Θα μπορούσε να θεωρηθεί λάθος για ένα έργο επιστήμης δίκαιη πάει amok-ένα μέγεθος βαλίτσα το νερό απόδειξη box γεμάτη με σωλήνες, ηλεκτρονικά καλώδια, μετρητές και μια οθόνη LED. Για τον Whitman Miller, αυτή είναι η ομορφιά του. Τα πάντα είναι εύκολα διαθέσιμα, σχετικά φθηνά και αξιοσημείωτα εξελιγμένα. Χρειάζεται αυτόν τον συνδυασμό ιδιοτήτων. Για να πάρει τις απαντήσεις που ψάχνει, θα πρέπει να εγκαταστήσει πολλά και πολλά από αυτά τα κουτιά.
Από αυτή την ιστορία
Smithsonian Περιβαλλοντικό Κέντρο Ερευνών Smithsonian Marine Station, Fort Pierce, ΦλόρινταΟ Miller είναι ερευνητής στο Smithsonian Environmental Research Centre και προσπαθεί να κατανοήσει τις επιπτώσεις της αύξησης του CO2 στη χημεία του νερού στα παράκτια οικοσυστήματα. Τα τελευταία 150 χρόνια η καύση ορυκτών καυσίμων και άλλων διαδικασιών βιομηχανικής παραγωγής έχει αντλήσει τεράστιες ποσότητες CO2 στην ατμόσφαιρα. Πολλά από αυτά έχουν καταλήξει στους ωκεανούς της Γης όπου αντιδρούν με το θαλασσινό νερό και μειώνουν το pH. Ως αποτέλεσμα, τα νερά της Γης καθίστανται πιο όξινα, μια κατάσταση που μπορεί να απογυμνώνει πολλούς οργανισμούς με ασυσκεύαστο ασβέστιο και απειλεί να διαταράξει ολόκληρα οικοσυστήματα.
Παρότι συχνά αναφέρεται ως οξίνιση των ωκεανών, η επίδραση της αύξησης του CO2 δεν περιορίζεται στα θαλάσσια ύδατα. Είναι απλά ευκολότερο να το δείτε εκεί. Η επιφάνεια του ωκεανού είναι ένα αρκετά ομοιογενές περιβάλλον όπου οι συγκεντρώσεις CO2 στο νερό τείνουν να βρίσκονται σε ισορροπία με το CO2 στην ατμόσφαιρα - σήμερα γύρω στα 399, 6 μέρη ανά εκατομμύριο (ppm). Οι επιστήμονες το παρακολουθούσαν σταθερά σε ρυθμό 1 ppm κάθε χρόνο για τις τελευταίες δεκαετίες.
Αλλά η ιστορία δεν είναι τόσο εύκολη στην ανάγνωση στα παράκτια οικοσυστήματα, όπου οι συγκεντρώσεις CO2 μπορούν να μετατραπούν σε χιλιάδες μέρη ανά εκατομμύριο σε μια μέρα. Τα παράκτια συστήματα είναι πολύ πιο πολύπλοκα με πολλά ακόμα κινούμενα μέρη. Εδώ, το γλυκό νερό αναμειγνύεται με θαλασσινό νερό. Η θερμοκρασία και η αλατότητα ποικίλλουν από τη μία θέση στην άλλη και μπορούν να αλλάξουν με τις παλίρροιες. Τα επίπεδα οξυγόνου αυξάνονται κατά τη διάρκεια της ημέρας, όταν φωτοσύνθετα χόρτα και φύκια και συντριβή τη νύχτα όταν σταματά η φωτοσύνθεση. Όλες αυτές οι αλληλεπιδράσεις οδηγούν σε δραματική διακύμανση των επιπέδων CO2. Διαφέρουν επίσης από τη μια θέση στην άλλη και σε καθημερινή βάση. Η κατανόηση του πώς μια συγκριτικά μικρή αύξηση του παγκόσμιου CO2 θα επηρεάσει ένα σύστημα με τόσο μεγάλες φυσικές διακυμάνσεις σημαίνει να μάθουμε ακριβώς πώς λειτουργεί αυτό το σύστημα.
Η βαλίτσα συσκευάζεται με αισθητήρες βαρομετρικής πίεσης, αισθητήρες θερμοκρασίας, αισθητήρες σχετικής υγρασίας και φυσικά αισθητήρα CO2. (Kimba Cutlip) "Προσπαθούμε να διώξουμε πολλούς από αυτούς τους διαφορετικούς οδηγούς", λέει ο Miller. "Επειδή γνωρίζουμε ότι δεν είναι μόνο η ισορροπία μεταξύ αέρα και θάλασσας. Γνωρίζουμε ότι υπάρχουν χερσαίες διεπαφές. Γνωρίζουμε ότι υπάρχουν βιολογικές επιδράσεις της φωτοσύνθεσης και αναπνοής και των φυσικών επιδράσεων της εισροής νερού σε διαφορετικά μέρη. Αλλά για να πειράξει κάποιος από αυτούς τους οδηγούς, μαθαίνουμε ότι χρειαζόμαστε πολλές και πολλές μετρήσεις. Χρειαζόμαστε μια μεγάλη πυκνότητα μετρήσεων λόγω αυτής της ειδικής patchiness και λόγω του τρόπου που αλλάζει με το χρόνο στις καθημερινές, εποχιακές και παλιρροϊκές κλίμακες. "
Ο Miller χρειάζεται ένα δίκτυο σταθμών παρακολούθησης για να συγκεντρώσει αυτό το επίπεδο δεδομένων, ένα δίκτυο που δεν ήταν πρακτικό όταν άρχισε αυτό το έργο. Τα απαιτούμενα όργανα παρακολούθησης ήταν το υλικό των ωκεανών και των μεγάλων ερευνητικών σκαφών που κοστίζουν δεκάδες χιλιάδες δολάρια ανά μέσο.
Ο Miller άρχισε να αναπτύσσει μια άλλη επιλογή. Κατασκευάζει τους δικούς του φορητούς, ανέξοδους σταθμούς παρακολούθησης με εύκολα διαθέσιμα ηλεκτρονικά εξαρτήματα και ένα φτηνό μικροελεγκτή των ειδών hobbyists που χρησιμοποιούν για να κάνουν ρομπότ και ανιχνευτές κίνησης. Αυτό που έχει καταλήξει είναι η διαφορά ανάμεσα σε ένα μικρό δωμάτιο γεμάτο εξοπλισμό που χτυπάει σε 100.000 δολάρια και ένα κιβώτιο μεγέθους βαλίτσας για την τιμή ενός οικιακού μετεωρολογικού σταθμού υψηλού επιπέδου.
Μέσα σε αυτό το κιβώτιο, ο Miller έχει συσκευάσει αισθητήρες βαρομετρικής πίεσης, αισθητήρες θερμοκρασίας, αισθητήρες σχετικής υγρασίας και βεβαίως έναν αισθητήρα CO2. "Αυτός ο τύπος κοστίζει λιγότερο από $ 300", λέει, δείχνοντας ένα τετράγωνο ηλεκτρονικών που δεν είναι μεγαλύτερο από ένα κατάστρωμα καρτών. "Ο αναλυτής αερίων - αυτός είναι ο πυρήνας της μέτρησης του CO2". Λέει ότι το εργαλείο που προκύπτει από τον ωκεανό μπορεί να κοστίσει έως και 20.000 δολάρια.
Με άμεσα διαθέσιμο ηλεκτρονικό εξοπλισμό και φθηνά αδιάβροχα κουτιά, ο Miller και οι συνεργάτες του μπορούν να κατασκευάσουν τις συσκευές ακριβώς στο εργαστήριό τους. (Kimba Cutlip) Έξω από το κιβώτιο, στην "υγρή πλευρά", το νερό αντλείται μέσω σωλήνα και ωθείται σε ισορροπία με μικρό όγκο αέρα. Ο αναλυτής αερίου καθορίζει τη συγκέντρωση του CO2 στον αέρα και ένας καταγραφέας δεδομένων παρακολουθεί 24/7.
"Πρόκειται για μια καινοτόμο προσέγγιση", λέει ο Mario Tamburr, "να εξετάσουμε έναν απλό και φθηνό τρόπο για να πάρουμε αυτές τις μετρήσεις". Ο Tamburri είναι καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Maryland Center for Environmental Sciences (UMCES). "Το μεγαλύτερο μας πρόβλημα τώρα είναι να παρακολουθούμε αυτές τις σημαντικές παραμέτρους στη σωστή χρονική και χωρική κλίμακα. Έτσι, αυτές οι υψηλές χρονικές και χωρικές μετρήσεις της ανάλυσης είναι βασικές για την κατανόηση των προβλημάτων οξίνισης, ειδικά στα παράκτια ύδατα. "
Ο Tamburri είναι επίσης ο εκτελεστικός διευθυντής της Συμμαχίας για τις Παράκτιες Τεχνολογίες, μια συνεργασία μεταξύ ερευνητικών οργανισμών που χρησιμεύει ως ένα είδος εργαστηρίου δοκιμών για επιστημονικό εξοπλισμό. "Ένα από τα πράγματα που προσπαθούμε να κάνουμε είναι να προωθήσουμε την ανάπτυξη και την υιοθέτηση νέων καινοτομιών." Έχει έναν από τους σταθμούς παρακολούθησης της Miller από την αποβάθρα του UMCES για ένα χρόνο "για να αποδείξει τις δυνατότητές του και τις δυνατότητές του. έχουν κάποια εμπιστοσύνη στην υιοθέτησή τους. "
Επί του παρόντος υπάρχουν τρεις ακόμη σταθμοί παρακολούθησης CO2 σε λειτουργία. Ένας στο Smithsonian Environmental Research Centre στο Edgewater όπου εργάζεται ο Μίλερ, ένας στον Smithsonian Marine Station στο Fort Pierce της Φλόριντα και ένας στο Smithsonian Tropical Research Institute του Παναμά. Ο Μίλλερ δεν είναι ακόμα έτοιμος να αρχίσει μαζική παραγωγή των οργάνων του ακόμα. Έχει μερικές ακόμη τροποποιήσεις προτού να μπορέσει να αναπτύξει ένα δίκτυο τοποθεσιών παρακολούθησης σε όλο τον κόλπο Chesapeake. Εργάζεται στην αντικατάσταση της αντλίας με μία αντλία που καταναλώνει λιγότερη ενέργεια, κατά προτίμηση μία που λειτουργεί με ηλιακή ενέργεια. Και ελπίζει να μειώσει ακόμη περισσότερο την τιμή (ένας σταθμός τώρα κοστίζει περίπου 7.000 δολάρια). Τελικά ελπίζει να προσελκύσει επιστήμονες πολίτες, εθελοντές πρόθυμους να τους κρατήσουν στα ιδιωτικά τους φράγματα.
"Το χρυσό πρότυπό μου για ένα όργανο είναι ότι μπορείτε να το μετατρέψετε σε έναν επιστήμονα πολίτη", λέει, "και για να είναι σε θέση να το φροντίζουν και να το τρέχουν και να αναπτύσσουν τα δεδομένα. Πρέπει να είναι κάτι που κάποιος που δεν έχει χρόνια και χρόνια εκπαίδευσης χρησιμοποιώντας όργανα μπορεί να το κάνει να λειτουργήσει. "
Αυτό είναι που πρόκειται να πάρει για να πάρει το είδος των μετρήσεων που απαιτούνται για την αληθινή κατανόηση του ρόλου της αύξησης του CO2 σε αυτά τα σύνθετα συστήματα.
Η συσκευή ελέγχου που ο Miller ονομάζει "καρδιά όλων" είναι ένας μικρός μικροεπεξεργαστής που αναπτύχθηκε αρχικά για χομπίστες που θέλουν να κάνουν απλά ρομπότ. (Kimba Cutlip)
