CN109374340A - 实现垂直方向上氧还梯度热液采样的保压保气采样器 - Google Patents

实现垂直方向上氧还梯度热液采样的保压保气采样器 Download PDF

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鲍伟铖
姚钟植
肖灿博
张瑶
王德利
潘依雯
陈鹰
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Abstract

本发明公开了一种实现垂直方向上氧还梯度热液采样的保压保气采样器，该装置通过在垂直方向上增加采样管与采样腔，可以实现垂直方向上氧化还原梯度的高密度采样。该采样器下方安装了一个水平仪，通过调整采样器底部的可伸缩支架使得装置在水底复杂地形下也能保持水平，从而能够采样器能够采集到垂直方向上的热液。采样器结构简单，装置的安装和维护方便，使用时只需潜水员手动触发采样阀便能成功进行采样。综上所述，本发明提出的热液采样器，有望能够在海洋热液区得到广泛的应用，为研究海洋生态系统提供重要的技术手段。

Description

实现垂直方向上氧还梯度热液采样的保压保气采样器
技术领域
本发明设计海底热液采样领域，尤其涉及一种实现垂直方向上氧还梯度热液采样的保压保气采样器。
背景技术
海洋热液口的发现大大扩展了人们对于地球上微型生物的栖息和生存方式以及生命起源的认识和理解。
海洋热液系统通常发现于火山活动频发、活跃的地壳板块地区、大洋洋中脊及弧后盆地、弧前裂谷等。喷出的热液流体与周围的低温海水混合，由于温度不同以及化学成分的显著差异会发生一系列氧化还原反应，产生矿物沉淀，海水变黑浊或白浊，形成了外观为浓密黑烟或白烟的热液柱羽状流，即形成“黑烟囱”或“白烟囱”。一般来说，在海底热液喷口及周围环境中存在着温度梯度带、化学梯度带和生物梯度带。研究热液口附近的生态环境有利于增进人们对地球上微生物的生存及生命的起源的认识。
热液采样技术是研究热液喷口附近生态环境最重要的方法之一，国际上目前已经出现了一系列的热液采样器，如美国的Alvin载人深潜器使用的“Major”采样器，美国华盛顿大学研发的“Lupon”采样器，美国WHOI研究所研制的“Jeff”气密等压采样器，这三种热液采样器均在热液采样领域有比较成熟的应用。在已有的这些采样器的基础上后人又针对不同的研究目的和要求，研发了各种新的采样器，如Malahoff等人为了研究热液中的耐高温生物，制作了一套能够对样品主动加热的采样设备；日本的一种多瓶采样器，能够对同一热液口进行序列采样。
然而，目前所研发的热液采样装置都是对某一定点采样，或某点处时间序列进行采样，不能够较为完整的得到热液口处的生物化学样品。要研究热液喷口处垂直方向上的化学、微生物分布状态，就需要一种高密度的，能够采集到热液口垂直方向上样品的采样装置。以上研究表明实现垂直方向氧还梯度的热液采样对于研究热液微生物群落在强烈的氧还梯度上呈梯度带状分布十分重要。
发明内容
针对研究海底热液垂直方向上氧还梯度的需要，本发明提出了一种实现垂直方向上氧还梯度热液采样的保压保气采样器，该装置通过在垂直方向上增加采样管与采样腔，可以实现垂直方向上氧化还原梯度的高密度采样。该采样器下方安装了一个水平仪，通过调整采样器底部的可伸缩支架使得装置在水底复杂地形下也能保持水平，从而能够采样器能够采集到垂直方向上的热液。采样器结构简单，装置的安装和维护方便，使用时只需潜水员手动触发采样阀便能成功进行采样。综上所述，本发明提出的热液采样器，有望能够在海洋热液区得到广泛的应用，为研究海洋生态系统提供重要的技术手段。
本发明所解决技术问题采用的技术方案如下：一种实现垂直方向上氧还梯度热液采样的保压保气采样器，包括：支架以及沿支架垂直方向固定在支架上的多个采样器，所述采样器包括采样管、采样阀、第一采样腔体、节流阀、第二采样腔体、截气阀；第一采样腔体内具有第一活塞，第一活塞将第一采样腔体分隔成采样腔和第一缓冲水腔，第二采样腔体内具有第二活塞，第二活塞将第二采样腔体分隔成第二缓冲水腔和压缩气体腔，采样管通过采样阀与采样腔相连通，第一缓冲水腔和第二缓冲水腔通过节流阀相连通，压缩气体腔上安装截气阀。
进一步地，所述采样器的数量优选6～8个。
进一步地，相邻两个采样器之间的距离相同。
进一步地，相邻两个采样管之间通过固定杆固定连接。
进一步地，所述支架上还安装有水平仪。
进一步地，所述支架包括连接杆、底座、与采样器数量相同的支撑板；每个支撑板上安装一个第一采样腔体和一个第二采样腔体，所有支撑板通过连接杆固定连接在底座上。
进一步地，所述底座下安装有可伸缩脚架。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)增加了采样腔和采样管，能够一次采到多个样品。(2)通过调整可伸缩脚架，使得采样器能够在海底处于水平位置，从而保持采样管的垂直分布，得到垂向分布的样品。(3)采样器结构简单，使用方便，便于制作和维护。
附图说明
图1是本发明的整体结构图；
图中：固定杆1；采样管2；采样阀3；可伸缩脚架4；采样腔5；第一活塞6；第一缓冲水腔7；节流阀8；第二缓冲水腔9；第二活塞10；压缩气体腔11；截气阀12；支撑板13；连接杆14；水平仪15；底座16。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
如图1所示，本发明提供一种实现垂直方向上氧还梯度热液采样的保压保气采样器，包括：支架以及沿支架垂直方向固定在支架上的多个采样器，所述采样器包括采样管2、采样阀3、第一采样腔体、节流阀8、第二采样腔体、截气阀12；第一采样腔体内具有第一活塞6，第一活塞6将第一采样腔体分隔成采样腔5和第一缓冲水腔7，第二采样腔体内具有第二活塞10，第二活塞10将第二采样腔体分隔成第二缓冲水腔9和压缩气体腔11，采样管2通过采样阀3与采样腔5相连通，采样阀3由采样阀上的按压按钮触发开或关，第一缓冲水腔7 和第二缓冲水腔9通过节流阀8相连通，压缩气体腔11上安装截气阀12。
所述采样器的数量优选6～8个。本实施例附图中采样器的数量六个，且相邻两个采样器之间的距离相同。
所述支架包括连接杆14、底座16、与采样器数量相同的支撑板13；每个支撑板13上安装一个第一采样腔体和一个第二采样腔体，所有支撑板13通过连接杆14固定连接在底座16 上；相邻两个采样管2之间通过固定杆1固定连接。所述底座16下安装有可伸缩脚架4。所述支架上还安装有水平仪15；通过调整可伸缩脚架、观察水平仪使得采样装置能够在海底处于水平位置，从而能够采到垂直方向的热液样品。
本发明的工作过程如下：
装置有潜水员带入海底，通过调整可伸缩脚架4使得采样装备能够在海底平稳，再观察水平仪8进行微调使得采样装备处于水平位置。由潜水员按压采样阀上的按钮，采样阀3打开，由于压力差流入采样管2，热液从采样管2进入采样腔5后推动活塞6向右移动，进而压缩压缩气体腔11中的氮气，从而达到平衡；采样完成后，撤销外力，在采样阀3内的弹簧复位，采样阀3关闭，停止采样。通过调整节流阀8可以调整缓冲水流入缓冲水腔的速度，从而控制样品进入采样腔的速度。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种实现垂直方向上氧还梯度热液采样的保压保气采样器，其特征在于，包括：支架以及沿支架垂直方向固定在支架上的多个采样器等，所述采样器包括采样管、采样阀、第一采样腔体、节流阀、第二采样腔体、截气阀；第一采样腔体内具有第一活塞，第一活塞将第一采样腔体分隔成采样腔和第一缓冲水腔，第二采样腔体内具有第二活塞，第二活塞将第二采样腔体分隔成第二缓冲水腔和压缩气体腔，采样管通过采样阀与采样腔相连通，第一缓冲水腔和第二缓冲水腔通过节流阀相连通，压缩气体腔上安装截气阀。
2.根据权利要求1所述的一种实现垂直方向上氧还梯度热液采样的保压保气采样器，其特征在于，所述采样器的数量优选6~8个。
3.根据权利要求1所述的一种实现垂直方向上氧还梯度热液采样的保压保气采样器，其特征在于，相邻两个采样器之间的距离相同。
4.根据权利要求1所述的一种实现垂直方向上氧还梯度热液采样的保压保气采样器，其特征在于，相邻两个采样管之间通过固定杆固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种实现垂直方向上氧还梯度热液采样的保压保气采样器，其特征在于，所述支架上还安装有水平仪。
6.根据权利要求1所述的一种实现垂直方向上氧还梯度热液采样的保压保气采样器，其特征在于，所述支架包括连接杆、底座、与采样器数量相同的支撑板；每个支撑板上安装一个第一采样腔体和一个第二采样腔体，所有支撑板通过连接杆固定连接在底座上。
7.根据权利要求1所述的一种实现垂直方向上氧还梯度热液采样的保压保气采样器，其特征在于，所述底座下安装有可伸缩脚架。
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