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南极冰下湖环境友好型取样技术的研究

时至今日,普遍认为在南极冰盖数千米下存在着由湖泊、河流和溪流组成的庞大网络。截至2016年,被发表文献确定的冰下湖已有402个。推断表明冰下湖总表面积约占10%的冰盖基床面积,总体积超过10000立方公里。冰下水生环境与地球大气之间隔绝数百万年,可能为微生物的进化、地球过去的气候、和南极冰盖的形成提供特有的信息。冰下的水生环境的发现已经在短时间内开辟了一个全新的 科学领域。


                                               南极冰下湖的位置 [Wright and Siegert, 2012]

目前勘察的阶段需要对这些水生系统直接取样。冰下水中极有可能存在那些可以完全适应黑暗环境、低营养水平、高水压和与大气隔离的生命。提出研制可回收自主探测器(RECoverable Autonomous Sonde, RECAS),其主要功能是对含有最小化学物质和微生物污染的冰下湖进行探索。探测器可以在不与现代大气接触的情况下进入到冰下水中。RECAS在其上端和下端配备电力驱动融化尖端。热力钻具能够融化冰层至底部形成钻孔,并且能够向上运动。其包括两个电力驱动的热力钻具钻头、可加热外壳和绞车系统。RECAS所有井下组成在使用之前都会通过化学洗涤、过氧化氢蒸汽(HPV)和紫外线(UV)对其进行组合灭菌。融化的水会留在孔内,在探测器经过后再冻结。电力导线和信号线从探测器内嵌的绞车内释放。当取样和监测完成后,绞车电机被激活并启动上端钻头。探测器开始通过缠绕电缆和使用上部热力钻头融化上覆冰层将其自身提升到地表。冰下探测器除了取样以外,还将对压力、温度、PH、和冰下水的电导率进行测量。RECAS原型的第一次实验室试验将于2018年初进行,野外试验将于2018-2019年科考季在中国南极中山站附近区域计划实施。该项目由中国科技部资助(项目编码为xxxxx

RECAS的概念三维模型

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