地球上海洋面积达371×106 km2，大约占了地球的70.8%，平均深度约为3800m，是地球上最大的水库（1.4×109km3）。这是一个人迹罕至而又充满不确定性的环境，使得海洋科学的研究充满了挑战性。海洋化学的探索尤其具有挑战性，海洋地球化学家感兴趣的大多数化学物质浓度都非常低，从10-9 mol/L变化至10-18mol/L。例如，大洋表层水中Fe的浓度可低至0.1×10-9mol/L，相当于1000吨海水中仅含有6克铁。
洁净海水采集系统的发展使海洋中痕量元素及其同位素测量成为可能。提到海水，首先自然会想到海上科考中最常用的海水采集设备- CTD (Conductivity, Temperature, Depth) 采水器。据“嘉庚”号探测长吴学文介绍，CTD是电导率、温度、深度探测仪的简称。CTD采水器配备了24瓶12L的Niskin采水瓶，可以采集不同深度海水样品，最深可达6000m。
洁净CTD采水器回收到甲板（钱娜 摄）
与国内其他科考船不同的是，“嘉庚”号配备了2套不同类型的CTD采水器。除了用于营养盐和生物地球化学参数研究的常规CTD采水器，“嘉庚”号还拥有国内首个洁净CTD采水装置，这是专门为国际“痕量元素和同位素海洋生物地球化学循环（GEOTRACES）”合作调查研究准备的，可避免船体、大气等环境以及缆绳、采水器自身对海水样品痕量元素的沾污。
据首席科学家蔡毅华教授介绍，在正式开始GEOTRACES-CHINA这一国际航次之前，厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室（MEL）痕量元素及其同位素研究小组已参加两次海试，对洁净CTD采水器的本底和配件进行了检验和测试。“与常规CTD采水器不同，洁净CTD采水器的Niskin采水瓶必须用高纯盐酸进行浸泡、清洗，并在正式采集海水样品之前，需在海水环境内对CTD采水架和Niskin采水瓶进行多次原位润洗，同时测试其本底值是否可靠”，叶利萍工程师说。据博士生王昕介绍，洁净CTD采水器中的Niskin采水瓶内部具有特氟龙涂层，防止内部金属溶出。此外，洁净CTD采水器尽量采用钛合金固件，且采水架用环氧树脂涂层覆盖。蔡老师也提及本航次主要调查Fe、Ni、Cd、Cu、Al、Mn等痕量元素及其同位素组成。
除了厦门大学痕量元素及其同位素工作团队之外，来自上海交通大学的张瑞峰副教授和中国海洋大学的张劲教授、刘茜及李彦宾教授团队也是“嘉庚”号上痕量元素及其同位素研究的重要组成部分。所获取的样品还将满足岸上多个团队（包括厦门大学戴民汉院士团队、中国海洋大学任景玲教授团队及美国南密西西比大学Alan Shiller教授团队）以及用于未来国内外学术合作的样品需求。他们在“嘉庚”号上的高效协作是保证海水样品收集和高质量痕量数据的重要基础。除了在洁净CTD采水器下放之前，可以看到痕量研究小组科考队员如众星拱月般在不断重复认真地擦洗和冲洗CTD采水器，后期他们在洁净集装箱实验室内过滤海水的工作周期也长达12小时。
痕量研究小组在洁净集装箱实验室工作（张瑞峰 摄）
这只是中国海洋科学家们参与GEOTRACES国际调查计划的第一步，相信未来国内相关科研机构和高校也将纷纷投身于现代海水痕量元素及其同位素的生物地球化学循环研究，为探索痕量元素在复杂海洋环境及全球气候变迁中的重要角色贡献一份力量。
文：钱娜
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