Може да се обърка проект за научноизследователски панаир - кутия с водна доказателство с куфар, пълна с тръби, електронни проводници, габарити и LED дисплей. За Уитман Милър, в това е красотата. Всичко е лесно достъпно, сравнително евтино и забележително изтънчено. Той има нужда от тази комбинация от качества. Защото, за да получи отговорите, които търси, ще трябва да инсталира много и много от тези кутии.
От тази история
Смитсонски център за изследване на околната среда Морска станция Smithsonian, Fort Pierce, ФлоридаМилър е изследовател в Центъра за изследвания на околната среда в Смитсън и се опитва да разбере ефекта от нарастващия CO2 върху химията на водата в крайбрежните екосистеми. За последните 150 години изгарянето на изкопаеми горива и други промишлени производствени процеси изпомпва огромни количества CO2 в атмосферата. Голяма част от него се е озовала в земните океани, където реагира с морска вода и понижава pH. В резултат на това водите на Земята стават все по-киселинни, състояние, което може да отнеме от организма много калциеви организми и заплашва да наруши цялата екосистема.
Въпреки че най-често се нарича подкисляване на океана, ефектът от повишаващия се CO2 не се ограничава само до океанските води. Просто е по-лесно да се види там. Океанската повърхност е доста хомогенна среда, в която концентрациите на CO2 във водата са в равновесие с CO2 в атмосферата - в момента около 399, 6 части на милион (ppm). Учените го наблюдават непрекъснато пълзене със скорост 1 ppm всяка година през последните няколко десетилетия.
Но историята не е толкова лесна за четене в крайбрежните екосистеми, където концентрациите на CO2 могат да се разменят с хиляди части на милион за един ден. Крайбрежните системи са много по-сложни с много повече движещи се части. Тук прясна вода се смесва със солена вода. Температурата и солеността варират от едно място до друго и могат да се променят с приливите и отливите. Нивата на кислород се повишават през деня, когато тревите и водораслите фотосинтезират и се сриват през нощта, когато фотосинтезата спре. Всички тези взаимодействия водят до драматични колебания в нивата на CO2. Те също варират от едно място до друго и ежедневно. Разбирането как сравнително малко увеличение на глобалния CO2 ще повлияе на система с толкова много естествени колебания означава да научите как точно работи тази система.
Куфарът е пълен със сензори за барометрично налягане, сензори за температура, сензори за относителна влажност и разбира се CO2 сензор. (Кимба Cutlip) „Опитваме се да дразнеме много от тези различни драйвери“, казва Милър. „Защото знаем, че това не е само равновесие въздух-море. Знаем, че има сухопътни морски интерфейси. Знаем, че има биологични ефекти от фотосинтезата и дишането, както и физически ефекти от постъпването на вода на различни места. Но за да закачим всеки от тези драйвери, научаваме, че имаме нужда от много и много измервания. Нуждаем се от висока плътност на измерванията поради тази специална пластирност и поради начина, по който тя се променя във времето на дневна, сезонна и приливна скала. "
Милър се нуждае от мрежа от станции за наблюдение, за да събере това ниво на данни, мрежа, която не беше практична, когато той започна тази работа. Необходимият инструмент за мониторинг е материалът от океанските шамандури и големи изследователски кораби, струващи десетки хиляди долари на инструмент.
Така Милър започнал да разработва друг вариант. Той изгражда собствени преносими, евтини станции за мониторинг с лесно достъпни електронни компоненти и евтин микроконтролер от вида, който хобистите използват за изработка на роботи и детектори за движение. Това, което той измисли, е разликата между малка стая, пълна с оборудване, която звъни на $ 100 000, и кутия с размер на куфар за цената на метеорологичната станция от висок клас.
В тази кутия Милър има опаковани сензори за барометрично налягане, сензори за температура, сензори за относителна влажност и, разбира се, сензор за CO2. „Този човек струва по-малко от 300 долара“, казва той, сочейки квадрат с електроника, не по-голям от тесте карти. „Инфрачервеният газов анализатор - това е сърцето на самото измерване на CO2.“ Той казва, че следният инструмент на океанската шамандура може да струва 20 000 долара.
С лесно достъпното електронно оборудване и евтините водоустойчиви кутии Милър и неговите колеги могат да изграждат устройствата точно в лабораторията си. (Кимба Cutlip) Извън кутията, от "мократа страна", водата се изпомпва през тръба и се привежда в равновесие с малък обем въздух. Газовият анализатор определя концентрацията на CO2 в този въздух, а регистраторът на данни следи 24/7.
„Това е иновативен подход“, казва Марио Тамбур, „за да разгледате един евтин евтин начин за получаване на тези измервания.“ Тамбури е научен професор в Центъра за екологични науки на Университета в Мериленд (UMCES). „Най-големият ни проблем в момента е да можем да следим тези важни параметри в правилния времеви и пространствен мащаб. Така че тези видове измервания с висока времева и пространствена разделителна способност са ключови за разбирането на проблемите на подкисляването, особено в крайбрежните води. "
Тамбури е и изпълнителен директор на Алианса за крайбрежни технологии, партньорство между изследователски организации, което служи като вид лаборатория за изпитване на научно оборудване. „Едно от нещата, които се опитваме да направим, е да насърчаваме развитието и приемането на нови иновации.“ Той управлява една от мониторинговите станции на Милър от кея в UMCES в продължение на една година, „за да демонстрира своите възможности и потенциал, така че другите потребители могат също така има известна увереност да го приемете. "
В момента работят три други станции за мониторинг на CO2. Единият в центъра за изследвания на околната среда Smithsonian в Edgewater, където работи Милър, един в морската станция Smithsonian във Форт Пиърс, Флорида, и друг в Smithsonian Tropical Research Institute в Панама. Милър все още не е готов да започне масово производство на своите инструменти. Той има още няколко ощипвания, преди да започне да развива мрежа от сайтове за наблюдение в целия залив Чесапийк. Той работи върху замяната на помпата с такава, която черпи по-малко мощност, за предпочитане такава, която работи на слънчева енергия. И той се надява да намали цената още повече (една станция сега струва около 7 000 долара). В крайна сметка той се надява да включи граждански учени, доброволци, желаещи да ги държат на личните си кейове.
„Моят златен стандарт за инструмент е, че можете да го предадете на граждански учен - казва той, - и те да могат да се грижат за него, да го стартират и да развиват данните. Трябва да бъде нещо, което някой, който няма години и години на образование с инструменти, може да го накара да функционира. "
Това е необходимо, за да се получат необходимите измервания, за да се разбере истински ролята на нарастващия CO2 в тези сложни системи.
Управляващото устройство, което Милър нарича „сърцето на всичко“, е малък микропроцесор, първо разработен за любители, които искат да правят прости роботи. (Кимба Cutlip)
