人類始於海洋,海洋是地球所有生命的搖籃。
人類正是由於對藍色海洋了解的太匱乏了,因此,才有了世界各國一代又一代無數勇敢無畏的海洋探險家及海洋科學家們為了心中的夢想,義無反顧地走向了遠航深藍世界去探索大洋深海奧秘的征途。
在公元二十一世紀初期的2025年前人類就已經在海洋科學考察與研究上獲得了一些卓越的新突破,這些所取得的主要海洋科考成就包括以下六個方麵:其一是中國廈門大學和香港大學的研究團隊合作發明了一種“聲波放大鏡”,這是一種新型聲波軟超透鏡,能夠使聲波穿過諸如船體或海底管道等“障礙物”,從而提高了水下探索的能力。其二是中國鬆山湖材料實驗室的研究團隊開發出了一種新型的nitenio複合電極,顯著提高了硫離子氧化反應的性能,降低了電解海水製氫的能耗,並減少了析氯副反應的發生。這個技術在混合海水電解技術上獲得了突破。其三是中國在南極羅斯海恩克斯堡島建立了新的南極秦嶺站科學考察站,這填補了太平洋扇區的長期觀測空白,並為氣候變化、冰雪和生態環境變化的科學研究提供了重要數據依據。其四就是中國在深海微生物研究上也取得了一些新的進展,中國華大基因聯合多家機構構建了那個時期最完整的海洋微生物基因數據庫,發現了多個具有應用潛力的基因資源,推動了極端微生物在工業生產中的應用。其五是發現了甲烷滲漏生態係統,在智利海岸的考察中,國際科研團隊發現了60個新物種和多個甲烷滲漏生態係統,揭示了智利海域獨特的海洋生態多樣性。另外,在錳結殼生物礦化研究上也獲得了新的突破。中國科學院海洋所在深海微生物參與錳結殼形成的研究中取得了新進展,從中揭示了微生物在錳結殼形成中的關鍵作用。這些海洋科考與研究的成果極大地拓展了人類對海洋的進一步了解及認識。
中國廈門大學和香港大學的研究團隊合作發明的“聲波放大鏡”是一種創新的新型聲波軟超透鏡,這種新型聲波軟超透鏡,它能夠讓聲波穿過諸如像船體或海底管道等這樣的“障礙物”,讓水下探索變得更加神奇,從而提高了水下探索的能力。之所以能夠具有這樣的穿透本領是由於這種材料很特彆,它不僅能讓聲波通過,而且能改變它們的方向,從而穿透“障礙物”,聚焦到目標點。
這種科研技術成果具有非常重要的實用價值,在未來海洋科考中及其它方麵的應用前景非常廣闊,具體包括以下七個方麵:
1深海地形測繪:通過使用“聲波放大鏡”,科學家可以更準確地探測海底地形,發現海底火山、斷層和其他地質特征。這對於了解海洋地質構造、尋找海底礦產資源以及規劃海洋工程建設至關重要。
2海洋生物研究:該技術可以幫助監測海洋生物的分布、遷徙路線以及行為習性,有助於保護瀕危海洋生物,並為漁業資源的合理開發提供科學依據。
3海底資源勘探:無論是尋找沉船還是勘探海底礦產,這項技術都有望提高探測效率和成功率。
4海洋救援與打撈:在海洋救援中,聲波定位係統可以迅速確定失事船隻或飛機的位置,引導救援力量到達現場,提高救援的成功率和及時性。同時,對於沉沒在海底的重要物品或文物,該技術能夠精準定位,為打撈工作提供有力支持。
5醫學應用:除了海洋科考外,這種技術還有望應用於醫學領域,例如幫助醫生更準確地進行腦部超聲治療。
6水下通信與導航:在高壓力和長距離傳輸場景下,聲學通訊技術可以取代電磁波通訊,而“聲波放大鏡”的應用可能會進一步提高水下通信的效率和可靠性。
7環境監測:利用聲學成像技術,可以觀察水下動物的行為和水下自然界的變化,例如監測海洋表麵的溫度變化和浮遊生物的分布情況。
總之,隨著技術的不斷發展和完善,“聲波放大鏡”有望在海洋科考領域發揮越來越重要的作用,推動海洋科學研究邁向新的高度。
聲波放大鏡在深海地形測繪中的應用主要體現在其探測精度、數據獲取方法及實際應用場景上。聲波放大鏡,即聲波軟超透鏡,是一種新型的聲波測量技術,能夠讓聲波穿過像船體或海底管道這樣的“障礙物”,從而使水下探索變得更加精確。
聲波放大鏡應用於深海地形測繪時,其探測精度主要得益於其獨特的材料和設計。這種軟超透鏡利用微納製造技術將微小的鎢粒和柔軟的矽膠結合,不僅允許聲波穿透,而且能改變聲波方向,使其聚焦到目標點。研究團隊提出的逆向相位編碼方法,首次利用聲學參數可調的矽膠微米鎢粒超透鏡穿透異質畸變層,實現了寬帶聲聚焦。在水下畸變層聲學測試中,與非聚焦換能器相比,焦點處強度增強了93db。在數據獲取方法方麵,聲波放大鏡依賴於多波束測深係統來實現高效、高精度的海底地形測繪。多波束測深係統能夠在一次測量中覆蓋廣泛的區域,並且能夠實現全覆蓋、高效率和高精度的海底地形數據獲取。與傳統的單波束回聲測深係統相比,多波束測深係統具有掃幅寬、全覆蓋的特點,可以有效獲得深海高精度地形地貌數據了。
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