Giant Piston Corer

 

法國Marion Dufresne 最著名的,
就是其可採集的沉積物活塞岩芯長度,紀錄有達60米(當然是較軟的沉積物)。
他們命名為 Calypso Core。
國內的研究船採集能力雖號稱可達18米,
只是通常都只有在6米以下。
所以能租用到她前來臺灣海域施測是很難得的機會。 

當然,如果改用鑽井的方式可以獲取遠長於60米的岩芯樣本,
只是,經費的差距可是20來倍,耗時也較久,
一般而言沒有大型計畫是負擔不起的。 

活塞岩芯(Piston Core)採集的工作原理如上圖(採用自網路資料)所示。
其基本概念就像我們一般用來抽水玩水槍遊戲的針筒。
當管柱內的活塞向後方移動時,會讓管柱中產生一真空環境,
外界的物質就會因壓力的作用被擠進管柱之中。

只是我們在抽針筒時,向後移動的是活塞,
而岩芯採樣器則是活塞保持在海床表面不動,
讓採樣的管柱相對而言插入沉積物當中。
這樣在管柱中同樣會有真空的環境出現,
不但使得沉積物更容易進入管柱,進入後也較不容易掉落。

在上圖1中,活塞岩芯採集器正在下放,
左方打橫又垂著一個重垂的部份則是「擊發器」。
擊發器的重垂的長度比岩芯採集器稍長一些,
所以在下降的過程中會先碰到海床。 

在圖2中,一旦重垂觸及海床後,
懸垂重垂的繩子會失去張力而讓擊發器擊發,
讓岩芯採樣器由原本經由主纜繩緊繫的狀態中自由落下。

在圖3、4中,因為在岩芯採樣器上端附加了沉重的鉛塊,
所以在重量的垂直擠壓下,
採樣管就會插入到鬆軟的沉積物中了。

採樣完畢,則如圖5所示,
甲板上開始拉起纜繩,將岩芯採樣器由海床中拔起。

 

MD68

 

來自馬達加斯加的技工們正在檢修作用類似於手槍板機的擊發器。

 

活塞

 

將置放在岩芯採樣器底部的活塞(Piston)
其上有鋼纜連接至擊發器。(照片為工作同仁所攝)

當岩芯採集器開始接觸到海床時,
也是內部鋼纜拉直到底的一刻。
因此活塞就會停在海床的那個深度,
而鐵管則繼續往沉積物內前進。

 

加鉛垂

 

鉛塊不夠就還要加。
想要採到愈長的岩芯就要加上更多的鉛塊。
(此照為工作同仁所拍)

 

MD46

 

鐵管經吊臂移至定位後,
由技工利用螺絲與鉛垂結合。
所有的螺洞可以都上滿或是留些白,
這就是原理簡單的保險。

鎖上的螺絲愈少,兩者間的接合力就愈弱。
當發生鐵管卡在沉積物的情況而需外力硬拉時,
一旦應力超過承受值,斷裂的便會是此連接處而非昂貴的纜繩。

 

MD43

 

用船右舷的大型A架開始下放活塞岩芯採樣器。
加了鉛塊之故,纜繩負重非常大,
因此下放時工作人員小心翼翼,
速度通常每秒都小於1米。
在海深2000米的站位,光是將纜繩下放和拉回,
就得耗費一個半小時以上。

 

MD33

 

航次一旦開始,
不分白天夜晚,是得24小時輪班作業的。 

 

MD44

 

正在施放下沉中的活塞岩芯採樣器,
鉛塊質量龐大,
在海面上激起了翻白的水花。
上頭橫置的黃桿就是「擊發器」。

 

平放岩心鐵管

 

順利取得岩芯的採樣管重新拉回海面上後,
在其他小吊臂的協助下橫置躺平,移進右船舷。
MD船之所以可以採集超長的岩芯,
就是利用此技術,搭配上頎長的甲板工作區域。

不過,此階段的工作比較具有危險性,
所以都只由技工操作。

 

Core Catcher

 

裝設在採集管最前緣的岩芯抓取器(Core Catcher)。
其尖銳的前緣可以讓採樣器比較容易進到沉積物之中,

 

Core Catcher 內部

 

而其內部簡單的設計,則可以讓沉積物進得去,出不來,
像是以前鄉下放在溪流裏抓小魚蝦的小竹籠。

 

MD74

 

先將岩芯抓取器缷下後,利用鉤繩將在鐵管內部的塑膠襯管拉出。
珍貴的深海泥,沉積物樣本就在其中。
雖說是深海泥,我是不敢拿來敷臉啦。

 

MD50

 

當然,有時候作業並不是那麼的順利。
當海床的沉積物很硬時,
鐵管是無法一股作氣地插進泥沙之中。
這是採樣器上頭的鉛垂依舊不留情地下壓,
單薄的鐵管就很容易折曲,造成彎管,甚至是斷裂。

處理彎管是很耗時的,
得先將鐵管鋸斷,才能將裏頭的塑膠襯管連同沉積物給取出。
往往一等,就是兩三小時以上。
這時就能深深地體會俗語「時間就是金錢」真諦。

 

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