[發明專利]一種多功能海底通量及沉積物原位采樣裝置

有效

• 申請號: 201410181903.4
• 申請日: 2014-04-28
• 公開（公告）號: CN103969402A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 李學剛;宋金明;袁華茂;李寧;段麗琴
• 申請（專利權）人: 中國科學院海洋研究所
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;G01N1/12;G01N1/10
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 周秀梅;何麗英

技術領域

本發明涉及海洋監測技術領域，具體地說是一種多功能海底通量及沉積物原位采樣裝置，可適用于實驗室內沉積物-海水界面交換過程的模擬研究，也可用于海洋調查時原位測量沉積物-海水界面敏感參數的變化，估算沉積物-海水界面的物質交換通量，并同時獲得無擾動的監測原位沉積物。

背景技術

沉積物-水界面間的物質交換是海洋物質循環的關鍵過程之一。近年來，海洋沉積物-水界面間物質的交換正日益引起科學家的關注，了解沉積物-水界面間的物質交換特征對了解海洋中物質(特別是污染物)的遷移轉化有重要的現實意義。利用海底通量培養器現場直接測量沉積物-水界面間物質交換是當前國際上最常用的方法，已被廣泛用于營養鹽和重金屬等多種元素的底部交換研究。

各種相互作用的物理的、化學的和生物的過程可導致在沉積物-水界面附近形成垂直的化學濃度梯度，從而導致底部通量是正的(物質移出沉積物)或負的(物質移入沉積物)，大型無脊椎動物的活動對底部通量有重大的影響。化學物質在沉積物-水界面間的擴散通量可以通過測量沉積物間隙水中濃度梯度的變化，并根據Fick第一定律計算，但由于影響沉積物-水界面間物質交換通量的因素很多，特別是底部生物擾動將使通量計算非常復雜，而且計算獲得的通量可能和實際相差很大，因而在研究中的應用受到限制。現在，國際上通常用海底通量培養器直接測量。使用海底通量培養器直接測量通量的優點是可以忽略大部分的生物、物理及化學因素的影響。但國內有關沉積物-水界面間物質交換的研究基本上是空白，其中一個最主要的原因是缺乏有效的工具。因此，開發具有自主知識產權的海底通量培養器對研究沉積物-水界面間物質交換過程、提高我國在海洋物質循環研究中的國際地位具有重要的理論和現實意義。

海底通量培養器是將確定體積的海水和確定面積的沉積物封閉在由合適材料做成的小室內，通過測量水體內所研究項目在一定時間內的變化來估算底部通量(F)。

即單位時間(△t)單位面積(A)上物質的變化(△M)。

當前，國外經常使用的海底通量培養器有十幾個型號。為了保證培養器內密閉水體的充分混合，同時也為了使培養器內水動力條件和外部盡可能一致，所有培養器都有水混合系統，如螺旋槳、攪拌棒或泵等。培養器的形狀、大小和攪拌系統都不相同，培養器內水的運動與攪拌系統及其位置有關。通常情況下，海底通量培養器都是海洋研究者自行設計制造，以保證在不同的水動力條件下使用不同設計特征的的培養器。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種多功能海底通量及沉積物原位采樣裝置，它不僅可以監測沉積物-海水界面間物質交換通量及其環境參數，還可以在監測原位采集無擾動的表層沉積物。可適用于實驗室內沉積物-海水界面交換過程的模擬研究，也可用于海洋調查時原位測量沉積物-海水界面敏感參數的變化，估算沉積物-海水界面的物質交換通量，并同時獲得無擾動的監測原位沉積物。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種多功能海底通量及沉積物原位采樣裝置，包括外部支架系統、無擾動沉積物原位采樣裝置、沉積物通量培養裝置、多參數傳感器測量裝置、海水定時采樣裝置、掛鉤及回收系統，其中沉積物通量培養裝置通過液壓桿I懸掛于外部支架系統上，所述無擾動沉積物原位采樣裝置設置于沉積物通量培養裝置的底部，所述無擾動沉積物原位采樣裝置的上端與沉積物通量培養裝置鉸接、并通過液壓桿II與外部支架系統連接，所述海水定時采樣裝置和回收系統設置于外部支架系統上，所述海水定時采樣裝置通過采樣管與沉積物通量培養裝置相連，所述多參數傳感器測量裝置固定在沉積物通量培養裝置的上部，所述掛鉤設置于外部支架系統的頂部。

所述沉積物通量培養裝置包括海水隔離器、攪拌裝置及單向出水閥，其中海水隔離器為底部開口的容器，所述海水隔離器的上端兩側分別通過一個液壓桿I懸掛在外部支架系統上，所述攪拌裝置和單向出水閥均設置于海水隔離器的上端，所述單向出水閥設置于海水隔離器上端設有的通孔上。所述攪拌裝置為多出口水泵，所述多出口水泵的多出口泵進水口和多出口泵出水口均設置于海水隔離器內。

所述無擾動沉積物原位采樣裝置包括兩個挖泥鏟，兩個挖泥鏟分別對稱設置于海水隔離器的底部，各挖泥鏟的上端通過液壓桿II與外部支架系統連接、并通過連桿與海水隔離器鉸接，所述兩個挖泥鏟分別通過各自連接的液壓桿II驅動封閉或打開海水隔離器的底部。所述海水隔離器的下部兩側對稱設有支撐連桿，所述連桿與支撐連桿鉸接。