Penjimatan Wang Besar, tetapi Penjimatan Bayi Chesapeake Akan Lebih Baik

Ia boleh disalah tafsirkan untuk projek sains sains yang hilang amok-kotak bukti air bersaiz beg disumbat dengan tiub, wayar elektronik, tolok dan paparan LED. Kepada Whitman Miller, itulah keindahannya. Semuanya mudah didapati, agak murah dan sangat canggih. Dia memerlukan kombinasi kualiti. Kerana untuk mendapatkan jawapan yang dia cari, dia perlu memasang banyak dan banyak kotak ini.

Dari Kisah Ini

Pusat Penyelidikan Persekitaran Smithsonian Smithsonian Marine Station, Fort Pierce, Florida

Miller adalah penyelidik di Pusat Penyelidikan Alam Sekitar Smithsonian, dan dia cuba memahami kesan peningkatan CO2 ke atas kimia air di ekosistem pantai. Selama 150 tahun terakhir pembakaran bahan api fosil dan proses pembuatan industri lain telah memompa sejumlah besar CO2 ke atmosfera. Kebanyakannya telah berakhir di lautan di mana ia bertindak balas dengan air laut dan menurunkan pH. Akibatnya, perairan bumi menjadi lebih berasid, suatu keadaan yang boleh melenyapkan banyak organisma berkaki kalsium mereka dan mengancam untuk mengganggu keseluruhan ekosistem.

Walaupun yang paling sering dirujuk sebagai pengasidan laut, kesan kenaikan CO2 tidak terhad kepada perairan lautan. Ia hanya mudah dilihat di sana. Permukaan laut adalah persekitaran yang agak homogen di mana kepekatan CO2 dalam air cenderung berada dalam keseimbangan dengan CO2 di atmosfera-kini terdapat sekitar 399.6 bahagian per juta (ppm). Para saintis telah memerhatikan ia merayap dengan mantap pada kadar 1 ppm setiap tahun sejak beberapa dekad yang lalu.

Tetapi cerita tidak begitu mudah dibaca di ekosistem pesisir di mana kepekatan CO2 boleh diayak oleh beribu-ribu bahagian setiap juta dalam sehari. Sistem pantai jauh lebih kompleks dengan banyak lagi bahagian yang bergerak. Di sini, air segar dicampur dengan air garam. Suhu dan kemasinan berbeza dari satu lokasi ke tempat seterusnya dan boleh berubah dengan pasang surut. Tahap oksigen meningkat pada siang hari, apabila rumput dan alga berkilau, dan jatuh pada waktu malam apabila fotosintesis berhenti. Semua interaksi ini mendorong turun naik dramatik dalam tahap CO2. Mereka juga berbeza dari satu lokasi ke tempat seterusnya dan setiap hari. Memahami bagaimana peningkatan yang agak kecil dalam CO2 global akan menjejaskan sistem dengan turun naik semulajadi bermakna belajar dengan tepat bagaimana sistem itu berfungsi.

Koper itu penuh dengan sensor tekanan barometrik, sensor suhu, sensor kelembapan relatif, dan tentu saja sensor CO2. (Kimba Cutlip)

"Kami cuba mengusik banyak pemandu yang berbeza ini, " kata Miller. "Kerana kita tahu ia bukan hanya keseimbangan udara-laut. Kami tahu terdapat antara muka laut darat. Kami tahu terdapat kesan biologi dari fotosintesis dan respirasi, dan kesan fizikal input air di tempat yang berbeza. Tetapi untuk mengusik setiap pemandu ini, kami belajar bahawa kami memerlukan banyak dan banyak ukuran. Kami memerlukan ketumpatan yang tinggi kerana ukuran kelebihan istimewa ini dan kerana ia berubah mengikut masa pada skala harian, bermusim dan pasang surut. "

Miller memerlukan rangkaian stesen pemantauan untuk mengumpulkan tahap data, rangkaian yang tidak praktikal apabila dia memulakan kerja ini. Instrumen pemantauan yang diperlukan adalah barangan pelampung laut dan kapal penyelidikan besar yang bernilai puluhan ribu dolar setiap instrumen.

Jadi Miller mula mengembangkan satu lagi pilihan. Dia telah membina stesen pemantauan mudah alih yang murah dan mudah dengan komponen elektronik yang sedia ada dan mikrokontroller murah yang digunakan oleh penggemar jenis untuk membuat robot dan pengesan gerakan. Apa yang dia raih adalah perbezaan di antara sebuah bilik kecil yang penuh dengan peralatan yang berdering pada $ 100, 000, dan kotak bersaiz beg pakaian untuk harga sebuah stesen cuaca rumah mewah.

Di dalam kotak itu, Miller telah mengemas sensor tekanan barometrik, sensor suhu, sensor kelembapan relatif, dan tentu saja, sensor CO2. "Lelaki ini di sini kos kurang daripada $ 300, " katanya, menunjuk kepada satu segi elektronik yang tidak lebih besar daripada dek kad. "Penganalisis gas infra-merah-ini adalah jantung untuk membuat pengukuran CO2 itu sendiri." Dia berkata instrumen corollary pada pelampung lautan dapat menelan kos sebanyak $ 20, 000.

Dengan peralatan elektronik yang sedia ada dan kotak kalis air yang murah, Miller dan rakan-rakannya boleh membina alat-alat yang betul di makmal mereka. (Kimba Cutlip)

Di luar kotak, di bahagian "basah, " air dipam melalui tiub dan dipaksa ke keseimbangan dengan jumlah udara kecil. Penganalisis gas menentukan kepekatan CO2 dalam udara itu, dan data logger menjejaki 24/7.

"Ini adalah pendekatan yang inovatif, " kata Mario Tamburr, "untuk melihat cara yang murah untuk mendapatkan ukuran ini." Tamburri adalah seorang profesor penyelidikan di University of Maryland Center for Environmental Sciences (UMCES). "Masalah terbesar kami kini dapat memantau parameter penting ini pada skala temporal dan spatial yang betul. Oleh itu, jenis resolusi temporal dan spatial yang tinggi adalah kunci untuk memahami masalah pengasidan, khususnya di perairan pantai. "

Tamburri juga merupakan pengarah eksekutif Alliance untuk Coastal Technologies, perkongsian antara organisasi penyelidikan yang berfungsi sebagai sejenis makmal ujian untuk peralatan saintifik. "Salah satu perkara yang kami cuba lakukan adalah untuk memupuk pembangunan dan penerapan inovasi baru." Dia telah menjalankan salah satu stesen pemantauan Miller dari dermaga di UMCES selama setahun "untuk menunjukkan kemampuan dan potensinya supaya pengguna lain dapat juga mempunyai keyakinan terhadap penggunaannya. "

Pada masa ini terdapat tiga stesen pengawasan CO2 yang sedang beroperasi. Satu di Pusat Penyelidikan Alam Sekitar Smithsonian di Edgewater di mana kerja Miller, satu di Stesen Marin Smithsonian di Fort Pierce, Florida, dan satu lagi di Institut Penyelidikan Tropika Smithsonian di Panama. Miller belum bersedia untuk memulakan melahirkan instrumennya lagi. Dia mempunyai beberapa tweak sebelum dia boleh mula membangunkan rangkaian tapak pemantauan di seluruh Teluk Chesapeake. Dia sedang mengusahakan penggantian pam dengan satu yang menarik kuasa yang kurang, lebih baik satu yang berjalan di atas tenaga solar. Dan dia berharap dapat menurunkan harga lebih jauh (satu stesen kini berharga kira-kira $ 7, 000). Akhirnya dia berharap untuk mendapatkan ahli sains warganegara, sukarelawan sukarelawan untuk menjaga mereka di dermaga swasta mereka.

"Taraf emas saya untuk instrumen ialah anda boleh menyerahkannya kepada seorang ahli sains warganegara, " katanya, "dan untuk mereka dapat mengurusnya, dan menjalankannya, dan mengembangkan data. Ia harus menjadi sesuatu yang seseorang yang tidak mempunyai tahun dan tahun pendidikan menggunakan instrumen boleh berfungsi. "

Inilah yang akan diambil untuk mendapatkan jenis ukuran yang diperlukan untuk benar-benar memahami peranan peningkatan CO2 dalam sistem kompleks ini.

Alat kawalan yang disebut Miller sebagai "hati dari semuanya" adalah mikroprosesor kecil yang pertama kali dikembangkan untuk penggemar yang ingin membuat robot mudah. (Kimba Cutlip)