[发明专利]一种定量测量海洋钙化生物外壳微形变的装置及方法

说明书

本发明公开了一种定量测量海洋钙化生物外壳微形变的装置及方法，装置，包括：平行激光束源，用于提供平行激光束；第一分束镜，位于平行激光束的光路上，用于将平行激光分为第一束平行激光和第二束平行激光；第一反射镜，位于第一束平行激光光路上，用于改变第一束平行激光的光路；第二反射镜，位于第二束平行激光光路上，用于改变第二束平行激光的光路；第一凸透镜和第二凸透镜，依次于所述第二束平行激光与待测外壳之间的光路上，两凸透镜的焦点重合；第二分束镜，设置于第一凸透镜和第二凸透镜之间，且位于两凸透镜重合的焦点处；第一反射镜的反射光路经过所述第二分光镜；以及图像接收装置，位于第二分束镜的分束光路上。

技术领域

本发明涉及海洋观测领域，具体为利用反射式数字全息技术，跟踪观测海洋钙化生物外壳在生长过程中的微形变的一种装置及方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着全球碳排放的增加，导致的海洋酸化问题也越来越严重。所谓海洋酸化，是指由于海洋吸收大气中的CO₂，造成海水酸度增加(即pH值降低)和碳酸盐平衡体系变化的现象。许多海洋中的动植物(如贝类、珊瑚类、珊瑚藻类、颗石藻类、有孔虫类等)骨骼或外壳都由CaCO₃构成，其钙化作用依赖于海水碳酸盐系统的稳定性。pH值和CaCO₃饱和度下降，将影响它们的钙化“骨骼”或结构。

目前，用于研究海洋钙化生物外壳的方法主要有以下几种：

1.碱度异常法

碱度异常技术(Alkalinity anomaly technique)广泛应用在国内外对海洋生物钙化率的测定研究中，这种技术通过检测封闭水环境中总碱度(TA)的变化来估算钙化速率。原理如下：海洋钙化生物的钙化反应式为：Ca²⁺+2HCO₃^-＝CaCO₃+H₂O+CO₂。每生成1mol的CaCO₃，会消耗2mol的HCO₃^-，TA就会降低2mol。但是，钙化生物呼吸释放的CO₂在水体中还要发生反应：CO₂+CO₃^2-+H₂0＝2HCO₃^-。消耗1mol的CO₃^2-，生成2mol的HCO₃^-，因而不会改变水体的TA。因此，钙化生物的钙化速率G(μmol/(FWg.h))可以用公式(1)表示：

其中，G代表钙化率(μmol/(FWg.h))；TA_i和TA_f分别表示测定前后海水的TA(μmol/L)；V、W和t分别表示封闭体积的大小(L)、试验用钙化生物的鲜重(FWg)和测定的时间(h)。

可见，碱度异常法只能在实验室的封闭水体中实现，而且测量过程复杂，无法应用于开阔海域。

2.平均值计算法

CaCO₃外壳的厚度还能够通过公式(2)计算出来：

这种方法计算法误差大，只能得到平均厚度，无法反映局部的外壳形貌变化，而且忽略了孔隙度的变化。

3.矿物晶体学方法

X射线衍射法、核磁共振波谱法等方法可以从矿物晶体学的角度分析不同种类、不同地区的钙化生物碳酸钙外壳的晶体结构及矿物成分。这类方法预处理过程较复杂，而且对生物体具有破坏性，无法长时序跟踪观测。