Det kan forveksles med et videnskabsmæssigt projekt, der er gået amok - en kuffert-størrelse vandtæt kasse fyldt med slanger, elektroniske ledninger, målere og en LED-skærm. Til Whitman Miller, det er skønheden ved det. Alt er let tilgængeligt, relativt billigt og bemærkelsesværdigt sofistikeret. Han har brug for den kombination af kvaliteter. For for at få de svar, han leder efter, bliver han nødt til at installere en masse af disse bokse.
Fra denne historie
Smithsonian Environmental Research Center Smithsonian Marine Station, Fort Pierce, FloridaMiller er forsker ved Smithsonian Environmental Research Center, og han prøver at forstå virkningen af stigende CO2 på vandkemi i kystøkosystemer. I de sidste 150 år har forbrænding af fossilt brændstof og andre industrielle fremstillingsprocesser pumpet store mængder CO2 ud i atmosfæren. Meget af det er havnet i jordens oceaner, hvor det reagerer med havvand og sænker pH. Som et resultat bliver Jordens farvande surere, en tilstand, der kan fjerne mange afskalede organismer af deres calcium og truer med at forstyrre hele økosystemer.
Selvom oftest benævnes havforsuring, er virkningen af stigende CO2 ikke begrænset til havvand. Det er bare lettere at se der. Havoverfladen er et ret homogent miljø, hvor CO2-koncentrationer i vandet har en tendens til at være i balance med CO2 i atmosfæren - i øjeblikket omkring 399, 6 dele pr. Million (ppm). Forskere har set det krybe støt op med en hastighed på 1 ppm hvert år i de sidste par årtier.
Men historien er ikke så let at læse i kystøkosystemer, hvor CO2-koncentrationer kan svinge med tusinder af dele pr. Million på en enkelt dag. Kystsystemer er langt mere komplekse med mange flere bevægelige dele. Her blandes frisk vand med saltvand. Temperatur og saltholdighed varierer fra sted til sted og kan ændre sig med tidevand. Oxygeniveauet stiger i løbet af dagen, når græs og alge fotosynteser, og går ned om natten, når fotosyntesen stopper. Alle disse interaktioner driver dramatisk udsving i CO2-niveauer. De varierer også fra sted til sted og dagligt. At forstå, hvordan en relativt lille stigning i global CO2 vil påvirke et system med så meget naturlig svingning, betyder, at man lærer nøjagtigt, hvordan dette system fungerer.
Kufferten er fyldt med barometriske tryksensorer, temperatursensorer, sensor for relativ fugtighed og selvfølgelig en CO2-sensor. (Kimba Cutlip) ”Vi prøver at drille mange af disse forskellige drivere ud, ” siger Miller. ”Fordi vi ved, at det ikke kun er luft / sø-ligevægt. Vi ved, at der er landhavsgrænseflader. Vi ved, at der er biologiske effekter af fotosyntese og respiration, og fysiske effekter af vandtilførsel forskellige steder. Men for at drille hver af disse chauffører lærer vi, at vi har brug for en masse målinger. Vi har brug for en høj målingstæthed på grund af denne specielle ujævnhed og på grund af den måde, den ændrer sig gennem tiden på daglige, sæsonbestemte og tidevandsskalaer. ”
Miller har brug for et netværk af overvågningsstationer for at indsamle det niveau af data, et netværk, der ikke var praktisk, da han begyndte på dette arbejde. Den krævede overvågningsinstrumentation var de ting af havbøjer og store forskningsskibe, der kostede titusinder af dollars pr. Instrument.
Så Miller begyndte at udvikle en anden mulighed. Han har bygget sine egne bærbare, billige overvågningsstationer med let tilgængelige elektroniske komponenter og en billig mikrocontroller af den slags, som hobbyfolk bruger til at fremstille robotter og bevægelsesdetektorer. Hvad han er kommet på, er forskellen mellem et lille rum fuldt af udstyr, der ringer ind til $ 100.000, og en kuffertørrelse til prisen for en high-end hjemmevejrstation.
Inde i denne kasse har Miller pakket barometriske tryksensorer, temperatursensorer, sensor for relativ fugtighed og selvfølgelig en CO2-sensor. ”Denne fyr her koster mindre end $ 300, ” siger han og peger på en firkant med elektronik, der ikke er større end et kortstykke. ”Den infrarøde gasanalysator - dette er hjertet i selve CO2-måling.” Han siger, at koralleringsinstrumentet på en havbøje kunne koste så meget som $ 20.000.
Med let tilgængeligt elektronisk udstyr og billige vandtætte kasser kan Miller og hans kolleger bygge enhederne lige i deres laboratorium. (Kimba Cutlip) Uden for kassen, på den "våde side", pumpes vand gennem et rør og tvinges i balance med et lille volumen luft. Gasanalysatoren bestemmer koncentrationen af CO2 i den luft, og en datalogger holder styr 24/7.
”Dette er en innovativ tilgang, ” siger Mario Tamburr, ”at se på en enkel billig måde at få disse målinger på.” Tamburri er forskerprofessor ved University of Maryland Center for Environmental Sciences (UMCES). ”Vores største problem nu er at være i stand til at overvåge disse vigtige parametre i den rigtige tidsmæssige og rumlige skala. Så disse slags højtidsmæssige og rumlige opløsningsmålinger er nøglen til at forstå problemerne med forsuring, især i kystfarvande. ”
Tamburri er også administrerende direktør for Alliance for Coastal Technologies, et partnerskab mellem forskningsorganisationer, der fungerer som et slags testlaboratorium for videnskabeligt udstyr. ”En af de ting, vi forsøger at gøre, er at fremme udviklingen og vedtagelsen af nye innovationer.” Han har kørt en af Millers overvågningsstationer fra molen ved UMCES i et år ”for at demonstrere dens evner og potentiale, så andre brugere også kan har en vis tillid til at vedtage det. ”
I øjeblikket er der tre andre CO2-overvågningsstationer i drift. Én ved Smithsonian Environmental Research Center i Edgewater, hvor Miller arbejder, en på Smithsonian Marine Station i Fort Pierce, Florida, og en anden på Smithsonian Tropical Research Institute i Panama. Miller er endnu ikke klar til at begynde med masseproduktion af sine instrumenter. Han har endnu et par tilpasninger, før han kan begynde at udvikle et netværk af overvågningssteder i hele Chesapeake-bugten. Han arbejder på at udskifte pumpen med en der trækker mindre strøm, helst en der kører på solenergi. Og han håber på at reducere prisen yderligere (en station koster nu ca. $ 7.000). Til sidst håber han på at få borgere forskere, frivillige villige til at holde dem på deres private moler.
”Min guldstandard for et instrument er, at du er i stand til at vende det over til en borgerforsker, ” siger han, ”og for dem at være i stand til at pleje det, køre det og udvikle dataene. Det skal være noget, som en person, der ikke har mange års uddannelse med instrumenter, kan få det til at fungere. ”
Det er hvad det skal til for at få den slags målinger, der er nødvendige for virkelig at forstå rollen som stigende CO2 i disse komplekse systemer.
Den kontrolenhed, som Miller kalder "hjertet af det hele", er en lille mikroprocessor, der først blev udviklet til hobbyfolk, der ønsker at fremstille enkle robotter. (Kimba Cutlip)
