자유 해양 CO2 농축

Free Ocean CO2 Enrichment

FOCE(Free Ocean CO2 Voluation, Free Ocean CO Voluation, FoCE)는 부분적으로 개방된 실험용 외함 내에서 CO2 농축을 정밀하게 제어할 수 있도록 함으로써 해양 생물과 지역사회를 대상으로 해양 산성화의 결과에 대한 연구를 촉진하는 기술이다. 현재 FOCE 시스템은 처리(즉2, 높은 CO)와 제어(즉 주변) 바닷물 사이의 해수 pH 차이를 실시간으로 모니터링하여 실험용 CO2 섭동을 제어한다.[1]

개요

현장에서 제어된 섭동 실험은 종종 몇 주 또는 몇 달에 걸쳐 수행되며, 실험실 실험에서 도출하기 어렵거나 불가능한 해양 산성화에 대한 자연 공동체의 반응에 관한 추론을 제공할 수 있다. 현장에서 수행되는 연구는 해양학적 조건뿐만 아니라 플랑크톤 식자원의 자연적 변화, 애벌레 풍부함, 포식자나 경쟁자의 변화 등 잠재적으로 중요한 요인의 영향을 포함할 수 있다. 자유 공기 이산화 탄소 농축(FACE)실험 육생 식물 공동체의 대기 중 이산화 탄소 수준에 대한 응답을 조사하는 데 사용되는 경험을 바탕으로 하여, 그 과학 공동체 해양 사회 공부를 하고 experime의 범위를 보완하기 위해 유사한 접근, 자유로운 오션 이산화 탄소 농축(FOCE)실험 개발했다.nt해양 산성화 연구 연구를 위한 방법과 기술. FOCE는 몬테레이 베이 수족관 연구소(MBARI)의 연구자들에 의해 처음 제안되고 실행되었다.

목적

지난 10년 동안 해양생물 및 생태계에 대한 해양산화의 결과에 대한 연구가 급속도로 확대됨에 따라, 해양화학에서 예상되는 미래 변화의 영향을 평가하기 위해 채택된 방법들이 더욱 정교해졌다. 초기 연구에서는 실험실 조건 하에서 작은 용기에 보관하면서 pCO2나 pH의 큰 변화에 대한 해양 생물종의 생존 또는 생리적 반응의 측정이 자주 포함되었다. 이 접근방식은 이러한 환경 변화가 개별 종에 미치는 영향에 대한 이해 수준을 증가시켰지만, 해양 산성화의 직접적인 영향뿐만 아니라 그 간접적 결과(예: 강도의 변화)가 작용하는 상호작용 종의 자연 조합의 대응에 관한 정보는 거의 제공하지 않았다.포식자나 경쟁자 사이의 상호작용 강도의 반복)이 명백할 수 있다. 제어된 pH 섭동에 대한 자연 플랑크톤 공동체의 반응을 검사한 펠랙틱 중간합체 실험은 해양 산성화 연구 방법을 대부분 자연 조건 하에서 전체 공동체와 임베디드 프로세스에 대한 보다 포괄적인 연구로 이동하는 데 도움을 주었다.[2] FOCE 접근방식은 특정 종에 대한 산성화의 직접적인 영향과 종간 상호작용의 잠재적 변화를 검사할 수 있게 함으로써 벤트닉 조립체에 대해 유사한 진전을 나타낸다. 또한 FOCE 방법은 pH를 정밀하게 제어하는 동시에 많은 다른 매개변수가 자연적으로 변화할 수 있도록 한다. FOCE 방법은 중간합체 연구와 마찬가지로 대부분 자연적 범위의 환경적 변동성 하에서 자연적 공동체를 연구할 때의 이점을 활용한다.

방법들

모든 FOCE 실험 유닛의 핵심 요소는 Perspex, 부분적으로 열린 상태, 챔버, CO2 혼합 시스템, 주변 및 챔버 pH를 지속적으로 모니터링하는 센서, 각 실험실에 가스 또는 액체의 첨가를 조절하는 제어 루프 등이다.

바닷물의 탄산염 화학은 미래의 조건을 모방하기 위해 다른 접근법을 사용하여 조작될 수 있다.[3] 가스(순수 CO2 또는 CO가2 농축된 공기)를 직접 주입하는 것은 가능하지만, 정확한 pH 제어를 위해 물을 공급하는 것보다 더 어렵다. 현재의 FOCE 시스템은 실험실에 CO가2 농축된 바닷물을 계량적으로 첨가하여 pH를 낮춘다. pH는 주변 값에 상대적인 일정한 pH 오프셋으로 제어되며, 자연 변동성을 유지하거나 상수 값으로 제어된다.

다른 접근법들은 현장에서 바닷물 탄산염 화학물질을 조작하기 위해 사용되었다. 펠릭 메소컴 실험에서 [2]탄산염 화학은 일반적으로 실험 시작 시 변경되며, 이후 생물학적 과정과 공기-해상 가스 전달의 함수로 표류한다. 개방된 물에서 거품이 이는 CO도2 사용되어 왔다.[4] 이 접근방식은 바닷물에 첨가된 CO의2 완전한 등가교정과 그 정밀 제어를 보장하는 장치를 포함하지 않기 때문에 탄산염 화학의 정밀한 제어를 가능하게 하지 않는다. 물 흐름을 조절할 수 있는 실험실이 없어 자연적으로 하단에 가까운 유량 조건이 가능하지만 가변 전류 속도나 방향에서 변동성이 높은 pH를 발생시킨다. 따라서 이 접근방식은 FOCE 시스템보다 자연 CO2 환기구와 더 유사하다. 이 접근방식은 유기체가 챔버에 밀폐될 수 없을 때, 그리고 pCO2 수준이 자연적으로 고변량인 양초와 같은 환경에 서식할 때 유용할 수 있다. 이 접근법은 내재적인 한계가 있지만 더 적은 비용으로 더 큰 복제를 허용할 수 있다.

현재 FOCE 시스템의 사용자들은 미래의 사용자를 위한 가이드라인과 모범 사례 정보를 발표하기 위해 조직되어 있다. 나아가 몬테레이 베이 아쿠아리움 연구소는 FOCE 기술을 관심 있는 연구자(xFOCE)에게 전수하기 위한 오픈소스 패키지를 출시할 예정이다. 이 패키지는 비용 효율적인 FOCE 시스템 개발에 필요한 모든 엔지니어링 정보로 구성된다.

FOCE 시스템의 향후 개발에는 해양 산성화의 복합 효과와 온도 또는 용존 산소 농도와 같은 기타 환경 요인에 대한 연구가 포함될 것이다.

현재 FOCE 프로젝트

Deep FOCE(dpFOCE)

심해 벤트닉 커뮤니티 연구를 위한 FOCE 시스템(지정된 dp-FOCE)은 몬테레이 베이 아쿠아리움 연구소에 의해 개발되었다. 수심 900m에 배치된 dpFOCE 프로젝트는 캘리포니아 중부 몬터레이 만의 화성 케이블 해저 전망대에 부착됐다. 이 시스템은 자연 해저 침전물과 부유 미립자 물질에 대한 접근성을 유지하면서 실험 용적에 대한 제어력을 높이기 위해 플럼 개념을 사용했다. dpFOCE 챔버의 양쪽 끝에 부착된 시간 지연 날개는 거의 바닥 전류의 간결하게 구동되는 변화를 허용하며, 실험 챔버에 들어가기 전에 주입된 CO2 농축 해수의 완전 수화 시간을 제공한다. 팬은 DpFOCE 설계에 통합되어 실험실을 통한 유량을 제어하고 전형적인 국소 규모의 유량을 시뮬레이션한다. 팬 및 농축 해수 주입 시스템과 함께 사용되는 다중 센서(pH, CTD, ADV, ADCP)를 통해 제어 루프 소프트웨어가 원하는 pH 오프셋을 달성할 수 있다. DPFOCE는 전력 및 데이터 대역폭을 제공하는 MAS 케이블 전망대를 통해 해안가에 연결된다. 농축된 CO2 바닷물은 dpFOCE 챔버 근처의 작은 용기에 보관된 액체 CO에서2 생성된다. 액체 CO의2 상부를 천천히 흐르는 바닷물은 액체 CO의2 일부를 용해하여 dpFOCE 챔버로 주입하는 데 사용되는 CO가 풍부한2 용해 플룸을 생성한다. DPFOCE 시스템은 17개월 동안 작동했고 설계 하드웨어와 소프트웨어의 효과를 검증했다.[5]

코랄 프로토타입 FCE(cpFOCE)

CPFOCE는 산호초의 부분을 둘러싸기 위해 반복실험적 플럼을 사용하고 주변 조건으로부터 지정된 pH 오프셋을 유지하기 위해 컴퓨터 제어 피드백 루프가 있는 근위축 펌프를 사용하여 그것들을 CO-농축2 해수로 투여한다. CPFOCE 챔버에는 양방향 해류를 수용하기 위해 양끝에 전방 및 후방 유량 조절기가 있다. 개구부는 암초 평탄 위로 조류의 지배적인 축과 평행하게 배치되어 있고, 실내는 모래 말뚝으로 고정되어 있다. 이 유량 조절기는 난류를 극대화하고 CO농축2 해수의 수동적 배합을 제공하기 위해 부착되어 있다. 실내에서 가장 멀리 떨어진 유량조절기의 튜브 중 4개는 길이를 따라 작은 구멍을 내고 낮은 pH의 물을 펌핑하여 컨디셔너의 전체 폭과 높이를 따라 균일하게 분사한다. 유량 조절기도 흰색으로 칠해져 난방과 녹조 성장을 최소화한다. 헤론 섬(Great Barrier Reef)에 CPFOCE 시스템을 배치하여 해양 산성화에 대한 산호 공동체의 반응을 조사하였다.[6]

유럽 FCE(eFOCE)

유럽 FCE(eFoCE)는 CO가 농축된2 물을 생산하기 위해 전자와 펌프를 하우징하는 표면 부표뿐만 아니라 두 개의 오픈톱 챔버(제어 및 실험)로 구성된다. 이 시스템은 태양열과 풍력에너지로 작동된다. 데이터 패킷은 무선으로 인근 실험실로 전송되며 인터넷에서 모니터링할 수 있다. eFOCE 시스템은 현재 약 12m 깊이와 300m 앞바다의 빌레프란체 수르머(프랑스)만에 배치돼 있다. eFOCE 프로젝트는 북서부 지중해의 벤트 해양 공동체, 특히 포시도니아 해초 침상에 대한 산성화의 장기적인 영향을 조사하기 위해 개발되었다. 3년에 걸쳐 비교적 긴 (> 6개월) 실험을 개발하는 것이 이 프로젝트의 목적이다.

얕은 물 FOCE(swFOCE)

몬터레이 베이 아쿠아리움 연구소는 홉킨스 해양 스테이션 및 해양 솔루션 센터와 협력하여 캘리포니아 중심부의 얕은 아열대 공동체에 해양 산성화가 미치는 영향을 조사하는 swFOCE 시스템을 개발하고 있다. swFOCE는 제어시스템과2 CO농축 해수 생산을 위해 해안측 스테이션을 사용할 것이며, 또한 swFOCE 노드를 연결하기 위해 케이블로 연결된 기존의 관측 및 연구 플랫폼을 사용할 것이다. 두 개의 swFOCE 챔버가 처음에 15m, 약 250m 해안에 설치될 것이다. 케이블로 연결된 전망대의 인근 노드는 과학 연구를 위한 케이블로 지역 조류, 온도, pH, O2를 실시간으로 감시할 수 있는 계측기를 갖추고 있다.

남극 FCE(앤트포체)

2012년 11월에 첫 번째 극지방 FOCE(antflar FoCE) 실험이 자금 지원을 받았고, 2013년에 시작된 설계 및 개념 연구가 그 뒤를 이었다. 시설 초기 과학 실험을 2014년에. 대학의 타즈 매니아, 호주 남극, 남극 기후 및 사이에 antFOCE은 협력적인 작업 노력이기 때문에 사주 협동 연구 센터, 몬테레이 베이 수족관 연구원과 전문가 해양 산성화 정책은 국제 Oce에서 코치가 계획되고 있다.한 산성화 레퍼런스 사용자 그룹(IOA-RUG). IOA-RUG는 FOCE 실험 결과를 세계 기후 및 해양 정책 관련 기관에 전달하는 데 앞장설 것이다.

참조

  1. ^ Brewer P. G. Kirkwood W. J. & Gattuso J.P., 2013. xFOCE 시스템: 현재 상태 및 향후 발전. Eos 94:152. doi:10.1002/2013EO160004.
  2. ^ a b 리베셀 U, 체르니 J, 폰 브뢰켈 K, 박스해머 T, 뷔덴벤더 J, 데켈닉 M, 피셔 M, 호프만 D, 크루그 A, 렌츠 U, 루트비히 A, 뮤쉬 R. & 슐츠 K. G., 2013. 기술 참고: 이동형 해양 중심 시스템 – 해양 변화 연구를 위한 새로운 기회. 생물지질학 10:1835–1847.
  3. ^ Gattuso J.P. & Lavigne H., 2009. 기술 참고: 해양 산성화의 영향을 조사하기 위한 접근법 및 소프트웨어 도구. 생물 지리학 6:2121–2133.
  4. ^ 아놀드 T, 미일리 C, 리히 H, 밀러 A. W, 홀 스펜서 J. M, 밀라조 M. & Maers K, 2012. 해양 산성화와 해양 식물에서의 페놀 물질 손실. PLoS ONE 7, e35107. doi:10.1371/journal.pone.0035107.
  5. ^ 커크우드 W. J, 펠처 E. T, 월즈 P, 헤들리 K, 헤들리 B, 케시 C, 모건 T, 오레일리 T, 살라미 K. A., 셰인 F, 숄필드 J. & Brewer P. G, 2011. 해양 산성화 연구를 위한 케이블 기기 기술 - Free Ocean CO 농축2. 인: (Eds.) 수중 기술 (UT), 2011 IEEE 심포지엄 및 2011 해저 케이블 및 관련 기술의 과학적 사용에 관한 워크숍.
  6. ^ 클라인 D. I., Teneva L., Schneider K., Miard T., Chai A., Marker M., Headley K., Opdyke B., Nash M., Valetich M., Caves J. K., Russell B. D., Connell S. D., Kirkwood B. J., Brewer P., Peltzer E., Silverman J., Caldeira K., Dunbar R. B., Koseff J. R., Monismith S. G., Mitchell B. G., Dove S. & Hoegh-Guldberg O., 2012. Heron Island (GBR)에서 단기적 상황 CO 농축2 실험. 과학 보고서 2:413.doi:10.1038/srep00413.
7. 아인스워스 E. A. A. & Long S. P., 2005. 15년간의 자유공기 CO2 농축(FACE)으로부터 우리는 무엇을 배웠는가? 증가하는 CO에2 대한 광합성, 캐노피 특성 및 식물 생산의 반응에 대한 메타 분석적 검토. 신종 식물학자 165:351-371
8. 배리 J. P, 벅 K. R, 로베라 C, 브루어 P. G, 세이벨 B. A, Drazen J. C, Tamburri M. N, Poaling P. J, Kuhnz L. & Pane E, 2013. 심해 탄소 분리 시뮬레이션을 시뮬레이션하는 일련의 CO-release2 실험 동안 심연 유기체가 낮은 pH 조건에 반응하는 경우. 심해 연구 제2부: 해양학의 주제 연구 92:249-260.

외부 링크