Poderia ser confundido com um projeto de feira de ciências enlouquecido - uma caixa à prova de água do tamanho de uma maleta recheada com tubos, fios eletrônicos, medidores e um display de LED. Para Whitman Miller, essa é a beleza disso. Tudo está facilmente disponível, relativamente barato e incrivelmente sofisticado. Ele precisa dessa combinação de qualidades. Porque para obter as respostas que ele está procurando, ele terá que instalar muitas e muitas dessas caixas.
Desta história
Centro Smithsonian de Pesquisa Ambiental Smithsonian Marine Station, em Fort Pierce, FlóridaMiller é pesquisador do Smithsonian Environmental Research Center e está tentando entender os efeitos do aumento de CO2 na química da água nos ecossistemas costeiros. Nos últimos 150 anos, a queima de combustíveis fósseis e outros processos de fabricação industrial bombearam vastas quantidades de CO2 para a atmosfera. Grande parte disso acabou nos oceanos da Terra, onde reage com a água do mar e reduz o pH. Como resultado, as águas da Terra estão se tornando mais ácidas, uma condição que pode remover muitos organismos descascados de seu cálcio e ameaçar perturbar ecossistemas inteiros.
Embora mais comumente referido como acidificação oceânica, o efeito do aumento de CO2 não se restringe às águas oceânicas. É mais fácil ver lá. A superfície do oceano é um ambiente bastante homogêneo, onde as concentrações de CO2 na água tendem a estar em equilíbrio com o CO2 na atmosfera - atualmente em torno de 399, 6 partes por milhão (ppm). Os cientistas vêm observando o crescimento constante a uma taxa de 1 ppm por ano nas últimas décadas.
Mas a história não é tão fácil de ler nos ecossistemas costeiros, onde as concentrações de CO2 podem variar em milhares de partes por milhão em um único dia. Os sistemas costeiros são muito mais complexos, com muito mais partes móveis. Aqui, a água doce se mistura com água salgada. A temperatura e a salinidade variam de um local para o outro e podem mudar com as marés. Os níveis de oxigênio aumentam durante o dia, quando as gramas e algas fotossintetizam e colidem durante a noite quando a fotossíntese pára. Todas essas interações geram uma flutuação dramática nos níveis de CO2. Eles também variam de um local para o outro e em uma base diária. Entender como um aumento comparativamente pequeno no CO2 global afetará um sistema com tanta flutuação natural significa aprender exatamente como esse sistema funciona.
A mala é embalada com sensores de pressão barométrica, sensores de temperatura, sensores de umidade relativa e, claro, um sensor de CO2. (Kimba Cutlip) "Estamos tentando descobrir muitos desses drivers diferentes", diz Miller. “Porque sabemos que não é apenas o equilíbrio entre o ar e o mar. Sabemos que existem interfaces marítimas terrestres. Sabemos que existem efeitos biológicos da fotossíntese e da respiração e os efeitos físicos da entrada de água em diferentes lugares. Mas para descobrir cada um desses fatores, estamos aprendendo que precisamos de muitas e muitas medições. Precisamos de uma alta densidade de medições devido a essa irregularidade especial e devido à maneira como ela muda com o tempo nas escalas diárias, sazonais e de marés. ”
Miller precisa de uma rede de estações de monitoramento para reunir esse nível de dados, uma rede que não era prática quando ele começou esse trabalho. A instrumentação de monitoramento exigida era o material de bóias oceânicas e grandes navios de pesquisa que custavam dezenas de milhares de dólares por instrumento.
Então, Miller começou a desenvolver outra opção. Ele está construindo suas próprias estações de monitoramento portáteis e baratas com componentes eletrônicos prontamente disponíveis e um microcontrolador barato do tipo que os amadores usam para fazer robôs e detectores de movimento. O que ele inventou é a diferença entre uma pequena sala cheia de equipamentos que custam US $ 100 mil e uma caixa do tamanho de uma mala pelo preço de uma estação meteorológica residencial de alta qualidade.
Dentro dessa caixa, Miller embalou sensores de pressão barométrica, sensores de temperatura, sensores de umidade relativa e, é claro, um sensor de CO2. "Esse cara aqui custa menos de US $ 300", diz ele, apontando para um quadrado de eletrônicos não maior que um baralho de cartas. "O analisador de gás infra-vermelho - este é o coração de fazer a medição de CO2 em si." Ele diz que o instrumento corolário em uma bóia do oceano pode custar até US $ 20.000.
Com equipamentos eletrônicos prontamente disponíveis e caixas à prova d'água baratas, Miller e seus colegas podem criar os dispositivos diretamente em seus laboratórios. (Kimba Cutlip) Fora da caixa, no lado molhado, a água é bombeada através de um tubo e forçada a entrar em equilíbrio com um pequeno volume de ar. O analisador de gás determina a concentração de CO2 nesse ar, e um registrador de dados acompanha 24/7.
"Esta é uma abordagem inovadora", diz Mario Tamburr, "para olhar para uma maneira simples e barata de obter essas medidas." Tamburri é professor pesquisador do Centro de Ciências Ambientais da Universidade de Maryland (UMCES). “Nosso maior problema agora é poder monitorar esses parâmetros importantes na escala temporal e espacial correta. Portanto, esses tipos de alta resolução temporal e espacial são fundamentais para entender os problemas da acidificação, especialmente em águas costeiras. ”
Tamburri também é o diretor executivo da Alliance for Coastal Technologies, uma parceria entre organizações de pesquisa que serve como um tipo de laboratório de testes para equipamentos científicos. "Uma das coisas que tentamos fazer é promover o desenvolvimento e a adoção de novas inovações." Ele está monitorando uma estação de monitoramento da Miller no UMCES por um ano "para demonstrar suas capacidades e potencial para que outros usuários também possam tenho alguma confiança em adotá-lo. ”
Atualmente, existem outras três estações de monitoramento de CO2 em operação. Um no Smithsonian Environmental Research Center em Edgewater, onde Miller trabalha, um na Smithsonian Marine Station em Fort Pierce, Flórida, e outro no Smithsonian Tropical Research Institute no Panamá. Miller ainda não está pronto para começar a produção em massa de seus instrumentos ainda. Ele tem mais alguns ajustes antes de começar a desenvolver uma rede de sites de monitoramento em toda a Baía de Chesapeake. Ele está trabalhando para substituir a bomba por uma que consome menos energia, de preferência uma que funcione com energia solar. E ele espera reduzir ainda mais o preço (uma estação agora custa cerca de US $ 7.000). Eventualmente ele espera recrutar cientistas cidadãos, voluntários dispostos a mantê-los em seus cais privados.
“Meu padrão-ouro para um instrumento é que você seja capaz de entregá-lo a um cientista cidadão”, ele diz, “e para que ele possa cuidar dele, gerenciá-lo e desenvolva os dados. Tem que ser algo que alguém que não tenha anos e anos de educação usando instrumentos pode fazê-lo funcionar. ”
Isso é o que vai ser necessário para obter o tipo de medidas necessárias para realmente entender o papel do aumento de CO2 nesses sistemas complexos.
O dispositivo de controle que Miller chama de "coração de tudo" é um pequeno microprocessador desenvolvido primeiramente para os amadores que querem fazer robôs simples. (Kimba Cutlip)
