海洋教育Podcast系列》海科系副教授黃蔚人淺談海洋水質科技

海洋研究的過程相當耗時,設備也十分昂貴,由於海洋科學的儀器相對小眾,因此儀器的製造及後續的維修投入甚鉅,海洋研究是否有更平價簡便的儀器呢?教育部國立教育廣播電台邀請國立中山大學海洋科學系副教授黃蔚人分享「淺談海洋水質科技」 ,說明海洋研究儀器以及教學的應用面。

「這要從一塊電路板Arduino開始說起」,黃蔚人以應用Arduino自製儀器的經驗為例,電路板上的晶片有不同腳位、不同功能,此外Arduino的軟體設計是開源軟體,即使不熟悉編程,也可以在網站上搜尋程式碼及套件,這大大地幫助學習者克服硬體跟軟體的問題。透過電路板Arduino再應用海洋訊號測量的基礎知識,便可設計出簡便的分光光度計來測量海水的pH值。

黃蔚人分享自己帶領學生應用Arduino來DIY分光光度計的過程。課程中會根據學生的程度給予不同完成度的素材,除了組裝及寫程式的教學,最後還會加入Arduino分光光度計比賽,讓學生能實測自己製作的儀器是否有足夠高的穩定性。在研發水質相關的儀器時,第一階段必須要能穩定測量水質訊號,連續測量10次,具有較高穩定度及準確度的組別獲勝。黃蔚人也提到,由於實作課程具有一定的難度,學生在製作的過程中會遇到各式各樣的問題,因此在教學Arduino時,老師及助教的角色非常重要。

除了在教育面上使用Arduino,黃蔚人老師也將Arduino製作的儀器Buoy使用在研究當中。相較於船上使用的二氧化碳測量儀器沉重、昂貴且需要持續供電,Buoy有電池且可以長時間佈放在穩定的水域上。這套儀器被用來測量七股潟湖全年的二氧化碳分壓變化。

七股潟湖為台江國家公園的一部份,背景資料的研究相當重要。黃蔚人表示,過去有許多前人研究七股潟湖中的營養鹽、生物物種、生物相等,然而沒有人研究過七股潟湖是否釋放二氧化碳到大氣中,或是吸收大氣中的二氧化碳。當水中的二氧化碳分壓小於大氣中的二氧化碳分壓,大氣中的二氧化碳就會溶進水中,以密西西比河為例,由於河水裡的二氧化碳分壓是高於大氣的,因此河水會釋出二氧化碳到大氣中。

黃蔚人提及在研究的過程中,遇到最大的困難就是如何設計及擺放平衡器,要測量水中的二氧化碳需要依靠平衡器平衡氣體,然而一不小心在平衡過程中就會把水抽進儀器中,造成儀器損壞。此外,雖然儀器在實驗池測試下可以承受一般海浪的擾動,然而實際佈放在七股潟湖時,卻發現當地有一處水域會產生尖頭浪,導致儀器損壞,因此現實中需要克服許多問題。目前此一研究計畫進行了三季,已獲得了不同時間、空間的二氧化碳變化資料,由於目前沒有測量過橫跨這麼大空間及時間的數據,在後續研究上也將有許多新的挑戰。

黃蔚人深入淺出介紹海洋研究水質科研儀器,他提到,將海洋科學結合電機、機電,不僅能幫助解決科學研究上會面臨的問題,跨領域學習也有益於未來不同領域的合作及溝通。

為促進海洋相關知識及議題的普及,國立中山大學與國立教育廣播電台合作推出海洋教育系列訪談節目,希望藉此讓大眾更認識海洋。教育部國立教育廣播電台高雄分台「Tea Time時光」https://www.ner.gov.tw/program/5a83f4eac5fd8a01e2df0157/