Пристрій для збирання кількісних проб зоо- та іхтіопланктону

1. Пристрій для збирання кількісних проб зоота іхтіопланктону, який містить раму, обтічний жорсткий корпус з крилами, заглиблювач, лічильник C2 1 3 http://www.hydrobios.de/englisch/produkte_netze_ver tikal.html (20.09.2008)]. Основним недоліком цих сіток (а також будь-яких батометрів) є низька вірогідність кількісних даних через ефект плямистості розподілу планктону: при повторних ловах в одному й тому ж місці велика кількість планктону в пробах може змінюватися на порядок. При використанні стандартних планктонних сіток і батометрів часто виникають суттєві помилки, які пов'язані з тим, що: - для збирання фіто- і бактеріопланктону достатньо декілька літрів води, але для оцінки видового складу мезозоопланктону необхідно відфільтрувати кубометри води (Билева, 1979); - глибина занурення вертикальної сітки або батометра визначається довжиною троса і кутом його нахилу, що при різних швидкостях вітрового дрейфу вносить значні перекручення до здобутих даних (Флинт и др., 1978); - наявність вуздечок і троса перед устям стандартних сіток вимушує частину популяції уникати знарядь лову, тому достовірно обловлюються не всі види; - неточно визначається об'єм профільтрованої води або коефіцієнт фільтрації сіток; - об'єм проб, особливо при збиранні на мілководді, часто не відповідає критеріям репрезентативності кількісної оцінки досліджуваного параметра; - при дослідженні розподілу планктону в одній тій ж самій точці вертикальною сіткою (через плямисте розподілення планктону) виникає настільки великий розкид даних, що неможливо зрозуміти, який вид мінливості переважає: мікромасштабний, добовий, сезонний чи міжрічний; - дрібномасштабні неоднорідності найяскравіше виявляються під час дослідження вертикального розподілу зоопланктону (Виноградов, 1983). Тому при скороченні тривалості вертикальних ловів, що замикаються, навіть до декількох метрів, об'єм проб стає таким малим, що картина розподілу планктону виходить абсолютно некоректною; - вертикальна сітка при опусканні вниз вносить такі великі збурення до водного середовища, що при її підйомі картина розподілу планктону спотворюється. 3. Горизонтально буксирувані пробовідбірники здійснюють «фізичне» усереднювання даних, оскільки під час тривалого буксирування ці пробовідбірники проходять крізь велику кількість скупчень планктону. До таких пристроїв відносяться: - Одноразово буксирувані сітки з одним фільтруючим конусом типу подвійних сіток Бонго, колектора Nackthai |див. http://www.hydrobios.de/englisch/produkte_netze_hor izontal.html (20.09.2008)]. Недоліком цих конструкцій є те, що вони можуть відбирати лише одну-дві проби за один лов на дистанції декількох сотень метрів. Сітки Бонго, як правило, не замикаються, а об'єм профільтрованої води визначають за даними механічної вертушки, яку підвішують в усті сітки. - Безперервні реєстратори планктону CPR [див. http://www.fimr.fi/en/tietoa/artildcelit/tutkimus/ en_GB/cpr/ (20.09.2008)], U-TOW і аналоги Nu 91144 4 Shuttle, UOR (див. http://www.envirotechinstruments.com/utow.html (20.09.2008)] - сім'я приладів з прототипом у вигляді реєстратора Харді (див. А.С. Hardy, The continuous plankton recorder. - Discov. Rep., - 1941, - v.11, - p.457-509), які буксирують на повному ходу судна протягом 10 годин. Недоліком цього приладу є дуже маленький вхідний отвір, сприяючий виникненню проблеми уникнення, механічного руйнування планктону під час руху стрічок, засміченості сита у водах з великою масою планктону. - Планктонозбирач Лонгхарста-Харді, або LHPR (cm. Longharst и др., A new system for the collection of multiple serial plankton samples // DeepSea Res., 1966, - vol.13, - №2, - p.213-222; [http://www.spartel.u-net.com/plankton.htm#LHPR (20.09.2008)] являє собою поєднання планктонної сітки з одним фільтруючим конусом. Пристрій містить модифікований реєстратор Харді, розташований в задній частині сітки у вигляді кінцевого приймального стакана. Стрічки з ситом зрушуються електромотором з паузами в 2 хвилини. Ці сітки найоптимальніші для збирання мезопланктону в океанічних водах, проте їх застосування, наприклад, у Чорному морі, практично неможливо, оскільки навіть невелика кількість желетілих заповнює задню частину сітки і мезопланктон не надходить у кінцевий колектор проб. Крім того, зберігається проблема механічного руйнування планктону під час руху стрічок. При надмірній кількості планктон не встигає фільтруватися приймальним стаканом і потрапляє або в наступну пробу, або осідає на стінках фільтруючого конуса. - Багаторазові сітки типу іхтіопланктонного трала Таккера: сітки Mocness [flHB.http://www.ltemet.edu/gallery/cce/MOCNESS_d eployment (20.09.2008)], MultiNet або Bioness [див. http://www.hydrobios.de/englisch/produkte_multinet.h tml (20.09.2008)] це пристрої для збирання крупного мезозоопланктону, макрозоопланктону і дрібного нектону в океанічній пелагіалі (див. Wiebe P.R., Burt K.H., Boyd S.H., Morton A.W. A multiple opening-closing net and environmental sensing system for sampling zooplankton // J. Mar. Res., 1976, - vol.34, - №3, - p.313-326). Принцип роботи цих пристроїв полягає в скиданні важких горизонтальних осей, до яких послідовно прикріплені фільтруючі конуси з млинового сита [див. http://www.gma.org/onlocation/mocness.html (20.09.20080)]. Замикання сіток здійснює оператор з борту судна. Ці пробовідбірники не можуть бути використані для дослідження дрібномасштабної структури розподілу мезопланктону через великі габарити і вагу (до 800кг). Крім того, їх не можна використовувати на мілководді і в прісних водоймищах. Таким чином, існуючі пробовідбірники не дозволяють здійснювати дослідження дрібно- і мікромасштабного розподілу мезо- й іхтіопланктону і не дають достовірних кількісних даних про вертикальний розподіл видів і вікових стадій зоопланктону. Найближчим по технічній суті до пристрою, що заявляється, є планктонометр В.М. Грезе (Опыт 5 применения планктонометр а при исследованиях морского планктона // Океанология, - 1962, - т.2, вып.2, - с.305-310). Пристрій має раму, обтічний корпус з крилами, заглиблювач, лічильник об'єму профільтрованої води, фільтруючу сітку, причому одна половина сітки захищена жорстким корпусом, а друга половина залишається вільною, а також стакан для збирання планктону. Відомий пристрій дозволяє здійснювати репрезентативні кількісні збори з вузьких вертикальних скупчень мезо- й іхтіопланктону, включаючи річки, озера та мілководні морські акваторії, в умовах щільних скупчень желетілого планктону. Основним недоліком описаного планктонометра є те, що він не дозволяє забезпечити безперервне збирання серії проб, що важливо під час виконання кількісних досліджень структури дрібномасштабного розподілу скупчень мезо- й іхтіопланктону та біофізичного моніторингу морських акваторій. В основу винаходу "Пристрій для збирання кількісних проб зоо- та іхтіопланктону МельніковаТемних (КПМТ)" покладено задачу шляхом розробки конструкції приладу забезпечити можливість збору репрезентативних проб для кількісних досліджень структури дрібномасштабного розподілу скупчень мезо- й іхтіопланктону та біофізичного моніторингу морських акваторій. Відповідно до поставленої задачі пристрій повинен відповідати наступним технічним вимогам: - безперервний відбір проб виконувати на швидкості 3 вузли за 30 хвилин; - забезпечувати рівномірне закриття фільтруючих сіток; - відповідність кожної проби одному й тому ж об'єму профільтрованої води, незалежно від коливань швидкості судна, напрямку і сили течій тощо; - здійснення автоматичного підйому пристрою на поверхню після закриття останньої фільтруючої сітки; - відповідність ваги і розмірів пристрою завданням відбору проб на будь-яких типах суден. Поставлена задача досягається тим, що пристрій для збирання кількісних проб зоо- та іхтіопланктону Мельнікова-Темних (КПМТ) додатково містить електронну частину, а також горизонтальне кермо і 10 фільтруючих сіток з планктонними стаканами. Фільтруючі сітки розташовуються всередині корпуса. Пристрій додатково містить турбіну з віссю і механізм керування фільтруючими сітками, який включає редуктор, керувальну рейку, штовхачі, розподільник, осі з фіксаторами. Устя фільтруючих сіток виконується прямокутним з жорсткими горизонтальними планками. Кожна верхня горизонтальна планка попередньої фільтруючої сітки, будучи нижньою планкою наступної сітки, переміщається по вертикальних пазах усередині корпуса. Корпус виконується прямокутним. Турбіна з'єднується з віссю турбіни за допомогою механізму керування фільтруючими сітками, а горизонтальне кермо зв'язане з механізмом закриття останньої сітки і датчиком спливання. Корпус виготовляється з металопластика. Електронна частина містить аналого-цифровий перетворювач, датчики Холла, Bluetooz - бездротову систему передачі даних на комп'ютер, датчики температури, 91144 6 солоності, тиску, кисню, флуоресценції, акустичний трансмітер для передачі інформації про глибину і закриття сіток. Винахід пояснюється фотографіями. Фіг.1 Занурення і відбір проб пристроєм для збирання кількісних проб зоо- та іхтіопланктону МельніковаТемних (КПМТ); Фіг.2 - Основні вузли пристрою; Фіг.3 - керувальна рейка, штовхачі і розподільник механізму керування роботою сіток; Фіг.4 - осі з фіксаторами для скидання сіток, розташовані у вертикальних пазах; Фіг.5 - момент спрацьовування сітки: розподільний механізм звільнив вісь з фіксатором, який закрив попередню сітку (А) і відкрив наступну (Б); Фіг.6 - блок керування сітками зсередини: перша сітка (А) закрита, друга сітка (Б) відкрита; Фіг.7 - блок приймальних стаканів. Пристрій, що заявляється, для збирання кількісних проб зоо- та іхтіопланктону МельніковаТемних (КПМТ) складається з (див. Фіг.2) носового обтічника 1, корпуса 2 і хвостового блока стабілізаторів 3. Носовий обтічник 1 містить вхідний отвір 15, вбудований лічильник об'єму профільтрованої води 16 і індикатори спливання 19. Прямокутний корпус містить турбіну 4, вісь турбіни 5 і механізм керування фільтруючими сітками, який включає три сектори: a) верхній, розташований на корпусі, включає редуктор 6, керувальну рейку 7, штовхачі 8 розподільника 9 з фіксаторами сіток 10; b) середній, який є робочою камерою десяти фільтруючих сіток 11, розташованих усередині корпуса (див. Фіг.6). Кожна фільтруюча сітка має прямокутне устя, горизонтальні сторони якого виконані у вигляді жорстких планок 18 і кожна фільтруюча сітка забезпечена стаканом 12 для збирання планктону. Всередині корпуса по його бічних сторонах розташовуються направляючі вертикальні пази 13 (див. Фіг.6), призначені для переміщення горизонтальних планок 18 фільтруючих сіток. Усі фільтруючі сітки 11 зв'язані між собою за принципом: верхня горизонтальна планка попередньої сітки є нижньою горизонтальною планкою наступної; с) нижній, призначений для розміщення зв'язаних з фіксаторами сіток 10 пружин і тросів, які закривають сітки. Хвостовий блок стабілізаторів 3 пристрою містить горизонтальне кермо 17, яке, перевертаючись при закритті останньої фільтруючої сітки, забезпечує підйом пристрою до поверхні води і вімкнення індикаторів спливання 19 (два яскравих зелених світлодіоди, які вмикаються під час підйому пристрою до поверхні). Також у хвостовому блоці розташовано знімний блок (див. Фіг.7) зі стаканами 12 для збирання планктону. Електронна частина приладу містить такі компоненти: - індикатори спливання 19, які зв'язані з акумулятором і гір коном, котрий реагує на положення горизонтального керма 17; - аналого-цифровий перетворювач із запам'ятовуючим пристроєм, зв'язаний з датчиком тиску, температури, солоності (електропровідності), швидкості буксирування і швидкості потоку всередині пристрою, акумулятор, Bluetooth (бездротова 7 система передачі даних на комп'ютер) і сервісні індикатори (заряд/розряд батарей); - на борту судна використовується мінікомп'ютер (КПК) з системою супутникового позиціонування (GPS), який через Bluetooth приймає накопичену інформацію від пристрою за час буксирування. Корпус і деталі пропонованого пристрою виконані з вуглепластика, склопластика і стійких до дії морської води сплавів алюмінію і нержавіючої сталі, що забезпечує оптимальну вагу (25кг) і розміри (160×80×40 з крилами). Пристрій працює таким чином. Перед буксируванням пристрій готують до роботи. Для цього фіксатори сіток 10 і штовхачі 8, а також горизонтальні планки 18 (див. Фіг.6) фіксують у верхньому положенні, в якому всі сітки закриті. Регулюванням механізму керування задається потрібний об'єм проб. Під час буксирування приладу вода, яка надходить у вхідний отвір 15, обертає турбіну 4 і вісь турбіни 5, зв'язану з механізмом керування сітками через редуктор 6. Редуктор 6 передає рух керувальній рейці 7 і штовхачам 8 розподільника 9. до яких прикріплені фіксатори сіток 10, розташовані в направляючих вертикальних пазах 13. Керувальна рейка 7, рухома редуктором 6, впливає на штовхач 8 і відкриває першу сітку. Планктон, проходячи крізь вхідний отвір 15, потрапляє в першу фільтруючу сітку, а потім в стакан для збирання планктону 12. Через задану кількість обертів керувальний блок закриває першу фільтруючу сітку і автоматично відкриває другу і т.д. Сітки по черзі закриваються і відкриваються через задані інтервали часу, визначувані швидкістю руху керувальної рейки 7, яка, рівномірно і поволі просуваючись (з інтервалом в 3 хвилини) повертає штовхачі 8 і по черзі звільняє фіксатори сіток 10. В момент закриття останньої сітки механізм керування сітками забезпечує поворот горизонтального керма 17, що забезпечує спливання пристрою на поверхню і вмикання індикаторів спливання 19. Під час буксирування інформація про глибину занурення, температуру, солоність, швидкість буксирування, швидкість потоку всередині приладу реєструється датчиками, перетворюється АЦП і 91144 8 записується в запам'ятовуючий пристрій. Під час буксирування в бортовий комп'ютер надходить інформація супутникової системи навігації (GPS). Після буксирування Пристрій виймається з води і через Bluetooth отримана інформація передається в бортовий комп'ютер. Переваги пристрою, що заявляється,полягають в тому, що: - пристрій, на відміну від усіх наявних, надає можливість досліджувати тонкі по вертикалі скупчення планктону з кроком від 10см і досліджувати нові закономірності розподілу планктону в зонах з різкими гідрологічними й гідрохімічними градієнтами; - пристрій працює на будь-яких типах суден, які мають лебідку із сталевим тросом: тобто вперше з'являється можливість досліджувати дрібномасштабний розподіл зоопланктону в шельфовій зоні, навіть на маломірних суднах; - під час роботи виконується автоматичне збирання 10 кількісних проб мезо- та іхтіопланктону при заданих об'ємах профільтрованої води для кожної проби, незалежно від коливань швидкості судна, дрейфу, хвилювання, напрямку, сили вітру: тобто забезпечується прецизійно точний відбір проб; - забезпечується суттєва економія часу експедиційних робіт; - прилад дає можливість здійснювати горизонтальні, косі і вертикальні лови на дистанції в декілька сотень метрів або на циркуляції (в одній точці); - пристрій вперше дає можливість досліджувати тонкі по вертикалі скупчення планктону з кроком від 10см і досліджувати нові закономірності розподілу планктону в зонах з різкими гідрологічними і гідрохімічними градієнтами; - забезпечується експресний безперервний збір проб планктону в зонах екологічного ризику; - пристрій, на відміну від сучасних безперервних реєстраторів планктону, може бути використаний у районах з великою кількістю желетілих (медуз і реброплавів). 9 91144 10 11 Комп’ютерна верстка А. Рябко 91144 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601