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과학 이야기

해양생태학에서 견인 가능한 센서를 이용한 해저상태 측정방법

by raymondred 2020. 6. 15.
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해저상태 측정하는 방법은?

바다의 움직임은 종종 수평적인 용어로 생각됩니다. 예를 들어 행성 주위를 휩쓸는 강력한 전류나 해안선을 따라 타고 나가는 파도가 있습니다. 그러나 특히 심해의 물이 상승하여 영양분을 상층으로 끌어 올릴 수있는 넓은 바다에서 수직 운동이 많이 있습니다. 표면수는 가라 앉고 죽은 유기체는 산소와 탄소와 함께 깊은 실내로 보내집니다. 해양 학자들은 바다의 물과 그곳에 사는 생물 군집의 수직 혼합을 특징 짓는 도구를 사용합니다. 그러나 이러한 도구는 작은 킬로미터 길이의 바다 지역에서 물과 유기체의 상하 좌우와 같은 소규모 특징을 포착하는 능력이 제한적입니다. 이러한 특징들은 주어진 양의 바다(어업과 같은)에 존재하는 해양 생물의 구성과 바다가 흡수하고 격리 할 수있는 탄소의 양을 이해하는데 필수적입니다. 현재 MIT와 WHOI (Woods Hole Oceanographic Institution)의 연구원들은 작은 킬로미터 너비의 패치에서 수직 바다의 물리적 및 생물학적 특징을 모두 측정하는 경량 계측기를 설계했습니다. EcoCTD로 명명 된 "해양 프로파일러"는 허리 높이 모델 로켓의 크기와 같으며 움직이는 배의 뒷면에서 떨어질 수 있습니다. 물을 통해 자유 낙하 할 때 센서는 온도와 염분과 같은 물리적 특성뿐만 아니라 식물 플랑크톤의 녹색 색소인 엽록소의 광학 산란과 같은 생물학적 특성을 측정합니다. "EcoCTD를 사용하면 표면에 영양분을 공급할 수 있고 엽록소가 아래쪽으로 이동하는 소규모 수직 영역의 빠른 수직 운동을 볼 수 있습니다. 이는 탄소 경로 일 수도 있습니다. MIT의 지구 대기 및 행성 과학 대학원생인 Mara Freilich와 해양/응용, 해양 과학 및 공학의 MIT-WHOI 공동 프로그램을 말합니다. Freilich와 그녀의 동료들은 Journal of Atmospheric and Oceanic Technology에 그들의 결과를 발표했습니다. 이 논문의 공동 저자는 Nova Scotia의 J. Thomas Farrar, Benjamin Hodges, Tom Lanagan 및 WHOI의 Amala Mahadevan 및 동적 시스템 분석의 Andrew Baron입니다. 주 저자는 WHOI의 Mathieu Dever와 오타와에 본사를 둔 해양 센서 개발자인 RBR입니다. 해양 시너지 해양학자는 다양한 방법으로 바다의 물리적 특성을 측정합니다. 보다 강력한 고분해능 기기 중 일부는 CTD로 알려져 있으며, 바다의 전도, 온도 및 깊이를 측정 할 수 있습니다. CTD는 물과 생물학적 시료를 수집하는 구성 요소뿐만 아니라 여러 센서를 포함하기 때문에 일반적으로 부피가 큽니다. 과학자들이 때때로 크레인 시스템을 통해 물로 장비를 내릴 때 기존의 CTD는 선박을 정지시켜야합니다. 기기는 측정 및 물 샘플을 수집하고 기기가 다시 선상으로 운반 된 후에야만 ​​다시 돌아올 수 있어야합니다. 해양 생물학을 연구하지 않아서 물 샘플을 수집 할 필요가없는 물리적 해양학자는 때때로 "UCTD"를 사용할 수 있습니다. CTD는 부피가 큰 물 샘플링 구성 요소없이 진행중인 선박으로 견인 할 수 있습니다. 이 장비는 크레인이나 선박이 떨어지면 멈출 필요가 없으므로 신속하게 샘플링 할 수 있습니다. Freilich와 그녀의 팀은 작고 가벼우며 견인 가능한 패키지에 생물학적 센서를 통합 할 수있는 UCTD 버전을 설계하려고했습니다. Freilich는“기존의 기기들 사이에 물리적 및 생물학적 정보를 포착하는 기기를 설계하기 위해 직접적인 시너지 효과가있을 것 같았다”고 말했다. "어두운 바다에 도달"에 있어서 EcoCTD의 핵심은 물의 온도와 전도도를 측정하는 센서인 RBR 협주곡 로거입니다. 이는 바다의 염분을 대변합니다. 프로파일러에는 또한 초당 약 3미터의 물에서 장비가 자유 낙하 할 수있는 충분한 무게를 제공하는 리드 칼라가 포함되어 있습니다. Freilich는 “500미터에 우리는 상단 황혼 지역에 도달하고있다." 공생 영역은 광합성을 위해 바다에 충분한 빛이있는 곳이며, 대부분의 장소에서 약 100-200 미터입니다. 그래서 우리는 어두운 바다에 도달하고 있습니다. 다른 센서인 EcoPuck은 해양의 생물학적 특성을 측정한다는 점에서 다른 UCTD에 고유합니다. 특히 빨간색과 파란색의 두 가지 파장의 빛을 방출하는 작고 퍽 모양의 생체 광학 센서입니다. 센서는 빛이 흩어지고 빛에 반응하여 엽록소가 포함 된 식물성 플랑크톤 형광으로 빛의 변화를 포착합니다. 수신 된 적색광이 엽록소의 특정 파장 특성과 유사하면 과학자들은 주어진 깊이에서 식물 플랑크톤의 존재를 추론 할 수 있습니다. 센서로 다시 산란된 적색 및 청색 광의 변화는 다양한 깊이에서 탄소의 양을 측정하는 퇴적물 또는 죽은 세포와 같은 물의 다른 물질을 나타낼 수 있습니다. EcoCTD에는 UCTD에 고유 한 또 다른 센서인 Rinko III Do가 포함되어 있습니다. Rinko III Do는 물의 산소 농도를 측정하여 과학자에게 주어진 깊이와 물의 소포에 살고있는 미생물 군집이 얼마나 많은 산소를 섭취하고 있는지 추정 할 수 있습니다. 마지막으로, 전체 장비는 알루미늄 튜브로 싸여 있으며 긴 라인을 통해 배 뒤의 윈치에 부착되도록 설계되었습니다. 배가 움직일 때 팀은 장비를 배 밖으로 떨어 뜨리고 윈치를 사용하여 배가 멀어 질 때에도 장비가 똑바로 떨어지는 속도로 라인을 지불 할 수 있습니다. 약 2분 후, 약 500 미터의 깊이에 도달하면 팀은 장비를 12분 안에 배에 닿는 속도로 장비를 다시 끌어 올리기 위해 윈치를 당깁니다. 승무원은 이번에는 마지막 하차 지점에서 약간 떨어진 거리에 기기를 다시 떨어 뜨릴 수 있습니다. Freilich는 “좋은 점은 다음 캐스팅에 갈 때 처음으로 500 미터 떨어져 있기 때문에 다음에 샘플링하고 싶은 곳입니다. 그들은 2018년과 2019년에 두 차례의 크루즈에서 EcoCTD를 테스트했으며, 하나는 지중해에, 다른 하나는 대서양에, 두 경우 모두 기존 CTD보다 높은 해상도로 물리적 및 생물학적 데이터를 모두 수집 할 수있었습니다. Freilich는 "ecoCTD는 이러한 해양 특성을 훨씬 더 편리하고 다재다능한 금 표준 품질로 포착하고있다"고 말했다. 이 팀은 디자인을 더욱 구체화하고, 기후 변화에 대한 해양의 소규모 반응과 유지하려는 어업을 모니터링하기 위해 두 과학자가 고해상도, 쉽게 배포 가능하고보다 효율적인 대안을 채택 할 수 있기를 희망합니다. 특정 지역의 생물학적 생산성을 추적합니다.

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