Nowe czujniki do monitorowania zdrowia oceanów
Morza i oceany nie tylko odgrywają kluczową rolę w kształtowaniu naszego klimatu i warunków pogodowych, lecz także stanowią ważne źródło żywności i podstawę utrzymania miliardów ludzi, napędzając gospodarkę wielu państw na świecie. Jednak działalność człowieka na morzu i lądzie coraz bardziej wpływa na zdrowie ekosystemów morskich. Zespół inicjatywy SCHEMA opracował nową technologię, która pozwoli identyfikować substancje zaburzające funkcjonowanie podwodnych ekosystemów i wywierające potencjalny wpływ na ludzkie zdrowie, rybołówstwo, turystykę na obszarach przybrzeżnych, a także długotrwałą równowagę środowiskową mórz i oceanów. „Wiele ekosystemów morskich cechuje się obniżoną produktywnością w obliczu silnego stresu środowiskowego, którego źródłem jest działalność człowieka, jednak monitorowanie tego zjawiska nastręcza licznych trudności. Dostępność odpowiednich czujników i urządzeń detekcyjnych na rynku jest wciąż ograniczona – większość z nich jest za droga, cechuje się zbyt dużymi rozmiarami i zużywa zbyt wiele energii, co utrudnia ich stosowanie na szeroką skalę” – twierdzi Mary-Lou Tercier-Waeber, koordynatorka projektu SCHEMA. Łatwa do wdrożenia technologia miniaturowych czujników Aby pomóc rozwiązać ten problem i usprawnić monitorowanie oceanów, partnerzy projektu SCHEMA opracowali miniaturowych rozmiarów czujniki, które mogą mapować bogaty wachlarz związków antropogenicznych oraz występujących naturalnie związków chemicznych i biologicznych w bardzo wysokiej rozdzielczości. Są one zdolne do wykrywania metali śladowych; form uczestniczących w obiegu węgla, takich jak jony węglanowe, jony wapnia i jony wodorowe; substancji odżywczych, takich jak azot i azotany; lotnych związków organicznych; oraz potencjalnie szkodliwych glonów i biotoksyn – z których wszystkie mogą negatywnie wpływać na zdrowie oceanów. Substancje odżywcze mogą prowadzić do szkodliwych zakwitów glonów i wzrostu liczby stref deficytu tlenowego w oceanach. Ze względu na swoją toksyczność, trwałość i akumulację w łańcuchu pokarmowym, związki metali i związki organiczne mogą wywierać długotrwały wpływ na skład biomasy w środowisku morskim, a także na funkcjonowanie i zdrowie tego środowiska. Czujniki są również w stanie monitorować poziom zakwaszenia oceanów – zjawisko powstające w drodze pochłaniania przez oceany dwutlenku węgla z atmosfery. Przewiduje się, że zakwaszenie oceanów doprowadzi do przerwania łańcuchów pokarmowych i pogorszy funkcjonowanie ekosystemów morskich. Opracowane czujniki usprawnią monitorowanie zdolności oceanów do dalszego pochłaniania dwutlenku węgla, co ma kluczowe znaczenie dla zwalczania skutków zmian klimatu. Zespół projektowy wykorzystał najnowocześniejsze techniki elektrochemiczne, optyczne i fluidyczne, aby skonstruować skuteczne sondy detekcyjne o niskim zużyciu energii, wyposażone w miniaturowe czujniki i systemy przepływu. W następnej kolejności zbudowano sterownik sieciowy działający w oparciu o interfejsy Sensor Web Enablement organizacji Open Geospatial Consortium oraz urządzenie nadawczo-odbiorcze wykorzystujące standard GSM. „Nasz zintegrowany, modułowy, wielofunkcyjny system czujników umożliwia dokonywanie niezależnych, jednoczesnych pomiarów szerokiego wachlarza parametrów biogeochemicznych in situ w wysokiej rozdzielczości” – mówi Tercier-Waeber. Nowatorska technologia opracowana przez zespół inicjatywy SCHEMA została przetestowana na wybranych obszarach Oceanu Atlantyckiego i w strefach przybrzeżnych Morza Śródziemnego. Pomyślnie przeszła ona testy wykrywania źródeł niebezpiecznych związków chemicznych i biologicznych oraz systemu informującego o obecności tych substancji. Przykładowo, w Zatoce Arcachon w południowo-zachodniej Francji urządzenie SCHEMA wykryło najbardziej toksyczne postacie cynku i miedzi pochodzenia przemysłowego. Wskazało również na obecność substancji odżywczych pochodzących ze strumieni słodkowodnych oraz fitoplanktonu wytwarzającego neurotoksynę. Zgromadzone dane pozwolą naukowcom udoskonalić strategie monitorowania, zwiększą możliwości prognozowania wpływu toksyn na lokalny ekosystem, a także przyczynią się do zrównoważonego zarządzania ekosystemem zatoki. Partnerzy projektu SCHEMA koncentrują się obecnie na wprowadzeniu przetestowanych prototypów na rynek, a także na poszerzeniu zdolności detekcyjnych sond o inne szkodliwe związki chemiczne, takie jak lotne związki organiczne czy saksytoksyna – neurotoksyna wytwarzana w naturze przez niektóre gatunki glonów.
Słowa kluczowe
SCHEMA, morza, oceany, Open Geospatial Consortium, ekosystemy, toksyny, glony, zrównoważone zarządzanie