Úspora peněz je skvělá, ale úspora zátoky Chesapeake bude ještě lepší

Mohlo by to být zaměněno za amok s vědeckým veletržním projektem - vodotěsnou krabici velikosti kufru plnou hadic, elektronických vodičů, měřidel a LED displeje. Whitman Miller, to je jeho krása. Vše je snadno dostupné, relativně levné a pozoruhodně sofistikované. Potřebuje tu kombinaci kvalit. Aby získal odpovědi, které hledá, bude muset nainstalovat spoustu a spoustu těchto krabic.

Z tohoto příběhu

Smithsonian environmentální výzkumné centrum Smithsonian námořní stanice, Fort Pierce, Florida

Miller je výzkumný pracovník v Smithsonian Environmental Research Center a snaží se porozumět účinkům rostoucího CO2 na chemii vody v pobřežních ekosystémech. Za posledních 150 let spalování fosilních paliv a dalších průmyslových výrobních procesů čerpalo do atmosféry obrovské množství CO2. Většina z toho skončila v zemských oceánech, kde reaguje s mořskou vodou a snižuje pH. V důsledku toho se zemské vody stávají kyselejšími, což je stav, který může zbavit mnoho organismů zbavených vápníku a hrozit narušením celých ekosystémů.

Ačkoli se nejčastěji označuje jako okyselení oceánů, účinek rostoucího CO2 není omezen pouze na mořské vody. Je to prostě snazší to vidět. Hladina oceánu je poměrně homogenní prostředí, kde koncentrace CO2 ve vodě bývají v rovnováze s CO2 v atmosféře - v současné době kolem 399, 6 dílů na milion (ppm). Vědci sledovali, jak se za posledních několik desetiletí každý rok neustále plazí rychlostí 1 ppm.

Příběh však není tak snadno čitelný v pobřežních ekosystémech, kde se koncentrace CO2 mohou pohybovat o tisíce dílů na milion za jeden den. Pobřežní systémy jsou mnohem složitější s mnoha více pohyblivými částmi. Zde se sladká voda mísí se slanou vodou. Teplota a slanost se liší od jednoho místa k druhému a mohou se měnit podle přílivu. Hladina kyslíku stoupá během dne, kdy se fotosyntéza trávy a řas a v noci, kdy se fotosyntéza zastaví, zhroutí. Všechny tyto interakce vedou k dramatickému kolísání hladin CO2. Liší se také z jednoho místa na další a každý den. Pochopení toho, jak poměrně malé zvýšení globálního CO2 ovlivní systém s tolika přirozenými výkyvy, znamená naučit se přesně, jak tento systém funguje.

Kufr je vybaven senzory barometrického tlaku, teplotními senzory, senzory relativní vlhkosti a samozřejmě senzorem CO2. (Kimba Cutlip)

"Snažíme se škádlit mnoho z těchto různých ovladačů, " říká Miller. "Protože víme, že to není jen rovnováha mezi vzduchem a mořem." Víme, že existují rozhraní pozemního moře. Víme, že existují biologické účinky fotosyntézy a dýchání a fyzikální účinky přívodu vody na různých místech. Ale abychom dráždili každý z těchto ovladačů, učíme se, že potřebujeme spoustu a spoustu měření. Potřebujeme vysokou hustotu měření kvůli této speciální patchiness a kvůli tomu, jak se mění v čase na denní, sezónní a přílivové stupnici. “

Miller potřebuje síť monitorovacích stanic, aby shromáždil tuto úroveň dat, síť, která nebyla praktická, když začal tuto práci. Požadované monitorovací vybavení bylo věcí oceánských bójí a velkých výzkumných plavidel, které stály desítky tisíc dolarů za jeden nástroj.

Takže Miller začal vyvíjet další možnost. Stavěl své vlastní přenosné, levné monitorovací stanice s snadno dostupnými elektronickými součástkami a levný mikrokontrolér druhu, který fandové používají k výrobě robotů a detektorů pohybu. Co přišel, je rozdíl mezi malou místnost plnou vybavení vyzvánějící za 100 000 dolarů a kufrem velikosti kufru za cenu špičkové domácí meteorologické stanice.

Uvnitř této krabice má Miller zabalené snímače barometrického tlaku, snímače teploty, snímače relativní vlhkosti a samozřejmě snímač CO2. "Ten chlap tady stojí méně než 300 dolarů, " říká a ukazuje na čtverec elektroniky, který není větší než balíček karet. "Infračervený analyzátor plynů - to je jádro samotného měření CO2." Říká, že koronární nástroj na oceánské bóji může stát až 20 000 dolarů.

Díky snadno dostupnému elektronickému vybavení a levným nepromokavým krabicím může Miller a jeho kolegové stavět zařízení přímo v jejich laboratoři. (Kimba Cutlip)

Mimo krabici, na „mokré straně“, je voda čerpána trubicí a tlačena do rovnováhy malým objemem vzduchu. Analyzátor plynu určuje koncentraci CO2 v tomto vzduchu a záznamník dat sleduje nepřetržitě 24/7.

„Je to inovativní přístup, “ říká Mario Tamburr, „podívat se na jednoduchý levný způsob, jak tato měření dosáhnout.“ Tamburri je profesorem výzkumu na University of Maryland Center for Environmental Sciences (UMCES). „Náš největší problém je nyní schopen sledovat tyto důležité parametry ve správném časovém a prostorovém měřítku. Tyto druhy měření vysokého časového a prostorového rozlišení jsou tedy klíčem k pochopení problémů acidifikace, zejména v pobřežních vodách. “

Tamburri je také výkonným ředitelem Alliance for Coastal Technologies, partnerství mezi výzkumnými organizacemi, které slouží jako druh testovací laboratoře pro vědecké vybavení. „Jednou z věcí, které se snažíme udělat, je podporovat vývoj a přijímání nových inovací.“ Jeden rok sleduje monitorovací stanice Miller z mola v UMCES „aby předvedl své schopnosti a potenciál, aby mohli ostatní uživatelé také také mít jistotu v jeho přijetí. “

V současné době jsou v provozu tři další monitorovací stanice CO2. Jeden v Smithsonian Environmental Research Center v Edgewater, kde Miller pracuje, jeden v Smithsonian Marine Station ve Fort Pierce na Floridě a další v Smithsonian Tropical Research Institute v Panamě. Miller ještě není připraven zahájit hromadnou výrobu svých nástrojů. Má ještě několik vylepšení, než může začít vyvíjet síť monitorovacích míst v celém zálivu Chesapeake. Pracuje na výměně čerpadla za čerpadlo, které odebírá méně energie, nejlépe takové, které běží na sluneční energii. A doufá, že cenu ještě více sníží (jedna stanice nyní stojí asi 7 000 $). Nakonec doufá, že se zapojí do výzkumu občanských vědců, dobrovolníků, kteří jsou ochotni je udržet u svých soukromých mola.

„Mým zlatým standardem pro nástroj je to, že ho dokážete předat občanskému vědci, “ říká, „a aby se o něj mohli starat, provozovat a vyvíjet data. Musí to být něco, co to může udělat někdo, kdo nemá roky a roky vzdělání pomocí nástrojů. “

To je to, co bude muset udělat, aby dosáhlo druhu měření potřebných ke skutečnému pochopení úlohy rostoucího CO2 v těchto složitých systémech.

Řídicí zařízení, které Miller nazývá „srdcem všeho“, je malý mikroprocesor, který byl poprvé vyvinut pro fandy, kteří chtějí vyrábět jednoduché roboty. (Kimba Cutlip)