Podría confundirse con un proyecto de feria de ciencias enloquecido: una caja a prueba de agua del tamaño de una maleta llena de tubos, cables electrónicos, indicadores y una pantalla LED. Para Whitman Miller, esa es la belleza. Todo está fácilmente disponible, relativamente barato y notablemente sofisticado. Necesita esa combinación de cualidades. Porque para obtener las respuestas que está buscando, tendrá que instalar muchos y muchos de estos cuadros.
De esta historia
Centro Smithsonian de Investigación Ambiental Estación Marina Smithsonian, Fort Pierce, FloridaMiller es investigador en el Centro de Investigación Ambiental del Smithsonian, y está tratando de comprender los efectos del aumento de CO2 en la química del agua en los ecosistemas costeros. Durante los últimos 150 años, la quema de combustibles fósiles y otros procesos de fabricación industrial ha bombeado grandes cantidades de CO2 a la atmósfera. Gran parte de ella terminó en los océanos de la Tierra, donde reacciona con el agua de mar y disminuye el pH. Como resultado, las aguas de la Tierra se están volviendo más ácidas, una condición que puede despojar a muchos organismos sin cáscara de su calcio y amenazar con alterar ecosistemas enteros.
Aunque con mayor frecuencia se denomina acidificación oceánica, el efecto del aumento de CO2 no se limita a las aguas oceánicas. Es más fácil verlo allí. La superficie del océano es un ambiente bastante homogéneo donde las concentraciones de CO2 en el agua tienden a estar en equilibrio con el CO2 en la atmósfera, actualmente alrededor de 399.6 partes por millón (ppm). Los científicos lo han estado observando progresivamente a un ritmo de 1 ppm cada año durante las últimas décadas.
Pero la historia no es tan fácil de leer en los ecosistemas costeros donde las concentraciones de CO2 pueden variar en miles de partes por millón en un solo día. Los sistemas costeros son mucho más complejos con muchas más partes móviles. Aquí, el agua dulce se mezcla con agua salada. La temperatura y la salinidad varían de un lugar a otro y pueden cambiar con las mareas. Los niveles de oxígeno aumentan durante el día, cuando las hierbas y las algas se sintetizan, y se bloquean por la noche cuando se detiene la fotosíntesis. Todas estas interacciones generan fluctuaciones dramáticas en los niveles de CO2. También varían de un lugar a otro y diariamente. Comprender cómo un aumento comparativamente pequeño en el CO2 global afectará a un sistema con tanta fluctuación natural significa aprender exactamente cómo funciona ese sistema.
La maleta está repleta de sensores de presión barométrica, sensores de temperatura, sensores de humedad relativa y, por supuesto, un sensor de CO2. (Kimba Cutlip) "Estamos tratando de descifrar muchos de estos controladores diferentes", dice Miller. “Porque sabemos que no se trata solo del equilibrio aire-mar. Sabemos que hay interfaces terrestres y marítimas. Sabemos que hay efectos biológicos de la fotosíntesis y la respiración, y efectos físicos del aporte de agua en diferentes lugares. Pero para descubrir cada uno de estos controladores, estamos aprendiendo que necesitamos muchas, muchas medidas. Necesitamos una alta densidad de mediciones debido a este parche especial y a la forma en que cambia con el tiempo en escalas diarias, estacionales y de marea ”.
Miller necesita una red de estaciones de monitoreo para recopilar ese nivel de datos, una red que no era práctica cuando comenzó este trabajo. La instrumentación de monitoreo requerida era material de boyas oceánicas y grandes buques de investigación que costaban decenas de miles de dólares por instrumento.
Entonces Miller comenzó a desarrollar otra opción. Ha estado construyendo sus propias estaciones de monitoreo portátiles y económicas con componentes electrónicos fácilmente disponibles y un microcontrolador económico del tipo que usan los aficionados para fabricar robots y detectores de movimiento. Lo que se le ocurrió es la diferencia entre una pequeña habitación llena de equipos que cuesta $ 100, 000 y una caja del tamaño de una maleta por el precio de una estación meteorológica hogareña de alta gama.
Dentro de esa caja, Miller tiene sensores de presión barométrica, sensores de temperatura, sensores de humedad relativa y, por supuesto, un sensor de CO2. "Este tipo aquí cuesta menos de $ 300", dice, señalando un cuadrado de electrónica no más grande que una baraja de cartas. "El analizador de gas infrarrojo: este es el corazón de la medición del CO2". Él dice que el instrumento corolario en una boya oceánica podría costar hasta $ 20, 000.
Con equipos electrónicos fácilmente disponibles y cajas impermeables de bajo costo, Miller y sus colegas pueden construir los dispositivos directamente en su laboratorio. (Kimba Cutlip) Fuera de la caja, en el "lado húmedo", el agua se bombea a través de un tubo y se obliga al equilibrio con un pequeño volumen de aire. El analizador de gases determina la concentración de CO2 en ese aire, y un registrador de datos realiza un seguimiento 24/7.
"Este es un enfoque innovador", dice Mario Tamburr, "para ver una forma sencilla y económica de obtener estas mediciones". Tamburri es profesor de investigación en el Centro de Ciencias Ambientales de la Universidad de Maryland (UMCES). “Nuestro mayor problema ahora es poder monitorear estos parámetros importantes en la escala temporal y espacial correcta. Por lo tanto, este tipo de mediciones de alta resolución espacial y temporal son clave para comprender los problemas de acidificación, especialmente en aguas costeras ”.
Tamburri también es el director ejecutivo de Alliance for Coastal Technologies, una asociación entre organizaciones de investigación que sirve como una especie de laboratorio de pruebas para equipos científicos. "Una de las cosas que intentamos hacer es fomentar el desarrollo y la adopción de nuevas innovaciones". Ha estado administrando una de las estaciones de monitoreo de Miller desde el muelle en UMCES durante un año "para demostrar sus capacidades y potencial para que otros usuarios también puedan tenga algo de confianza para adoptarlo ".
Actualmente hay otras tres estaciones de monitoreo de CO2 en funcionamiento. Uno en el Smithsonian Environmental Research Center en Edgewater donde trabaja Miller, uno en la Smithsonian Marine Station en Fort Pierce, Florida, y otro en el Smithsonian Tropical Research Institute en Panamá. Miller aún no está listo para comenzar a producir en masa sus instrumentos todavía. Tiene algunos ajustes más antes de poder comenzar a desarrollar una red de sitios de monitoreo en toda la Bahía de Chesapeake. Está trabajando en reemplazar la bomba con una que consuma menos energía, preferiblemente una que funcione con energía solar. Y espera reducir aún más el precio (una estación ahora cuesta alrededor de $ 7, 000). Eventualmente espera reclutar científicos ciudadanos, voluntarios dispuestos a mantenerlos en sus muelles privados.
"Mi estándar de oro para un instrumento es que puedas entregarlo a un ciudadano científico", dice, "y que puedan cuidarlo, ejecutarlo y desarrollar los datos". Tiene que ser algo que alguien que no tenga años y años de educación usando instrumentos pueda hacer que funcione ”.
Eso es lo que se necesitará para obtener el tipo de mediciones necesarias para comprender realmente el papel del aumento de CO2 en estos sistemas complejos.
El dispositivo de control que Miller llama el "corazón de todo" es un pequeño microprocesador desarrollado por primera vez para aficionados que desean fabricar robots simples. (Kimba Cutlip)
