[发明专利]一种多功能海底通量及沉积物原位采样装置

说明书

技术领域

本发明涉及海洋监测技术领域，具体地说是一种多功能海底通量及沉积物原位采样装置，可适用于实验室内沉积物-海水界面交换过程的模拟研究，也可用于海洋调查时原位测量沉积物-海水界面敏感参数的变化，估算沉积物-海水界面的物质交换通量，并同时获得无扰动的监测原位沉积物。

背景技术

沉积物-水界面间的物质交换是海洋物质循环的关键过程之一。近年来，海洋沉积物-水界面间物质的交换正日益引起科学家的关注，了解沉积物-水界面间的物质交换特征对了解海洋中物质(特别是污染物)的迁移转化有重要的现实意义。利用海底通量培养器现场直接测量沉积物-水界面间物质交换是当前国际上最常用的方法，已被广泛用于营养盐和重金属等多种元素的底部交换研究。

各种相互作用的物理的、化学的和生物的过程可导致在沉积物-水界面附近形成垂直的化学浓度梯度，从而导致底部通量是正的(物质移出沉积物)或负的(物质移入沉积物)，大型无脊椎动物的活动对底部通量有重大的影响。化学物质在沉积物-水界面间的扩散通量可以通过测量沉积物间隙水中浓度梯度的变化，并根据Fick第一定律计算，但由于影响沉积物-水界面间物质交换通量的因素很多，特别是底部生物扰动将使通量计算非常复杂，而且计算获得的通量可能和实际相差很大，因而在研究中的应用受到限制。现在，国际上通常用海底通量培养器直接测量。使用海底通量培养器直接测量通量的优点是可以忽略大部分的生物、物理及化学因素的影响。但国内有关沉积物-水界面间物质交换的研究基本上是空白，其中一个最主要的原因是缺乏有效的工具。因此，开发具有自主知识产权的海底通量培养器对研究沉积物-水界面间物质交换过程、提高我国在海洋物质循环研究中的国际地位具有重要的理论和现实意义。

海底通量培养器是将确定体积的海水和确定面积的沉积物封闭在由合适材料做成的小室内，通过测量水体内所研究项目在一定时间内的变化来估算底部通量(F)。

即单位时间(△t)单位面积(A)上物质的变化(△M)。

当前，国外经常使用的海底通量培养器有十几个型号。为了保证培养器内密闭水体的充分混合，同时也为了使培养器内水动力条件和外部尽可能一致，所有培养器都有水混合系统，如螺旋桨、搅拌棒或泵等。培养器的形状、大小和搅拌系统都不相同，培养器内水的运动与搅拌系统及其位置有关。通常情况下，海底通量培养器都是海洋研究者自行设计制造，以保证在不同的水动力条件下使用不同设计特征的的培养器。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种多功能海底通量及沉积物原位采样装置，它不仅可以监测沉积物-海水界面间物质交换通量及其环境参数，还可以在监测原位采集无扰动的表层沉积物。可适用于实验室内沉积物-海水界面交换过程的模拟研究，也可用于海洋调查时原位测量沉积物-海水界面敏感参数的变化，估算沉积物-海水界面的物质交换通量，并同时获得无扰动的监测原位沉积物。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种多功能海底通量及沉积物原位采样装置，包括外部支架系统、无扰动沉积物原位采样装置、沉积物通量培养装置、多参数传感器测量装置、海水定时采样装置、挂钩及回收系统，其中沉积物通量培养装置通过液压杆I悬挂于外部支架系统上，所述无扰动沉积物原位采样装置设置于沉积物通量培养装置的底部，所述无扰动沉积物原位采样装置的上端与沉积物通量培养装置铰接、并通过液压杆II与外部支架系统连接，所述海水定时采样装置和回收系统设置于外部支架系统上，所述海水定时采样装置通过采样管与沉积物通量培养装置相连，所述多参数传感器测量装置固定在沉积物通量培养装置的上部，所述挂钩设置于外部支架系统的顶部。

所述沉积物通量培养装置包括海水隔离器、搅拌装置及单向出水阀，其中海水隔离器为底部开口的容器，所述海水隔离器的上端两侧分别通过一个液压杆I悬挂在外部支架系统上，所述搅拌装置和单向出水阀均设置于海水隔离器的上端，所述单向出水阀设置于海水隔离器上端设有的通孔上。所述搅拌装置为多出口水泵，所述多出口水泵的多出口泵进水口和多出口泵出水口均设置于海水隔离器内。

所述无扰动沉积物原位采样装置包括两个挖泥铲，两个挖泥铲分别对称设置于海水隔离器的底部，各挖泥铲的上端通过液压杆II与外部支架系统连接、并通过连杆与海水隔离器铰接，所述两个挖泥铲分别通过各自连接的液压杆II驱动封闭或打开海水隔离器的底部。所述海水隔离器的下部两侧对称设有支撑连杆，所述连杆与支撑连杆铰接。