Ušteda novca je sjajna, ali štednja zaljeva Chesapeake bit će još bolja

Moglo bi se pogriješiti ako je projekt znanstvenog sajma propao - kutija za vodu otporna na kovčeg punjena cijevima, elektroničkim žicama, mjeračima i LED zaslonom. Whitmanu Milleru, u tome je ljepota. Sve je lako dostupno, relativno jeftino i nevjerojatno sofisticirano. Potrebna mu je ta kombinacija kvaliteta. Jer da bi dobio odgovore koje će tražiti, morat će instalirati puno i puno tih kutija.

Iz ove priče

Centar za istraživanje okoliša Smithsonian Marine Station, Fort Pierce, Florida

Miller je istraživač u Smithsonian Research Center, i pokušava razumjeti učinke porasta CO2 na kemiju vode u obalnim ekosustavima. U posljednjih 150 godina izgaranje fosilnog goriva i drugi industrijski proizvodni procesi izbacili su ogromne količine CO2 u atmosferu. Veliki dio toga završio je u Zemljinim oceanima, gdje reagira s morskom vodom i snižava pH. Kao rezultat toga, vode na Zemlji postaju kiselije, što može uskraćivati ​​mnogim kalupljenim kalcijem kalcije i prijeti cijelim ekosustavima.

Iako se najčešće naziva zakiseljavanje oceana, učinak porasta CO2 nije ograničen na oceanske vode. Jednostavno je tamo lakše vidjeti. Okeanska površina prilično je homogeno okruženje u kojem su koncentracije CO2 u vodi ravnotežne s CO2 u atmosferi - trenutno oko 399, 6 dijelova na milijun (ppm). Znanstvenici ga promatraju kako neprestano raste kako iznosi 1 ppm svake godine u posljednjih nekoliko desetljeća.

No, priča nije tako jednostavna za čitanje u obalnim ekosustavima gdje se koncentracije CO2 mogu smanjiti za tisuće dijelova na milijun u jednom danu. Obalni sustavi daleko su složeniji s mnogo više pokretnih dijelova. Ovdje se slatka voda miješa sa slanom vodom. Temperatura i slanost variraju od mjesta do mjesta i mogu se mijenjati uz oseku. Razina kisika raste tijekom dana, kada trave i alge fotosintetiziraju, i ruše noću kad fotosinteza prestane. Sve ove interakcije potiču dramatičnu fluktuaciju razine CO2. Također se razlikuju od jedne lokacije do druge i svakodnevno. Shvatiti kako će relativno mali porast globalnog CO2 utjecati na sustav s tolikim prirodnim fluktuacijama znači naučiti točno kako taj sustav funkcionira.

Kofer je opremljen senzorima barometrijskog tlaka, temperaturnim senzorima, senzorima relativne vlage i, naravno, senzorom CO2. (Kimba Cutlip)

"Pokušavamo zadirkivati ​​mnoge od tih različitih pokretača", kaže Miller. "Zato što znamo da to nije samo ravnoteža zrak-more. Znamo da postoje sučelja kopnenog mora. Znamo da postoje biološki učinci fotosinteze i disanja, te fizički učinci unosa vode na različita mjesta. Ali kako bi izazovali svakog od tih pokretača, učimo da trebamo puno i puno mjerenja. Potrebna nam je velika gustoća mjerenja zbog ove posebne patchiness i zbog načina na koji se ona mijenja s vremenom na dnevnoj, sezonskoj i plimnoj skali. "

Milleru je potrebna mreža nadzornih stanica za prikupljanje te razine podataka, mreža koja nije bila praktična kada je započeo s ovim poslom. Potrebni instrumenti za nadgledanje bili su okeanski plutači i veliki istraživački brodovi koji su koštali desetke tisuća dolara po instrumentu.

Tako je Miller počeo razvijati drugu opciju. Izgradio je vlastite prijenosne, jeftine nadzorne stanice s lako dostupnim elektroničkim komponentama i jeftinim mikrokontrolerom kakav hobisti koriste za izradu robota i detektora pokreta. Ono što je smislio je razlika između malene sobe koja puni opremu u kojoj stane 100.000 dolara i kutije veličine kofera za cijenu vrhunske kućne meteorološke stanice.

Unutar te kutije Miller je spremio barometrijske senzore tlaka, temperaturne senzore, senzore relativne vlage i, naravno, senzor CO2. "Ovaj momak ovdje košta manje od 300 dolara", kaže, pokazujući na trg elektronike koji nije veći od palube karata. "Infra crveni analizator plina - ovo je srce samog mjerenja CO2." Kaže da bi zaostali instrument na plutači u oceanu mogao koštati čak 20.000 dolara.

Uz lako dostupnu elektroničku opremu i jeftine vodootporne kutije, Miller i njegovi kolege mogu uređaje izgraditi u svom laboratoriju. (Kimba Cutlip)

Izvan kutije, na "mokroj strani", voda se pumpa kroz cijev i dovodi u ravnotežu s malom volumenom zraka. Analizator plina određuje koncentraciju CO2 u tom zraku, a loger podataka prati 24/7.

„Ovo je inovativan pristup, “ kaže Mario Tamburr, „da biste pogledali jednostavan, jeftin način dobivanja ovih mjerenja.“ Tamburri je profesor istraživanja na Sveučilištu Maryland centra za znanosti o okolišu (UMCES). „Naš je najveći problem sada mogućnost praćenja tih važnih parametara na pravoj vremenskoj i prostornoj skali. Dakle, ove vrste mjerenja visoke vremenske i prostorne rezolucije ključne su za razumijevanje problema zakiseljavanja, posebno u priobalnim vodama. "

Tamburri je i izvršni direktor Saveza za obalne tehnologije, partnerstva između istraživačkih organizacija, koje služi kao svojevrsni laboratorij za testiranje znanstvene opreme. „Jedna od stvari koju pokušavamo učiniti je da potičemo razvoj i usvajanje novih inovacija.“ Godinu dana upravljao je jednom od Millerovih stanica za praćenje s pristaništa na UMCES-u „kako bi demonstrirao svoje sposobnosti i potencijal kako bi i drugi korisnici mogli ima povjerenja u njegovo usvajanje. "

Trenutno postoje tri druge stanice za praćenje CO2 u radu. Jedan u Smithsonian istraživačkom centru za okoliš u Edgewateru, gdje Miller radi, jedan u Smithsonian Marine Station u Fort Pierceu, Florida, i drugi u Smithsonian Tropical Research Institute u Panami. Miller još nije spreman započeti masovnu proizvodnju svojih instrumenata. Ima još nekoliko pregiba prije nego što može započeti s razvojem mreže mjesta za praćenje diljem zaljeva Chesapeake. On radi na zamjeni pumpe s onom koja troši manje energije, po mogućnosti onom koja radi na solarnoj energiji. I nada se da će još više smanjiti cijenu (jedna stanica sada košta oko 7000 dolara). Na kraju se nada da će upisati građanske znanstvenike, volontere koji bi ih voljeli zadržati na svojim privatnim pristaništima.

„Moj zlatni standard za instrument je da ga možete predati građaninu znanstveniku, “ kaže on, „i da bi se oni mogli brinuti za njega, pokretati ga i razvijati podatke. To mora funkcionirati zbog toga što netko tko nema godine i godine obrazovanja pomoću instrumenata može to učiniti. "

To je ono što će trebati za dobivanje vrsta mjerenja potrebnih za istinsko razumijevanje uloge porasta CO2 u ovim složenim sustavima.

Upravljački uređaj koji Miller naziva "srcem svega" mali je mikroprocesor najprije razvijen za hobiste koji žele napraviti jednostavne robote. (Kimba Cutlip)