳是一种广泛存在于不同环境中且抗氧化、耐分解的含碳物质。作为惰性有机碳的重要组分,黑碳深刻影响着全球碳循环。当前海洋黑碳收支的不平衡研究结果表明海洋中可能存在未知的或被忽略的黑碳来源或埋藏路径。随着深渊海沟、热液区... 详细信息

黑碳是一种广泛存在于不同环境中且抗氧化、耐分解的含碳物质。作为惰性有机碳的重要组分,黑碳深刻影响着全球碳循环。当前海洋黑碳收支的不平衡研究结果表明海洋中可能存在未知的或被忽略的黑碳来源或埋藏路径。随着深渊海沟、热液区和冷泉区等这些地球上最为极端的海洋环境黑碳研究的不断深入,已经确认这些环境中存在独特的黑碳循环过程,可能是海洋黑碳的重要源或汇。本文综述了海洋极端环境中黑碳的地球化学特征,发现深渊海沟独特的“V”字型地形有利于物质汇聚,其中的黑碳比同沉积的有机碳更为古老,黑碳年埋藏量可达约(1.0±0.5)Tg;热液区的高温流体通过“灼烧”有机质形成原位自生黑碳,其每年向海洋贡献的黑碳可达1.6~9.7Tg,是海洋黑碳的重要来源;冷泉区黑碳的源汇过程尚不清楚,但区域内丰度极高的甲烷厌氧氧化古菌最近被证明可以直接产生黑碳,其碳同位素值负偏至-60‰以下,这是迄今为止唯一的一种微生物来源黑碳,是对黑碳类型传统认识的重要补充。尽管目前已经建立海洋黑碳源汇过程的总体框架,但尚缺乏对海洋极端环境黑碳的直接形态观察及特征分析,未来的研究需要明确海洋极端环境中陆源黑碳与海洋自生黑碳的比例,以进一步了解海洋黑碳源汇过程并探讨极端环境黑碳在海洋碳循环中扮演的角色。

关键词：黑碳深海极端环境地球化学特征源汇过程

深海极端环境模拟平台电液比例压力控制技术研究

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深海极端环境模拟平台电液比例压力控制技术研究

作者：侯继伟浙江大学

学位级别：硕士

将深海海底热液活动环境在陆上实验室再现,以实现在实验室内对采集的深海微生物进行扩增及培养研究,不仅可以了解深海中存在的微生物种类而且可以随时观察温度和压力等因素对深海微生物生长繁殖的影响,也是对深海微生物进行开发利用的... 详细信息

将深海海底热液活动环境在陆上实验室再现,以实现在实验室内对采集的深海微生物进行扩增及培养研究,不仅可以了解深海中存在的微生物种类而且可以随时观察温度和压力等因素对深海微生物生长繁殖的影响,也是对深海微生物进行开发利用的基础。论文根据目前国内外深海微生物培养研究的现状,设计研制了一套由计算机闭环控制的包括高温高压反应釜和循环流动装置等设备的深海极端环境模拟平台,可以模拟深海微生物生长的各种不同环境并进行控制,用于生物基因工程的开发与研究。论文从总体方案论证,液压系统设计,电控系统设计、控制策略研究和软件实现等角度论述了深海极端环境模拟平台系统的设计原理。重点针对深海极端环境的高压微流动特点,在分析了目前海、淡水液压元件的研究应用现状的基础上,设计研制了微流量超高压海水比例溢流阀并设计实现了模拟平台的电液比例压力控制系统;同时对压力控制系统的控制策略进行了分析和实验研究:最后将研究成果应用到了国家“863”计划资助项目“高温高压化学传感器试验校正平台”、中国大洋“十五攻关”课题“模拟深海极端环境的船载微生物培养装置”以及中国科学院仪器研制项目“极端海底环境分子生物地球化学多级模拟反应和监测系统研制”三个项目的开发工作中进行了模拟平台的实验研究。现场实验表明,控制系统的性能达到并超过了设计要求,依此所研制的模拟平台,是目前在深海微生物培养领域国内外性能指标领先的一套微生物培养系统。全文分为七章。第一章介绍了国内外目前在深海海底热液作用与极端生态系统研究领域的研究开发背景,从深海极端环境模拟监控技术的角度阐述了国内外在该领域的科研设备等支撑技术方面的研究现状,介绍了微流量海、淡水液压系统比例压力控制技术目前的研究应用情况,提出了论文研究的目的、内容、主要技术难点和意义。第二章总体阐述了深海极端环境模拟平台的设计原理。按照系统的结构组成,详尽地介绍了循环培养系统和监测控制系统的实现方案及工作原理,同时给出了其它相关模块的设计方案,分析了存在的关键技术难点,并在此基础上提出了可行性的解决方案。第三章在分析海、淡水作为液压介质存在的优缺点的基础上,针对深海极端环境模拟监控平台的技术要求,从材料、设计和加工制造这三大关键基础技术方面入手分析提

关键词：深海极端环境模拟海水比例溢流阀电液比例控制系统

激光拉曼光谱技术对深海极端环境流体-岩石相互作用的启示

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矿物岩石地球化学通报 2022年第1期41卷 45-56页

作者：张鑫席世川中国科学院海洋研究所海洋地质与环境重点实验室深海极端环境与生命过程研究中心山东青岛266071 中国科学院大学北京101408

激光拉曼光谱技术是一种无损、非接触的快速检测技术,已被广泛用于深海极端环境的原位探测。本文介绍了激光拉曼光谱技术在原位探测深海极端环境自生矿物形成演化中的应用,以及流体对矿物热氧化过程的影响,深化了拉曼光谱技术对矿物结... 详细信息

激光拉曼光谱技术是一种无损、非接触的快速检测技术,已被广泛用于深海极端环境的原位探测。本文介绍了激光拉曼光谱技术在原位探测深海极端环境自生矿物形成演化中的应用,以及流体对矿物热氧化过程的影响,深化了拉曼光谱技术对矿物结构和组分的分析能力。总结了针对热液、冷泉流体组分(SO^(2-)_(4)、HSO^(-)_(4)、Cl^(-)、CH_(4)、H_(2)S、H_(2)和CO_(2))和理化参数(温度)建立的拉曼定量分析模型,以及原位探测应用实例。基于上述对流体相态、组分定量分析和矿物组分和结构建立的激光拉曼光谱分析新方法,阐述了激光拉曼光谱技术对原位探测深海极端环境流体-岩石相互作用的启示。未来主要通过升级现有激光拉曼原位探测系统,引入表面增强拉曼、长期多通道拉曼等技术,提高激光拉曼光谱探测技术的检测限和应用能力,在深海开展流体-岩石相互作用过程的原位监测和原位可控实验,以实现“将实验室搬到海底”的设想。

关键词：深海极端环境拉曼光谱定量分析流体-岩石相互作用原位探测

深海及深海热液区环境服役装备与材料多因素耦合腐蚀研究现状与趋势

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广州航海学院学报 2020年第1期28卷 1-9页

作者：尹衍升广州航海学院严酷海洋环境装备与材料蚀损过程控制研究中心

深海与深空是二十一世纪材料研究的前沿和高地.深海高地由冷高原(全海深)与热高峰组成."热高峰"即为深海热液区环境(海底高压:15～120 MPa、热液口周围高温:90～400℃)、浓烈的HS等有害气体、温度变化引起的海底洋流剧烈涌动(海底风暴))... 详细信息

深海与深空是二十一世纪材料研究的前沿和高地.深海高地由冷高原(全海深)与热高峰组成."热高峰"即为深海热液区环境(海底高压:15～120 MPa、热液口周围高温:90～400℃)、浓烈的HS等有害气体、温度变化引起的海底洋流剧烈涌动(海底风暴)).该环境服役材料在众多苛刻因素耦合作用下的腐蚀机制研究几近空白,已成为制约我国进军和征服深海所需装备与材料研发的瓶颈.本文综述了国内外深海环境材料腐蚀机理研究的现状,展望了该领域特别是深海热液区环境材料的研发趋势及研究难点;同时指出了大湾区严酷环境材料平台建设的紧迫性及与涉海高校学科建设的关联性.

关键词：深海极端环境热液区耦合腐蚀热高峰大湾区

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国家管辖范围外深海遗传资源法律问题研究

中州学刊 2009年第3期 103-105页

作者：张弛中国海洋大学法政学院山东青岛266100

国家管辖范围外深海遗传资源的研究和利用对于揭示生命起源的奥秘,探究海洋生物与海洋环境相互作用下特有的生命过程和生命机制及其在工业、医药、环保、军事等方面的用途,具有十分重要的意义。为此,有必要对国家管辖范围外深海底生物... 详细信息

国家管辖范围外深海遗传资源的研究和利用对于揭示生命起源的奥秘,探究海洋生物与海洋环境相互作用下特有的生命过程和生命机制及其在工业、医药、环保、军事等方面的用途,具有十分重要的意义。为此,有必要对国家管辖范围外深海底生物资源的法律地位、获取与惠益分享进行分析,并提出相关的国际、国内法律规制。

关键词：国家管辖范围深海极端环境遗传资源惠益分享

国家管辖范围外深海遗传资源获取与惠益分享法律问题研究

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国家管辖范围外深海遗传资源获取与惠益分享法律问题研究

作者：张弛中国海洋大学

学位级别：硕士

海洋及其资源在维持地球上的生命方面发挥关键作用,并提供造福于人类的商品和服务。不过,海洋面临着人类活动带来的大量的、各种各样的压力,越来越多的证据表明海洋生态系统及其生物多样性正在退化,其中包括气候变化的影响。这些问题引... 详细信息

海洋及其资源在维持地球上的生命方面发挥关键作用,并提供造福于人类的商品和服务。不过,海洋面临着人类活动带来的大量的、各种各样的压力,越来越多的证据表明海洋生态系统及其生物多样性正在退化,其中包括气候变化的影响。这些问题引起了国际社会的严重关注,迫切需要处理养护和可持续利用国家管辖范围以外区域海洋生物多样性的问题。同时,伴随着深海科学研究、勘探技术的发展及深海海床矿物资源的勘查进程,发现并明确了国际海底区域极端环境下的生物多样性及其丰富的遗传资源。这些遗传资源的研究和利用,对于揭示生命起源的奥秘,探究海洋生物与海洋环境相互作用下特有的生命过程和生命机制,发挥其在工业、医药、环保和军事等方面的用途,具有十分重要的意义。然而,不论是相关的国际法律规制还是学术研究均存在大量空白。国际社会还尚未确定国家管辖范围以外深海底遗传资源的法律地位。各国对依照《联合国海洋法公约》的规定,该区域的遗传资源究竟属于国际海底制度范畴,还是属于公海制度范畴的问题,均持有各自不同的观点和考虑。本文拟对国家管辖范围以外深海遗传资源的法律地位进行分析,并探讨与该区域遗传资源获取与惠益分享有关的法律问题。本文分为四章:第一章介绍了国家管辖范围外深海遗传资源的有关概念及权益争议,并分析该区域遗传资源的国际法地位,为讨论该资源的获取与惠益分享管理奠定基础。第二章考察了现有的相关国际法律框架,列举了《联合国海洋法公约》、《生物多样性公约》以及目前国际组织的会议和活动,指出现存的管理及法律方面的空白,同时讨论了用作为调整私权的知识产权法进行管理的优点和不足。第三章列举了可参考的资料,从国内遗传资源的管理模式和管理机制、国际法对其他资源调整的相关规定等不同方面、不同角度进行讨论,并分析其适用性和可借鉴的部分,以求在制定国家管辖范围以外深海遗传资源的获取与惠益分享管理方案时提供参考。第四章重点分析了《联合国海洋法公约》和《生物多样性公约》两种体制的关系及协调,并提出完善相关资源管理的几种途径,突出介绍了国际海底管理局在相关资源管理中的重要作用。同时提出在管理该资源的获取与惠益分享的过程中需要强调的环境问题。最后分析了我国参与国家管辖范围外深海遗传资源获取与惠益分享活动的立场及现状,并提出建议,从我国的角度,主张国家管辖范围外深海底生物资源为人类共同继承财产,推动由国际海底管理局担任深海底生物多样性的管理和养护者,使将来的国际法律框架更有利于我国的发展,也更有利于实现全人类的共同利益。

关键词：国家管辖范围外遗传资源深海极端环境国际海底区域获取与惠益分享