模擬未來海洋酸化場景的海水酸化控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及海水酸化控制設(shè)備，尤其是涉及一種模擬未來海洋酸化場景的海水酸化控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]大氣CO2分壓的持續(xù)升高，導(dǎo)致海洋吸收CO 2的量不斷增加，海水pH值下降，這種由大氣CO2分壓升高導(dǎo)致的海水酸度增加的過程稱為海洋酸化。在過去的200年，大量化石燃料燃燒產(chǎn)生的CO2中，50%被海洋吸收。根據(jù)目前已測量的結(jié)果，海洋吸收的CO2已經(jīng)使得海洋的PH值下降了 0.12個(gè)單位，這相當(dāng)于海水中H+濃度增加了 30%。按照目前人類活動(dòng)釋放的0)2的速率算，到2100年，海水的平均pH值會(huì)從現(xiàn)在的8.2降至7.8，海水中的H +濃度將是目前的3倍。由于酸化對海洋生態(tài)系統(tǒng)潛在的威脅，關(guān)于它對海洋生物，尤其是鈣化生物(如石珊瑚、鈣化藻、軟體動(dòng)物等)的生理生態(tài)，分子水平以及群落水平上的影響是目前國際研宄的熱點(diǎn)。在過去10年，國際上啟動(dòng)了一系列與海洋酸化有關(guān)的研宄活動(dòng)，例如2008年歐盟委員會(huì)啟動(dòng)的EPOCA計(jì)劃(2008?2012)，英國海洋酸化研宄計(jì)劃(2009?2014)，德國聯(lián)邦教育和科學(xué)部啟動(dòng)“的海洋酸化的生物學(xué)影響”(B10ACID) (2009?2012)計(jì)劃等。
[0003]在海洋生物的酸化生理研宄當(dāng)中，最核心的要素就是模擬未來氣候變化的海水酸化控制系統(tǒng)。從已發(fā)表的研宄報(bào)道來看，目前最常用的酸化控制系統(tǒng)是將一定比例無CO2空氣和CO 2混合氣體輸入實(shí)驗(yàn)水體，無CO2空氣和CO 2混合氣體的比例利用CO 2分析儀(例如Qubit的C02analyzer)去監(jiān)測和實(shí)施反饋，控制CO2氣體的輸入(DufaultA M, Ninokawa A, Bramanti L, et al.The role of light in mediating the effectsof ocean acidificat1n on coral calcificat1n.The Journal of ExperimentalB1logy, 2013, 216:1570-1577 ；Comeau,Edmunds, Spindel et al.The responses ofeight coral reef calcifiers to increasing partial pressure of CO2 do notexhibit a tipping point, Limnology and Oceanography, 2013, 58:388-398 ；Edmunds.Zooplanktivory amel1rates the effects of ocean acidificat1n on the reef coralPorites spp[J].Limnology and Oceanography, 2011，56:2402-2410)。但是，這套系統(tǒng)包括各種設(shè)備，例如CO2分析測定儀，CO2反饋系統(tǒng)，空氣和CO2混合箱，壓力泵，電磁閥、制造空氣的空壓機(jī)、油水分離器等一系列設(shè)備，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且價(jià)格昂貴。根據(jù)測算，一套Qubit的酸化控制系統(tǒng)組裝起來價(jià)格大約在12萬，高昂的價(jià)格限制了酸化研宄的開展。
[0004]中國專利CN 203333366U公開一個(gè)實(shí)驗(yàn)室模擬海水酸化系統(tǒng)，該系統(tǒng)將0)2氣體進(jìn)入酸化海水制備箱，利用CO2溶度檢測器測定海水的理化指標(biāo)。但是，由于該專利沒有建立反饋控制系統(tǒng)，因此系統(tǒng)無法調(diào)控CO2氣體的輸入，而持續(xù)通入CO 2氣體可能會(huì)導(dǎo)致酸化海水制備箱的PH值出現(xiàn)低于設(shè)定預(yù)期值的情況。而且，即使制備箱海水的pH達(dá)到預(yù)期值，但當(dāng)海水經(jīng)過各個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)后循環(huán)回到酸化海水制備箱，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)生物的代謝過程會(huì)使得海水的PH發(fā)生改變。例如，當(dāng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)培養(yǎng)的是魚、珊瑚或軟體動(dòng)物等海洋動(dòng)物時(shí)，它們呼吸作用產(chǎn)生的0)2會(huì)使得這種循環(huán)水體的pH下降；如果實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)培養(yǎng)的是浮游植物、大型海藻或海草等植物時(shí)，他們在有光條件下的光合作用會(huì)利用系統(tǒng)的0)2或HCO 3_，使系統(tǒng)的PH升高，而夜晚植物的呼吸作用則降低系統(tǒng)的pH。該酸化系統(tǒng)無法對體系這種pH的變化做出反饋，進(jìn)而調(diào)節(jié)CO2的輸入與否。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)巧妙，操作方便、可靠的模擬未來海洋酸化場景的海水酸化控制系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明包括pH控制反饋系統(tǒng)和CO2通路，CO 2通路受pH控制反饋系統(tǒng)調(diào)控；
[0007]所述pH控制反饋系統(tǒng)設(shè)有pH監(jiān)視器、繼電器、電磁閥和指示燈，pH監(jiān)視器外接交流電源，pH監(jiān)視器與浸沒在實(shí)驗(yàn)水體的pH監(jiān)測探頭相連；所述電磁閥與繼電器、指示燈和直流電源連接；
[0008]所述0)2通路設(shè)有CO 2氣瓶、減壓閥和氣體流量調(diào)節(jié)閥，CO 2氣瓶、減壓閥和氣體流量調(diào)節(jié)閥通過氣管相連，氣體流量調(diào)節(jié)閥的輸出端接電磁閥的輸入端口，電磁閥的輸出端口接細(xì)化器，細(xì)化器浸入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的海水中。
[0009]在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的海水中最好設(shè)有造浪泵。
[0010]本發(fā)明可用于海洋生物的酸化生理研宄，考慮到銅離子對海洋生物的毒性作用，因此所述電磁閥、減壓閥以及氣體流量調(diào)節(jié)閥等元件最好使用不銹鋼等非銅材料制作。
[0011 ] 所述繼電器可采用自動(dòng)開關(guān)，自動(dòng)開關(guān)受pH監(jiān)視器的控制，根據(jù)設(shè)定的pH值開啟或關(guān)閉。
[0012]所述電磁閥可采用二通電磁閥，可以是常開型或常閉型。以常開型電磁閥為例，正常狀態(tài)下，pH控制反饋系統(tǒng)的繼電器處于關(guān)閉狀態(tài)，而電磁閥則處于開啟狀態(tài)，CO2通路處于連通狀態(tài)，氣管不斷通過0)2氣體進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的海水中。當(dāng)pH低于設(shè)定值時(shí)，繼電器開啟，電磁閥處于通電關(guān)閉狀態(tài)，氣瓶的0)2停止輸入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的海水中。
[0013]所述指示燈可采用LED燈珠，它體積小，用于指示繼電器和電磁閥之間的電流通路所處的狀態(tài)，若繼電器開啟，則LED燈亮；若繼電器關(guān)閉，則LED燈滅。
[0014]所述0)2通路的氣體流量調(diào)節(jié)閥可采用微流量調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥的氣體流量可以控制在20ml/h，用于微調(diào)CO2氣體的輸入流量。
[0015]所述CO2通路的CO 2氣瓶最好是純度99.99%的CO 2。如果純度低，可在輸出端接載一個(gè)油水分離器或通過一個(gè)吸水裝置，保證輸入繼電器以及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的海水的0)2氣體保持干燥狀態(tài)。吸水裝置可以是灌滿CaCl2顆?；蛭枘z球。
[0016]所述細(xì)化器接在0)2通路的氣管末端，直接浸沒在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的海水中，其目的是為了使輸入的0)2氣體在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的海水中更快溶解和擴(kuò)散。材質(zhì)可以是陶瓷、玻璃，也可以是316不銹鋼，海水環(huán)境優(yōu)選玻璃材質(zhì)，玻璃材質(zhì)不