Mogoče bi ga bilo zmotiti projekt znanstvenega sejma, ki je šel v amok - škatlo z vodo, vodoodporno, polnjeno s cevmi, elektronskimi žicami, merilniki in LED zaslonom. Whitmanu Millerju je v tem lepota. Vse je enostavno dostopno, sorazmerno poceni in izjemno prefinjeno. Potrebuje to kombinacijo lastnosti. Ker bo za iskanje odgovorov moral namestiti veliko in veliko teh polj.
Iz te zgodbe
Pomorsko raziskovalno središče Smithsonian Marine Station, Fort Pierce, FloridaMiller je raziskovalec centra za raziskave okolja Smithsonian in poskuša razumeti učinke naraščajočega CO2 na kemijo vode v obalnih ekosistemih. V zadnjih 150 letih je zgorevanje fosilnih goriv in drugih industrijskih proizvodnih procesov v ozračje črpalo ogromne količine CO2. Veliko tega je končalo v Zemljinih oceanih, kjer reagira z morsko vodo in znižuje pH. Zaradi tega zemeljske vode postajajo bolj kisle, stanje, ki lahko mnogim okrašenim organizmom odvzame kalcij in grozi, da bodo porušile celotne ekosisteme.
Čeprav ga najpogosteje imenujemo zakisanje oceanov, učinek naraščajočega CO2 ni omejen na oceanske vode. Tam je preprosto lažje videti. Oceanska površina je dokaj homogeno okolje, kjer so koncentracije CO2 v vodi ravnovesje s CO2 v ozračju - trenutno približno 399, 6 delov na milijon (ppm). Znanstveniki že nekaj desetletij opazujejo, kako se stalno krepi s hitrostjo 1 ppm vsako leto.
Toda zgodbe ni tako enostavno prebrati v obalnih ekosistemih, kjer se lahko koncentracije CO2 v enem dnevu zvišajo za tisoč delov na milijon. Obalni sistemi so veliko bolj zapleteni z veliko več gibljivimi deli. Tu se sladka voda meša s slano vodo. Temperatura in slanost se od lokacije do mesta razlikujeta in se lahko spreminjata z plimi. Količine kisika podnevi naraščajo, ko trave in alge fotosintezirajo, in ponoči, ko se fotosinteza ustavi, zrušijo. Vse te interakcije močno povzročajo nihanje ravni CO2. Prav tako se razlikujejo od ene lokacije do druge in vsakodnevno. Razumevanje, kako bo razmeroma majhno povečanje globalnega CO2 vplivalo na sistem s toliko naravnega nihanja, pomeni natančno učenje tega sistema.
Kovček je napolnjen z barometričnimi senzorji tlaka, temperaturnimi senzorji, senzorji relativne vlažnosti in seveda senzorjem CO2. (Kimba Cutlip) "Poskušamo izsiliti veliko teh različnih gonilnikov, " pravi Miller. "Ker vemo, da ni ravno ravnovesje zrak-morje. Vemo, da obstajajo vmesniki kopenskega morja. Vemo, da obstajajo biološki učinki fotosinteze in dihanja ter fizični učinki vnosa vode na različnih mestih. Toda za uničenje vsakega od teh gonilnikov se učimo, da potrebujemo veliko in veliko meritev. Zaradi posebne posebnosti in zaradi načina spreminjanja skozi čas na dnevnih, sezonskih in plimovalnih lestvicah potrebujemo veliko gostoto meritev. "
Miller potrebuje mrežo nadzornih postaj, da zbere to raven podatkov, omrežje, ki ni bilo praktično, ko je začel to delo. Potrebni so bili instrumenti za spremljanje oceanskih bojev in velikih raziskovalnih plovil, ki so stali na desetine dolarjev na instrument.
Tako je Miller začel razvijati še eno možnost. Zgradi lastne prenosne, poceni nadzorne postaje z lahko dostopnimi elektronskimi komponentami in poceni mikrokontrolerjem, kakršnega hobisti uporabljajo za izdelavo robotov in detektorjev gibanja. Razmislil je o razliki med majhno sobo, polno opreme, ki znaša 100.000 USD, in škatlico velikosti kovčkov za ceno vrhunske domače vremenske postaje.
Znotraj te škatle je Miller napolnil barometrične tlačne senzorje, temperaturne senzorje, senzorje relativne vlažnosti in seveda senzor CO2. "Ta fant tukaj stane manj kot 300 dolarjev, " pravi in pokaže na kvadrat elektronike, ki ni večji od kroga kartic. "Infrardeči analizator plina - to je bistvo samega merjenja CO2." Pravi, da bi lahko instrument za spremljanje na morski ladji stal približno 20.000 dolarjev.
Z lahko dostopno elektronsko opremo in poceni vodoodpornimi škatlami lahko Miller in njegovi sodelavci naprave sestavijo kar v svojem laboratoriju. (Kimba Cutlip) Zunaj škatle se na "mokri strani" voda črpa skozi cev in jo z majhno prostornino zraka sili v ravnotežje. Analizator plina določi koncentracijo CO2 v tem zraku in zapisovalnik podatkov spremlja 24/7.
"To je inovativen pristop, " pravi Mario Tamburr, "za pregled preprostega poceni načina teh meritev." Tamburri je raziskovalni profesor na Univerzi Maryland centra za okoljske vede (UMCES). »Naša največja težava je zdaj spremljanje teh pomembnih parametrov v pravem časovnem in prostorskem merilu. Torej so tovrstne meritve visoke časovne in prostorske ločljivosti ključne za razumevanje problemov zakisljevanja, zlasti v obalnih vodah. "
Tamburri je tudi izvršni direktor zavezništva za obalne tehnologije, partnerstva med raziskovalnimi organizacijami, ki služi kot nekakšen laboratorij za testiranje znanstvene opreme. "Ena od stvari, ki jo poskušamo narediti, je pospeševanje razvoja in sprejemanja novih inovacij." Že eno leto vodi eno od Millerjevih opazovalnih postaj s pomola na UMCES, "da pokaže svoje sposobnosti in potencial, da lahko drugi uporabniki potem tudi imeti nekaj zaupanja v njegovo sprejemanje. "
Trenutno delujejo tri druge postaje za spremljanje CO2. Eden v centru za raziskave okolja Smithsonian v kraju Edgewater, kjer deluje Miller, eden na morski postaji Smithsonian v Fort Pierceu na Floridi in drugi na Smithsonian Tropical Research Institute v Panami. Miller še ni pripravljen na množično proizvodnjo svojih instrumentov. Ima še nekaj preobratov, preden lahko začne razvijati mrežo nadzornih mest v zalivu Chesapeake. Dela nadomešča črpalko s tisto, ki črpa manj energije, po možnosti tisto, ki deluje na sončno energijo. In upa, da bo še bolj znižal ceno (ena postaja zdaj stane približno 7000 USD). Sčasoma želi ujeti državljanske znanstvenike, prostovoljce, ki jih želijo obdržati na svojih zasebnih pomolih.
"Moj zlati standard za instrument je, da ga boste lahko predali državljanskemu znanstveniku, " pravi, "in da bodo lahko skrbeli zanj, ga upravljali in razvijali podatke. To mora biti nekaj, zaradi česar lahko nekdo, ki nima let in let izobrazbe z uporabo instrumentov, deluje. "
To je tisto, kar bo potrebno, da dobimo vrste meritev, ki so potrebne za resnično razumevanje vloge naraščajočega CO2 v teh zapletenih sistemih.
Krmilna naprava, ki jo Miller imenuje "srce vsega", je majhen mikroprocesor, ki je bil najprej razvit za hobiste, ki želijo narediti preproste robote. (Kimba Cutlip)
