Le Commandant Charcot Datos de pCO2 en curso
DESPLÁCESE PARA SABER MÁS
Quiénes somos
| Rik Wanninkhof, Doctor.
Científico técnico superior
| Doctor Denis Pierrot
Oceanógrafo
Acerca de Le Commandant Charcot
Le Commandant Charcot es un crucero rompehielos operado por el operador francés Compagnie du Ponant. Es un buque rompehielos de Clase Polar 2 capaz de llegar a destinos polares remotos como el Polo Norte Geográfico. Cuenta con una central eléctrica híbrida alimentada por gas natural licuado (GNL) y baterías eléctricas de 5 MWh, capaz de propulsar brevemente el buque sin motores en marcha. Le Commandant Charcot es un buque de crucero de expedición único, diseñado para condiciones polares extremas, que brinda la rara oportunidad a 270 pasajeros de explorar zonas polares remotas. Desde el inicio del proyecto, Ponant ha diseñado el buque como "un barco de oportunidades" para la comunidad científica. Cuenta con una infraestructura específica para realizar mediciones y experimentos y dispone de adquisición autónoma de datos a disposición de los investigadores. El Programa Científico Ponant cuenta con un coordinador científico dedicado a bordo para el mantenimiento y funcionamiento de los diferentes instrumentos.
En abril de 2022, en colaboración con Ponant y el Dr. Nicolas Cassar de la Universidad de Duke en Durham, Carolina del Norte, nuestro grupo instaló un instrumento autónomo en este buque para medir el CO2 en el agua superficial y la atmósfera superpuesta por encima de ella. Las zonas geográficas únicas que visitará el buque rara vez son objeto de muestreo y proporcionarán un conjunto de datos único que ampliará nuestra comprensión del sistema carbonatado en regiones de alta latitud.
Acerca del sitio web
Este sitio web proporciona acceso a los datos de fugacidad de CO2 (fCO2) recogidos en este buque. Nota, fCO2 es la presión parcial pCO2 corregida por la no idealidad del gas CO2; son numéricamente similares (fCO2 ≃ 0,995 pCO2). Los datos procesados están organizados por año y por crucero. Para cada crucero, los valores de fCO2 codificados por colores se representan en un gráfico a lo largo de la ruta del barco. Junto a cada gráfico hay enlaces al archivo de datos delimitado por comas y al archivo Léame asociado. Para descargar un archivo de datos, seleccione el año en la lista desplegable. Elija una carta y un crucero, haga clic con el botón derecho del ratón en el enlace a su archivo de datos o archivo Léame y seleccione la opción de descarga. Por favor, consulte con el grupo del Ciclo del Carbono Oceánico del AOML si los datos se utilizan para su publicación o presentación (contactos en Master Readme, o(Denis.Pierrot@noaa.gov).
El archivo Léame principal proporciona metadatos aplicables a todos los datos recopilados de este barco. Los archivos Léame individuales junto a los gráficos proporcionan metadatos específicos del crucero asociado. El enlace Visualización en tiempo real muestra gráficos de los datos brutos de xCO2 en función del tiempo y la ubicación. Estos gráficos son adecuados para la monitorización, pero no para la interpretación medioambiental, ya que los datos en tiempo real no han sido procesados ni se ha controlado su calidad.
Le Commandant Charcot Datos de pCO2 en curso
Le Commandant Charcot Master Léame
Introducción
La información presentada en este archivo es aplicable a todos los conjuntos de datos recogidos
en el M/V Le Commandant Charcot que se presentan en esta página.
Cualquier cambio temporal en esta información se indicará en los archivos Léame de cada expedición.
Declaración sobre el uso de los datos:
Estos datos se ponen a disposición del público y de la comunidad científica con la convicción de que su amplia difusión permitirá comprenderlos mejor y obtener nuevos conocimientos. La disponibilidad de estos datos no constituye su publicación. Confiamos en la ética e integridad del usuario para asegurar que el grupo de carbono oceánico del AOML reciba el crédito justo por su trabajo. Por favor, consúltenos antes de utilizarlos para que podamos asegurarnos de que la calidad y las limitaciones de los datos están representadas con precisión.
Información sobre la plataforma:
En 2022, el Grupo de Carbono Oceánico del Laboratorio Oceanográfico y Meteorológico del Atlántico (AOML) de la NOAA instaló en el Le Commandant Charcot un instrumento autónomo para medir los niveles de CO2 en las aguas superficiales. Esta instalación es fruto de la colaboración entre nuestro laboratorio, la Companie du Ponant y el Dr. Nicolas Cassar de la Universidad de Duke.
Nombre del buque: Le Commandant Charcot
Clase de datos: Concentraciones de dióxido de carbono en la superficie del océano
Científicos responsables de la calidad técnica de este conjunto de datos de pCO2:
Rik Wanninkhof y Denis Pierrot
NOAA/AOML/División de Química Oceánica y Ecosistemas
4301 Rickenbacker Causeway
Miami, FL 33149
Rik.Wanninkhof@noaa.gov
Denis.Pierrot@noaa.gov
Persona de contacto para este conjunto de datos:
Denis Pierrot
NOAA/AOML/División de Química Oceánica y Ecosistemas
4301 Rickenbacker Causeway
Miami, FL 33149
Denis.Pierrot@noaa.gov
Especificaciones y precisión de los componentes
Las precisiones de todos los componentes, cuando funcionan de forma óptima, son tales que la fCO2 calculada del agua de mar tiene una precisión de 2 uatm o mejor y la fracción molar calculada deCO2 (XCO2) en el aire tiene una precisión de 0,1 uatm.
Analizador de infrarrojos:
LI-COR modelo 6262
Licor_6262_Manual.pdf
Resolución deCO2: 0,01 umol/m
Precisión deCO2: ±1 ppm a 350 ppm
Precisión del transductor de presión interna: ± 1,2 hPa
(especificaciones del fabricante:±0,1% FS, donde FS = 0-1150 hPa)
Transductor de presión externo conectado al analizador: ninguno
Transductor de presión diferencial acoplado al equilibrador:
Setra modelo 239
http://www.setra.com/ProductDetails/model_239.htm
Resolución: 0,01 hPa
Precisión: ±0,052 hPa
(especificaciones del fabricante: ±0,14% FS, donde FS = ±7,5 pulgadas WC)
La presión absoluta del espacio de cabeza del equilibrador indicada en los archivos de datos es la suma de la presión del analizador de infrarrojos y la presión diferencial en el equilibrador.
Equilibrador de temperatura:
Hart modelo 1523
http://www.testequipmentdepot.com/fluke-calibration/pdfs/1523-1524_data.pdf
Resolución: 0.001°C
Precisión: ±0,021°C
Temperatura y salinidad de la superficie del mar (mantenidas por otros científicos):
SeaBird modelo SBE-45
http://www.seabird.com/pdf_documents/manuals/45_017.pdf
Resolución de temperatura 0.0001°C
Precisión de la temperatura: ±0,002°C
Resolución de la salinidad: 0.0002‰
Precisión de salinidad: ±0,005‰
SeaBird modelo SBE-38
http://www.seabird.com/pdf_documents/manuals/38_013.pdf
Resolución de temperatura 0.00025°C
Precisión de la temperatura: ±0,001°C
Descripción y configuración del instrumento
El principio general de funcionamiento del instrumento puede consultarse en Wanninkhof y Thoning (1993), Ho et al. (1995), Feely et al. (1998) y Pierrot et al. (2009). El agua de mar fluye a través de una cámara equilibradora en la que se producen intercambios deCO2 entre el agua y el aire situado sobre ella. Los pequeños cambios en la concentración deCO2 del agua de mar se traducen rápidamente en cambios en la concentración deCO2 en el aire de la cámara (espacio de cabeza). La fracción molar deCO2 en el gas del espacio de cabeza se mide utilizando un analizador infrarrojo no dispersivo (NDIR) de LICOR®.
Los efectos del vapor de agua en los análisis de las muestras se reducen al mínimo eliminando la mayor cantidad de agua posible. El agua se condensa primero fuera de la corriente de gas de muestra enfriándola a ~5 °C mediante un dispositivo termoeléctrico. A continuación, el agua se elimina mediante secadores de gas Nafion® antes de llegar al analizador IR. El gas de contraflujo en el secador es aire exterior presecado. El contenido típico de agua del gas analizado es inferior a 3 milimoles/mol, eliminándose aproximadamente el 90% del agua.
El analizador de infrarrojos se calibra periódicamente utilizando cuatro gases estándar (200 - 500 ppmde CO2 en aire) del ESRL de la NOAA (Boulder, CO). Los estándares del ESRL son directamente trazables a la escala de la OMM con calibración de cada botella antes de su entrega y después de su uso. El gas cero de aire de pureza ultra alta se analiza regularmente. Cualquier valor fuera del rango de los estándares en más de ~100 ppm debe considerarse aproximado (±5 ppm). Aunque los puntos de datos individuales por encima del estándar más alto o por debajo del estándar más bajo pueden ser menos precisos, las tendencias generales serían indicativas de la química del agua de mar. Los estándares utilizados en un crucero en particular se enumeran en el archivo Léame individual.
El agua de mar se introduce en el buque a través de una entrada específica situada en el centro de la sala de máquinas, a unos 9 m de profundidad. Un sensor de temperatura (SBE38) está situado entre la entrada y la bomba centrífuga de agua de mar, que impulsa el agua al laboratorio húmedo de la cubierta 3, a unos 2-3 m sobre el nivel del mar. La bomba impulsa unos 50 l/min de agua de mar al exterior a través de una línea de derivación. La línea de agua de mar se bifurca en el laboratorio húmedo para suministrar agua de mar científica a un Ferrybox (~26L/min) y al sistema de pCO2 (~4L/min). El caudal de la línea de derivación puede reducirse para proporcionar presión a los sistemas científicos. El tránsito desde la entrada hasta el equilibrador de pCO2 dura ? segundos y el agua se calienta aproximadamente 0,6 grados Celsius.
El agua de mar se introduce a través de un cabezal de pulverización en una cámara de equilibrio que incluye una camisa de agua para mejorar la estabilidad térmica (opcional en el sistema modelo 8050 de General Oceanics). La cámara tiene un depósito de agua de 0,4 L y un espacio de cabeza gaseoso de 0,6 L. El caudal de agua es de 1,5-2,5 L/min. La velocidad de recirculación del gas del espacio de cabeza a través del analizador durante los análisis EQU es de 70 - 150 ml/min.
El sistema también mide el contenido deCO2 del aire ambiente. La entrada de aire está situada en la parte superior del mástil del radar, delante de las chimeneas. El aire exterior es aspirado constantemente (flujo máximo de 6 L/min) a través de ~80 m de tubería (tubería Eaton Synflex 1300 de ~1 cm de diámetro exterior) hasta el sistema analítico. La velocidad de lavado del analizador LI-COR durante los análisis ATM es de 70 - 150 ml/min.
La posición GPS, la TSM del SBE38 y la SSS del SBE45 se proporcionan al sistemaanalítico de CO2 desde el barco mediante comunicación serie. Los datos se transfieren a tierra vía ftp utilizando la conexión a internet del barco. Los datos deCO2 se transmiten a tierra cada día para controlar el rendimiento del sistema analítico.
Una secuencia típica de análisis continuos es:
TIPO DE PASO REPETICIONES
1 Estándares (los cuatro) 1
2 ATM 5
3 EQU 100
La cantidad de tiempo entre análisis depende de si los análisis son del mismo tipo de gas (por ejemplo, STD, EQU) o no. Cuando se cambia de un gas a otro, los tubos de conexión y el analizador se lavan durante un intervalo inicial denominado tiempo de "PRELAVADO" más un intervalo denominado tiempo de "LAVADO REGULAR". Entre mediciones sucesivas del mismo tipo de gas, el sistema se lava sólo durante el tiempo de "LAVADO REGULAR". A continuación, se interrumpe el flujo de gas. Una vez transcurrido el intervalo de tiempo 'STOP FLOW', que es de 10 segundos para todos los análisis, se lee la salida del analizador NDIR. El tiempo de prelavado se fija en 180 segundos y el tiempo de lavado regular se fija en 60 segundos para los análisis de estándares y ATM. Tanto el tiempo de prelavado como el de lavado normal son de 120 segundos para los análisis del espacio de cabeza del equilibrador (EQU). Con estos ajustes, se realiza un juego completo de estándares y análisis atmosféricos cada 5 horas y un día completo contiene unos 500 análisis del espacio de cabeza del equilibrador.
Cálculos
Los valores de xCO2 medidos se corrigen linealmente en función de la respuesta del instrumento utilizando las mediciones estándar (véase Pierrot et al., 2009).
Para el espacio de cabeza del equilibrador, la fCO2eqse calcula suponiendo un contenido de vapor de agua del 100%:
fCO2 = xCO2 P (1-pH2O) exp[(B11+2d12)P/RT].
donde fCO2 es la fugacidad en el aire ambiente o en el espacio de cabeza del equilibrador, pH2O es la presión de vapor de agua en la superficie del mar o la temperatura del equilibrador, P es la presión del equilibrador o la presión atmosférica exterior (en atm), T es la temperatura de la TSM o del equilibrador (en K) y R es la constante de los gases ideales (82,057 cm&^3-atm-deg^-1-mol^-1). El término exponencial es la corrección de la fugacidad, donde B11 es el primer coeficiente virial delCO2 puro.
B11 = -1636,75 + 12,0408 T - 0,0327957 T^2 + 3,16528E-5 T^3
y
d12 = 57.7 – 0.118 T</span?
es la corrección para una mezcla de aire-CO2 en unidades de cm^3-mol^-1 (Weiss, 1974).
La fugacidad medida en el equilibrador se corrige para cualquier diferencia de temperatura entre la temperatura de la superficie del mar y la cámara del equilibrador utilizando la corrección empírica descrita en Takahashi et al. (1993).
fCO2(SST) = fCO2(teq)exp[0,0423(SST-teq)].
donde fCO2(SST) es la fugacidad a la temperatura de la superficie del mar y fCO2(teq) es la fugacidad a la temperatura de equilibrio. SST y teq son las temperaturas de la superficie del mar y del equilibrador
en grados C, respectivamente.
La cantidad de tiempo entre el agua de mar que pasa por el sensor de TSM (SBE38) y el agua que fluye por el equilibrador se estima antes de asignar un valor de TSM a cada análisis. Se comparan los patrones de los registros de temperatura para el equilibrador y para la TSM a lo largo del tiempo, y se determina un desfase temporal que optimiza la coincidencia de estos patrones. El desfase temporal se aplica a las mediciones de la TSM. Una interpolación lineal entre los datos de TSM ajustados en el tiempo produce el valor de TSM asignado a cada análisis deCO2 y utilizado en los cálculos de fugacidad.
Estructura del archivo de datos
Lista de variables incluidas en este conjunto de datos:
COLUMNA
CABECERA
EXPLICACIÓN
1.
EXPOCODE
Código de expedición, donde "????
es el identificador de buque NODC
y AAAAMMDD es la fecha UTC en que
el buque inicia la expedición
2.
Buque_grupo
AOML_Le Commandant Charcot, (si está presente)
3.
Cruise_ID
Nombre de la persona a cargo de la expedición, (si está presente)
4.
YD_UTC
Año decimal día
5.
DATE_UTC_ddmmyyyy
Fecha UTC
6.
HORA_UTC_hh:mm:ss
Hora UTC
7.
LAT_dec_grado
Latitud en grados decimales (los valores negativos corresponden al hemisferio sur)
8.
LONG_grado_dec
Longitud en grados decimales (los valores negativos corresponden al hemisferio occidental)
9.
xCO2_EQU_ppm
Fracción molar deCO2 en el espacio de cabeza del equilibrador (seco) a la temperatura del equilibrador, en partes por millón.
10.
xCO2_ATM_ppm
Fracción molar deCO2 en el espacio de cabeza del equilibrador (seco) a la temperatura del equilibrador, en partes por millón.
11.
xCO2_ATM_interpolated_ppm
xCO2 en aire exterior asociado a cada análisis de agua. Estos valores se interpolan entre los buenos análisis de xCO2_ATM promediados entre paréntesis, en partes por millón, (si están presentes)
12.
PRES_EQU_hPa
Presión barométrica en el espacio de cabeza del equilibrador, en hectopascales (1 hPa = 1 milibar)
13.
PRES_ATM@SSP_hPa
Presión medida por barómetro exterior, corregida al nivel del mar, en hectopascales.
14.
TEMP_EQU_C
Temperatura del agua en el equilibrador, en grados centígrados
15.
SST_C
Temperatura de la superficie del mar procedente del sensor de temperatura remoto del buque, en grados centígrados [interpolada, véase la nota anterior].
16.
SAL_permil
Salinidad del termosalinógrafo (SBE45), en la Escala Práctica de Salinidad
17.
fCO2_SW@SST_uatm
Fugacidad del CO2 en agua de mar, en microatmósferas (100% de humedad)
18.
fCO2_ATM_interpolated_uatm
Fugacidad de CO2 en aire correspondiente a la xCO2 interpolada, en microatmósferas (100% de humedad), (si existe)
19.
dfCO2_uatm
fCO2 del agua de mar menos fCO2 interpolada del aire, en microatmósferas, (si existen)
20.
WOCE_QC_FLAG
Indicador de control de calidad de los valores de fCO2 (2 = buen valor, 3 = valor cuestionable)
21.
QC_SUBFLAG
El indicador secundario de control de calidad para los valores de fCO2 proporciona una explicación para los datos atípicos, cuando QC_FLAG = 3
Referencias
DOE (1994). OE (1994). Manual de métodos para el análisis de los distintos parámetros del sistema de dióxido de carbono en agua de mar; versión 2. DOE.
Feely, R. A., R. Wanninkhof, H. B. Milburn, C. E. Cosca, M. Stapp y P. P. Murphy (1998). A new automated underway system for making high precision pCO2 measurements onboard research ships. Analytica Chim. Acta 377: 185-191.
Ho, D. T., R. Wanninkhof, J. Masters, R. A. Feely y C. E. Cosca (1997). Measurement of underway fCO2 in the Eastern Equatorial Pacific on NOAA ships BALDRIGE and DISCOVERER, NOAA data report ERL AOML-30, 52 pp., NTIS Springfield.
Pierrot, D., C. Neill, K. Sullivan, R. Castle, R. Wanninkhof, H. Luger, T. Johannessen, A. Olsen, R. A. Feely y C. E. Cosca (2009). Recommendations for autonomous underway pCO2 measuring systems and data-reduction routines. Deep Sea Research II, 56: 512-522.
Wanninkhof, R. y K. Thoning (1993) Measurement of fugacity of CO2 in surface water using continuous and discrete sampling methods. Mar. Chem. 44(2-4): 189-205.
Weiss, R. F. (1970). The solubility of nitrogen, oxygen and argon in water and seawater. Deep-Sea Research 17: 721-735.
Weiss, R. F. (1974). Carbon dioxide in water and seawater: the solubility of a non-ideal gas. Mar. Chem. 2: 203-215.
Weiss, R. F., R. A. Jahnke y C. D. Keeling (1982). Seasonal effects of temperature and salinity on the partial pressure of CO2 in seawater. Nature 300: 511-513.
Takahashi, T., J. Olafsson, J. G. Goddard, D. W. Chipman y S. C. Sutherland (1993). Seasonal variation of CO2 and nutrients in the high-latitude surface oceans: a comparative study, Global Biogeochem. Cycles, 7, 843-878.
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