Esta investigación fue financiada por el Premio de la Oficina de Investigación del Ejército de EE.UU. W911NF-04-1-0169, el Centro de Investigación y Desarrollo de Ingeniería (ERDC) y la Fundación Nacional para la Ciencia de subvención EAR-1029069. Además, esta investigación fue apoyada por unos Programas de Verano en Investigación de Pregrado beca de la Escuela de Minas de Colorado. Los autores desean agradecer a Ryan Tolene y Paul Schulte por sus contribuciones.

Nota: Las pruebas de laboratorio se realiza usando un tanque de escala de banco de dos dimensiones en interfaz con un aparato de túnel de viento con clima controlado. Tanto el tanque a escala de banco y túnel de viento están equipados con diversas tecnologías de sensores. El siguiente protocolo será primero discutir la construcción y la preparación del depósito de suelo, seguido por una discusión del túnel de viento y la instrumentación de ambos. Las dimensiones del tanque, las dimensiones del túnel de viento, cantidad de sensores, y el tipo de tecnología de sensores presentados pueden ser modificados para adaptarse a las necesidades de una determinada experimental. El protocolo se presenta a continuación se utilizó para estudiar experimentalmente los efectos de la velocidad del viento en la evaporación del suelo desnudo. 1. Construcción y Preparación de medios porosos tanque del Suelo <ol><li> Corte un pedazo grande de 1,2 cm de espesor de vidrio acrílico en cinco paneles individuales. Ensamble estos paneles en un tanque de suelo-techo abierto con longitud interna, anchura y altura de 25, 9,1 y 55 cm, respectivamentecaz. Vidrio acrílico permite procesos en el subsuelo que deben observarse visualmente. </li><li> Dibuja una cuadrícula de 5 x 5 que es de 25 cm por 25 cm en cada uno de los dos paneles de vidrio de gran tamaño (longitud de 25 cm y altura 55 cm), como se muestra en la Figura 1. Asegúrese de que cada cuadrado dentro de la red tiene una superficie de 25 cm2 (Figura 1). La rejilla será utilizado para el espacio correctamente los sensores dentro del tanque del suelo. </li></ol><img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/52704/52704fig1highres.jpg" width="700" /> Figura 1: frontal esquemática y vistas laterales del tanque suelo utilizado para el montaje experimental (dimensiones son en centímetros) (a) La vista frontal del depósito de suelo que muestra el sistema de red que consta de veinticinco 5 cm x 5 cm. plazas. (B) La vista lateral del depósito de suelo, que muestra la temperatura instalado, la humedad relativa y la red de sensor de humedad del suelo como un funcción de profundidad. Tenga en cuenta que los esquemas no están dibujados a escala. <ol start="3"><li> En uno de los grandes planos de vidrio, perforar un total de veinticinco 1,9 cm (¾ de pulgada) de diámetro agujeros para los sensores de humedad del suelo. <ol><li> Perforar cada agujero en el centro de cada cuadrado de la cuadrícula establecida en el paso 1.2 para que los centros de los agujeros de dos plazas colindantes son 5 cm de distancia; la primera serie de agujeros es 2,5 cm por debajo de la parte superior del tanque. Utilice grifos de tamaño adecuado para cortar hilos en cada uno de los agujeros de nueva creación. El espaciado de 5 cm entre los sensores garantiza que cada sensor está fuera del volumen de muestreo de la siguiente sensor más cercano. </li></ol></li><li> Del mismo modo, taladrar y roscar un total de veinticinco 0,635 cm (¼ pulgadas) de diámetro en el centro de cada celda de la malla creada en el Paso 1.2. Asegúrese de que el centro de cada orificio está separado 5 cm de distancia con la primera fila de agujeros situados 2,5 cm por debajo de la parte superior del tanque del suelo. El espaciado de 5 cm entre los sensores asegura que cada sEnsor está fuera del volumen de muestreo de la siguiente sensor más cercano. </li><li> En el panel acrílico utilizado como la parte inferior del tanque, taladrar y roscar un agujero de diámetro ½ pulgada en el centro del panel. Pegue una malla (más fina que los suelos de las pruebas que se utilizarán) sobre el agujero en la parte interna del vidrio. En el lado externo del plano de fondo, instalar un codo de 90 ° que se adjunta a un tubo flexible con una válvula ajustable. Esta válvula y la tubería se utiliza para drenar el agua del tanque a la terminación de un experimento o como una manera de instalar dispositivos de carga constante para el mantenimiento de las profundidades de la tabla de agua constantes. </li><li> Utilice pegamento de grado marino o adhesivo polímero similar resistente al agua para fijar y sellar el tanque juntos como se muestra en la Figura 1. Deje que el pegamento se seque durante un día. </li><li> Para elevar el tanque fuera de la tierra y hacer espacio para el codo de 90 ° (Figura 1), conecte dos piezas adicionales de vidrio acrílico 1,2 cm de espesor con length 12 cm de altura y 5 cm a la parte inferior del tanque. </li></ol> 2. Construcción y Preparación del Clima controlado túnel del viento <ol><li> Construir la parte aguas arriba 215 cm de longitud del túnel de viento de material de conductos de acero galvanizado rectangular que tiene una anchura de 8,5 cm y una altura de 26 cm. Rodea el exterior del conducto con aislamiento de poliestireno. </li><li> Perforar un pequeño agujero en el lado de los conductos cerca de la salida aguas abajo de la parte aguas arriba del túnel de viento para la inserción de un sensor de humedad-temperatura relativa (Figura 2). </li></ol><img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/52704/52704fig2highres.jpg" width="700" /> Figura 2:. Completo experimental, incluyendo tanques, conductos, rejilla sensores (las dimensiones son en centímetros) Completa experimental puesta en marcha del aparato de túnel de viento y tierra-tanque combinado. El túnel de viento eselevada y se encuentra a ras con la superficie del tanque del suelo. El depósito de suelo está equipado con una red de sensores utilizados para medir una variedad de subsuelo y variables atmosféricas. Los círculos de la cuadrícula representan los lugares de inserción de estos sensores. Un sistema de control de calefacción y un ventilador de conducto en línea se utilizan para controlar la temperatura y velocidad del viento, respectivamente. El tubo de pitot-estático se utiliza para medir la velocidad del viento. Todo el aparato se encuentra en una escala de ponderación para obtener un balance de masas durante la experimentación. Tenga en cuenta que el esquema no está dibujado a escala. <ol start="3"><li> Instalar cinco elementos de calefacción por infrarrojos de cerámica colocados en paralelo dentro de un reflector a lo largo de la longitud de la parte de aguas arriba del túnel de viento. Conecte los elementos de calefacción por infrarrojos a un sistema de control de temperatura regulada por un sensor de temperatura de infrarrojos. </li><li> Construir la sección media del túnel de viento de dos 1,2 cm de espesor paneles de acrílico con una longitud y una altura de 25 cm y 26 cm respectivamente.Perforar dos 0,635 cm (¼ de pulgada) de diámetro en uno de los paneles mediados de sección para insertar temperatura y / o sensores de humedad relativa y temperatura en las ubicaciones que se muestran en la Figura 2. <ol><li> Asegure los paneles de acrílico en la parte superior de las paredes laterales del tanque del suelo (es decir, los paneles con dimensiones de 25 cm x 55 cm) utilizando una cinta adhesiva fuerte, lo que garantiza que el túnel de viento y paneles de tanque suelo sientan al ras con los otros. </li></ol></li><li> Construir los primeros 50 cm de la parte de aguas abajo del túnel de viento del mismo tamaño de material de conductos rectangulares describe en el Paso 2.1. En el lado de terminación, reducir el material conductos rectangulares a un conducto redondo 15,3 cm de diámetro con una longitud de 170 cm. Instale un amortiguador de acero galvanizado, que se utiliza para ajustar la velocidad del viento, en el extremo aguas abajo del conducto redondo para la ayuda en el control de la velocidad del viento. </li><li> Como en el paso 2.2, perforar agujero de diámetro uno 0,635 cm en el lado de aguas abajo del conducto rectangular cerca de la entrada para ella inserción de un sensor de humedad-temperatura relativa. Perforar un segundo agujero de diámetro 0,635 cm desde la parte superior del conducto rectangular a lo largo de la línea central del túnel de viento. </li><li> Instalar un ventilador de conducto en línea en el medio de la conducto redondo (es decir, 85 cm aguas abajo de reducción descrito en el Paso 2.4) orientadas para expulsar el aire desde la parte de aguas abajo del túnel de viento. Interfaz del ventilador con un controlador de velocidad variable para un control más preciso de la frecuencia de rotación y, como la velocidad del viento resultado. </li><li> Utilice material de soldadura y estanterías ajustables para elevar y asegurar el aparato de túnel de viento. Asegúrese de que la parte inferior de la red de conductos aguas arriba y aguas abajo son al ras con la parte superior del tanque del suelo (Figura 2). </li></ol> 3. Instalación de Sensores <ol><li> Antes de la instalación dentro del depósito de suelo, asegurar cada humedad del suelo y el sensor de temperatura dentro de un alojamiento roscado NPT (1,9 cm y 0,635 cm carcasas, respectivamente) y seal con sellador intermitente para evitar la entrada de humedad. No utilice productos sellantes a base de silicona, ya que pueden interferir con los componentes electrónicos dentro de algunos sensores. Curar los sensores durante aproximadamente una semana. </li><li> Antes de la instalación en el tanque del suelo, calibrar los sensores de humedad del suelo de acuerdo con el método de α-mezcla de dos puntos desarrollado por Sakaki et al. 12. </li><li> Envuelva las roscas de cada vivienda TNP con cinta fontaneros antes de la instalación en el tanque para ayudar a proporcionar un mejor sellado entre la rosca NPT y vidrio acrílico. </li><li> Instale un total de 25 de humedad del suelo y temperatura sensores cada horizontalmente a través de las paredes del tanque en las ubicaciones indicadas en el Paso 1.2. Torcer los cables de los sensores en sincronía con la instalación / vivienda TNP a fin de no dañar el cableado interno dentro de los cables. No sobre-par los TNFs a fin de evitar que el vidrio se agriete. Conecte los sensores de humedad del suelo y sensores de temperatura a sus datos designadosmadereros. </li><li> Instalar 3 sensores de humedad y temperatura relativas en la superficie del suelo a distancias de 2,5, 12,5 y 21,5 cm desde el borde delantero del tanque. Coloque los sensores en buen contacto con la superficie del suelo de modo que las lecturas de humedad relativa reflejan las condiciones en la superficie del suelo más bien que el aire circundante. Conecte los sensores a los registradores de datos. </li><li> Para obtener la temperatura del aire necesaria y mediciones de humedad relativa en el ambiente, instale sensores de humedad relativa y temperatura en la sección de flujo libre del túnel de viento, utilizando los agujeros perforados a través de las secciones aguas arriba y aguas abajo del túnel de viento, así como los paneles. </li><li> Instale un tubo de Pitot estático directamente aguas abajo del depósito de suelo a través del orificio de 0,635 cm perforado en la parte superior de la sección del túnel de viento río abajo. Mantenga el tubo de pitot-estática a una altura de 13 cm desde el suelo de la sección. Conectar el tubo de pitot-estático a un transductor de presión diferencial. </li><li> Calibrate el transductor de presión diferencial. El medidas de tubo pitot estático presión dinámica que se define como la diferencia del estancamiento y presiones estáticas. El diferencial de presión es interpretado por el transductor de presión como un diferencial de voltaje. <ol><li> Mida el voltaje bajo ninguna condiciones de flujo (voltaje debe ser aproximadamente igual a 0) y para el flujo de una presión dinámica conocida; esto permite una relación lineal que se establezca entre la presión dinámica y la tensión. Determinar la velocidad del viento mediante la aplicación de la ecuación de Bernoulli: <img alt="Ecuación 1" fo:content-width="0.8in" src="/files/ftp_upload/52704/52704eq1.jpg" width="100" /> (1) donde V (m / s) es la velocidad del viento, P dinámica (Pa) es la presión dinámica, y ρ (kg / m 3) es la densidad del aire. </li><li> Comparación de la velocidad calculada utilizando la ecuación (1) con otro dispositivo de medición. Aquí, comparar los diferenciales tubo tra presión pitot estáticonsducer con láser Doppler Velocimetría (LDV) mediciones que tiene una precisión de ± 0,01 m / seg. Nota: Un resumen de los sensores empleados y sus frecuencias de muestreo asociados se puede encontrar en la Tabla 1 para las especificaciones del sensor y otra información, consulte el material adjunto / lista de equipo.. </li></ol></li></ol><table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td> Sensor </td><td> Medidas de Sensor </td><td> Número de sensores empleados en Aparato Experimental </td><td> El muestreo del sensor de frecuencia (min) </td></tr><tr><td> EC-5 </td><td> La humedad del suelo </td><td> 25 </td><td> 10 </td></tr><tr><td> TEC </td><td> Suelo de temperatura / del aire </td><td> 25 </td><td> 10 </td></tr><tr><td> SH-1 </td><td> Propiedades termales </td><td> 1 </td><td> 10 </td></tr><tr><td> EHT </td><td> Humedad relativa / temperatura </td><td&gt; 5 </td><td> 10 </td></tr><tr><td> Cámara infrarroja </td><td> Temperatura de la superficie / evaporación </td><td> 1 </td><td> 1 </td></tr><tr><td> Cámara digital </td><td> Visualización de frente secado </td><td> 1 </td><td> 60 </td></tr><tr><td> Tubo de Pitot estático </td><td> Velocidad del viento </td><td> 1 </td><td> 10 </td></tr><tr><td> Escala para medir peso </td><td> Evaporación / tasa de evaporación acumulada </td><td> 1 </td><td> 10 </td></tr></tbody></table> Tabla 1: Resumen de los sensores utilizados en parte experimental de este estudio. 4. Embale el suelo del tanque y prepararse para el inicio del experimento <ol><li> Antes de empacar el tanque con el suelo, probar su integridad mediante la realización de una prueba de fugas. Llene el tanque con agua y esperar 4-6 horas para asegurar que no haya fugas en la estructura o sensores han desarrollado. <ol><li> Si se desarrollan fugas, drenar el tanque, deje que se seque durante la noche y corregir las fugas utilizando la misma madhesiva arine utilizado durante la construcción inicial. Si se desarrollan sin fugas, drenar el tanque de suelo y prepararse para los siguientes pasos. </li></ol></li><li> Determinar el volumen total del tanque con sensores en su lugar. Llene cuidadosamente el tanque con agua usando un cilindro graduado, asegurándose de registrar la cantidad de agua añadida. Convertir el volumen total registrado a centímetros cúbicos para el uso en el paso 4.5. </li><li> Obtener suelo seco para empacar el tanque del suelo. Caracterizar las propiedades hidráulicas y térmicas del suelo seleccionado por separado de acuerdo con los métodos discutidos en Smits et al. 11 </li><li> Cuidadosamente húmedo empacar el tanque del suelo usando suelo y agua desionizada. <ol><li> Para humedecer-empacar el tanque del suelo, primero verter aproximadamente 5 cm de agua en el tanque. Añadir lentamente suelo seco al agua en el tanque, utilizando una cuchara, en incrementos de 2,5 cm de profundidad. Registrar el peso de la arena añadido durante cada ascensor, así la porosidad del suelo de embalaje se puede calcular. </li><li> Al finalizarde cada capa, presiona repetidamente las paredes del tanque utilizando un mazo de caucho, 100-200 veces, para obtener una densidad aparente uniforme en todo. Mientras la grabación, evitar el contacto con los sensores y cables de los sensores. El uso de dispositivos vibratorios se debe evitar para no dañar la red de sensores sensibles. </li></ol></li><li> Al término de embalaje del tanque, resumir juntos los pesos de cada capa de suelo (ver Paso 4.4) para obtener la masa total de suelo. Divida la masa total por la densidad aparente del suelo (por ejemplo, la densidad aparente de la arena de cuarzo es 2,65 g / cm 3) para determinar el volumen de la arena (V s, 3 cm). Calcular la porosidad (η, m 3 / m 3) del suelo en el tanque de acuerdo con: <img alt="Ecuación 2" fo:content-width="0.8in" src="/files/ftp_upload/52704/52704eq2.jpg" width="100" /> (2) donde (V T, m 3) es el volumen total del tanque vacío determinado en el paso 4.2. </li> &lt;li&gt; Una vez que el tanque está completamente lleno, colocar una cubierta de plástico tal como Saran Wrap sobre el tanque hasta que el experimento está listo para comenzar a prevenir la aparición de la evaporación. </li><li> Coloque el tanque en una escala de ponderación para controlar la pérdida de agua acumulada, que a su vez puede ser utilizado para calcular la tasa de evaporación. </li><li> Calcular la velocidad de evaporación por hora dividiendo la pérdida de peso por hora por el producto de la densidad del agua y el área de la sección transversal de la superficie de evaporación. </li></ol> 5. Iniciar el experimento y comenzar la recopilación de datos <ol><li> Una vez que la configuración se ha completado, las condiciones atmosféricas (temperatura deseados, es decir, la velocidad del viento). Asegúrese de que los registradores de datos y otros sistemas de adquisición de datos se activan y ponen a los intervalos de muestreo correctos (por ejemplo, cada 10 minutos). </li><li> Inicie el sistema de ventilación y control de temperatura. Permitir a las condiciones climáticas se equilibren antes de retirar la cubierta de plástico en la superficie de las stanque de aceite. Ejecutar el experimento para la longitud de tiempo deseado (por ejemplo, 15 días). </li></ol>

<ol>
	<li>Verstraete, M. M., Schwartz, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Desertification+and+global+change.">Desertification and global change.</a> Vegetatio. 91, 3-13 (1991).</li><li>Warren, A., Adams, W. M., Goudie, A. S., Orme, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Desertification.">Desertification.</a> The Physical Geography of Africa. , 342-355 (1996).</li><li>Katata, G., Nagai, H., Ueda, H., Agam, N., Berliner, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+a+land+surface+model+including+evaporation+and+adsorption+processes+in+the+soil+for+the+land-air+exchange+in+arid+regions.">Development of a land surface model including evaporation and adsorption processes in the soil for the land-air exchange in arid regions.</a> J. Hydrometeorol. 8, 1307-1324 (2007).</li><li>Davarzani, H., Smits, K. M., Tolene, R., Illangasekare, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Study+of+the+effect+of+wind+speed+on+evaporation+from+soil+through+integrated+modeling+of+atmospheric+boundary+layer+and+shallow+subsurface.">Study of the effect of wind speed on evaporation from soil through integrated modeling of atmospheric boundary layer and shallow subsurface.</a> Water Resour. Res. 50, (2014).</li><li>Heitman, J. L., Horton, R., Ren, T., Nassar, I. N., Davis, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+test+of+coupled+soil+heat+and+water+transfer+prediction+under+transient+boundary+temperatures.">A test of coupled soil heat and water transfer prediction under transient boundary temperatures.</a> Soil Sci. Soc. Am. J. 72 (5), 1197-1207 (2008).</li><li>Gurr, C. G., Marshall, T. J., Hutton, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Movement+of+water+in+soil+due+to+a+temperature+gradient.">Movement of water in soil due to a temperature gradient.</a> Soil Sci. 74, 335-345 (1952).</li><li>Nassar, I. N., Horton, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Water+transport+in+unsaturated+non-isothermal+salty+soil:+experimental+results.">Water transport in unsaturated non-isothermal salty soil: experimental results.</a> Soil Sci. Soc. Am. J. 53, 1323-1363 (1989).</li><li>Prunty, L., Horton, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Steady-state+Temperature+Distribution+in+Nonisothermal+unsaturated+closed+soil+cells.">Steady-state Temperature Distribution in Nonisothermal unsaturated closed soil cells.</a> Soil Sci. Soc. Am. J. 58, 1358-1363 (1994).</li><li>Bachmann, J., Horton, R., Ren, T., van der Ploeg, R. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+the+thermal+properties+of+four+wettable+and+four+water-repellent+soils.">Comparison of the thermal properties of four wettable and four water-repellent soils.</a> Soil Sci. Soc. Am. J. 65 (6), 1675-1679 (2001).</li><li>Smits, K. M., Sakaki, T., Limsuwat, A., Illangasekare, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+conductivity+of+sands+under+varying+moisture+and+porosity+in+drainage-wetting+cycles.">Thermal conductivity of sands under varying moisture and porosity in drainage-wetting cycles.</a> Vadose Zone J. 9, 1-9 (2010).</li><li>Sakaki, T., Limsuwat, A., Smits, K. M., Illangasekare, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Empirical+two-point+&#945;-mixing+Model+for+calibrating+the+ECH2O+EC-5+soil+sensor+in+sands.">Empirical two-point &#945;-mixing Model for calibrating the ECH2O EC-5 soil sensor in sands.</a> Water Resources Research. 44, W00D08 (2008).</li><li>Shokri, N., Lehmann, P., Or, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaporation+from+layered+porous+media.">Evaporation from layered porous media.</a> J. Geophys. Res. 115, B06204 (2010).</li><li>Van Brakel, J., Mujumdar, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mass+transfer+in+convective+drying.">Mass transfer in convective drying.</a> Advances in Drying. 1, 217-267 (1980).</li><li>Yiotis, A. G., Subos, A. G. B. o. u. d. o. u. v. i. s. A. K., Tsimpanogiannis, I. N., Yortsos, Y. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+liquid+films+on+the+drying+of+porous+media.">The effect of liquid films on the drying of porous media.</a> AIChE J. 50, 2721-2737 (2004).</li><li>Ishihara, Y., Shimojima, E., Harada, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Water+vapor+transfer+beneath+bare+soil+where+evaporation+is+influenced+by+a+turbulent+surface+wind.">Water vapor transfer beneath bare soil where evaporation is influenced by a turbulent surface wind.</a> J. Hydrol. 131 (1-4), 63-104 (1992).</li><li>Lehmann, P., Assouline, S., Or, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characteristic+lengths+affecting+evaporative+drying+of+porous+media.">Characteristic lengths affecting evaporative drying of porous media.</a> Phys. Rev. E. 77 (5 Pt 2), 056309 (2008).</li><li>Trautz, A. C., Smits, K. M., Schulte, P., Illangasekare, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sensible+heat+balance+and+heat-pulse+method+applicability+to+in+situ+soil-water+evaporation.">Sensible heat balance and heat-pulse method applicability to in situ soil-water evaporation.</a> Vadose Zone J. 13, (2014).</li></ol>

Los autores declaran que no tienen intereses financieros en competencia.

El propósito de este protocolo era desarrollar un aparato experimental y procedimientos asociados para la generación de los datos de resolución espacial y temporal altas requeridas para el estudio de las interacciones tierra-atmosférica con respecto al calor y los procesos de transferencia de masa. El aparato experimental descrito consistía en un depósito de suelo y un pequeño túnel de viento, ambos de los cuales fueron equipados con un conjunto de sensores para la medición de variables del suelo y atmosférica...

La comprensión de la interacción entre la tierra y el ambiente es de suma importancia para nuestra comprensión de muchos de los problemas actuales del mundo, tales como filtración de dióxido de carbono geológico-secuestrado en el suelo, el cambio climático, agua y suministro de alimentos, la detección precisa de las minas terrestres, y el saneamiento de las aguas subterráneas y el suelo. Además, las bolsas principales de calor y agua que impulsan las condiciones meteorológicas mundiales y regionales se producen en la superficie de la Tierra. Muchos fenómenos meteorológicos y climáticos (por ejemplo, huracanes, El Ni &amp; # 241; o, sequías, etc.) son impulsados ​​principalmente por los procesos asociados con las interacciones superficie-atmósfera de la tierra 1. Como más de la mitad de la superficie de la tierra en la Tierra es árido o semiárido 2-4, que describe con precisión el ciclo del agua en estas regiones sobre la base de intercambios de calor y de agua entre el aire de la atmósfera y la superficie del suelo es fundamental para mejorar nuestra comprensión de los temas antes mencionados,especialmente en las regiones vulnerables a la sequía prolongada y la desertificación. Sin embargo, a pesar de décadas de investigación, aún quedan muchas lagunas de conocimiento en la comprensión actual de cómo el subsuelo poco profundo y el ambiente interactúan 5. Procesos de transporte que incluyen agua líquida, vapor de agua, y el calor en el suelo son dinámicos y fuertemente acoplado con respecto a las interacciones con el suelo y forzada condiciones de contorno (es decir, temperatura, humedad relativa, radiación térmica). Modelos de transferencia de calor y masa numéricos comúnmente simplifican o pasan por alto algunas de estas complejidades debido en parte a la falta de pruebas y el refinamiento de las teorías existentes derivadas de la escasez de datos de alta resolución temporal y espacial. Conjuntos de datos desarrollados para la validación del modelo se carece a menudo de información atmosférica o subsuelo fundamental para probar adecuadamente las teorías, lo que resulta en modelos numéricos que no tienen en cuenta adecuadamente para la importaciónprocesos de hormigas o dependen de la utilización de parámetros poco conocidos que se ajustan o montarse en el modelo. Este enfoque es ampliamente utilizado debido a su simplicidad y facilidad de uso y tiene en algunas aplicaciones se muestran mucho mérito. Sin embargo, este enfoque puede ser mejorado mediante una mejor comprensión de la física detrás de estos &quot;parametrizaciones concentrados&quot; mediante la realización de experimentos bien controlados en condiciones transitorias que son capaces de pruebas de transferencia de calor y agua teoría 6. Experimentación cuidadosa en el laboratorio permite a los conjuntos de datos de precisión que se generen que posteriormente se puede utilizar para validar los modelos numéricos. Los datos disponibles de los sitios de campo son a menudo incompletos y costoso de obtener, y el grado de control necesarios para obtener una comprensión fundamental de los procesos y generar datos para la validación de modelos podrían considerarse insuficientes en algunos casos. La experimentación de laboratorio de los fenómenos naturales como la evaporación del suelo permite atmoscondiciones atmos- (es decir, temperatura, humedad relativa, velocidad del viento) y las condiciones del suelo (es decir, el tipo de suelo, la porosidad, el embalaje de configuración) para ser cuidadosamente controlados. Muchas de las técnicas de laboratorio utilizadas para estudiar la evaporación del suelo y las propiedades térmicas e hidráulicas del suelo utilizan muestreo destructivo 7-10. Métodos de muestreo destructivos requieren que una muestra de suelo se descomprime para obtener datos de puntos, lo que impide la medición del comportamiento transitorio e interrumpiendo propiedades físicas del suelo; este enfoque introduce error y la incertidumbre a los datos. Mediciones no destructivas, como el método que aquí se presenta, permiten una determinación más precisa y el estudio de la interdependencia de las propiedades del suelo y procesos 11. El objetivo de este trabajo es desarrollar un aparato de depósito de suelo y el protocolo asociado para la generación de datos de resolución espacial y temporal altos relativos a los efectos de los cambios en la atmósfera y las condiciones del subsuelo enla evaporación del suelo desnudo. Para este trabajo, un túnel de viento pequeño capaz de mantener una velocidad constante viento y la temperatura se interconecta con un aparato de depósito de suelo. El túnel de viento y el tanque del suelo están equipados con un conjunto de estado de las tecnologías de sensores de arte para la recopilación de datos autónomo y continuo. La velocidad del viento se mide usando un tubo de pitot-estática de acero inoxidable unido a un transductor de presión. La temperatura y la humedad relativa se supervisan en la atmósfera utilizando dos tipos de sensores. La humedad relativa y la temperatura también son monitoreados en la superficie del suelo. Los sensores de la humedad del suelo y la temperatura medida del subsuelo. Mediciones de peso del aparato tanque se utilizan para determinar la evaporación a través de un balance de masas de agua. Para demostrar la aplicabilidad de este aparato experimental y el protocolo, se presenta un ejemplo de la evaporación del suelo desnudo bajo condiciones variables de velocidad del viento. El depósito de suelo, lleno homogéneamente con una arena bien caracterizado, fue inicialmente completamente saturated y dejó evaporar libremente en condiciones atmosféricas cuidadosamente controladas (temperatura, velocidad del viento).

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>ECH2O EC-5 Soil Moisture Sensor (25)</td>
			<td>Decagon Devices Inc. Decagon.com</td>
			<td>40593</td>
			<td>For specifics visit: http://www.decagon.com/products/soils/volumetric-water-content-sensors/ec-5-soil-moisture-small-area-of-influence/. Sampling frequency on 10 minute intervals, accuracy is &#177;3%, and collect data using the Em50 dataloggers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ECT Soil/Air Temperature Sensor (19)</td>
			<td>Decagon Devices Inc. Decagon.com</td>
			<td>40651</td>
			<td>For specifications visit http://www.decagon.com/products/canopy-atmosphere/temperature/ect-air-temperature/. Sampling frequency on 10 minute intervals, accuracy is &#177;0.5&#176;C, Measure within a temperature of 5 and 40&#176;C, and collect data using the Em50 dataloggers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EHT Relative Humidity and Temperature Sensor (5)</td>
			<td>Decagon Devices Inc. Decagon.com</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Sampling Frequency on 10 minute intervals, accuracy is &#177;3% between 5 and 100% relative humidity, and collect data using Em50 data loggers. For more information visit decagon.com</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Em50 Data Logger (10)</td>
			<td>Decagon Devices Inc. Decagon.com</td>
			<td>40800</td>
			<td>For specifics visit http://www.decagon.com/products/data-management/data-loggers/em50-digital-analog-data-logger/. ECH2O decagon devices, pulls data from the ECT, EC-5, and EHT sensors, and each data logger has 5 sensor connections and a com port that connects from the logger to USB to computer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sartorius Weighing Scale (1)</td>
			<td>Sartorius Corporation</td>
			<td>11209-95</td>
			<td>Sartorius Model 11209-95, Range = 65kg, Resolution = &#177;1g</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Infrared SalamandernCeramic Radiative Heater (1)</td>
			<td>Mor Electric Heating Assoc., Inc. http://www.morelectricheating.com/</td>
			<td>FTE 500-240</td>
			<td>5 heaters needed, adjust to ge thte right ambient/free-flow temperature</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2104 Temperature Control System (1)</td>
			<td>Chromalox</td>
			<td>2104</td>
			<td>Controls the heaters</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Infrared Temperature Sensor Regulator (1)</td>
			<td>Exergen Corporation</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Monitors the heaters temperatures</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stainless Steel Pitot-Static Tube (1)</td>
			<td>Dwyer Instruments, Inc. http://www.dwyer-inst.com/</td>
			<td>Series 160</td>
			<td>For specifics visit http://www.dwyer-inst.com/Product/%20TestEquipment/PitotTubes/Series160. Sensor sampling frequency is every 10 minutes, must be connected to differential pressure transducer and anemometer, and convert the pressure data collected into win velocities using Bernoulli&#39;s equation.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/2 inch Acrylic (1)</td>
			<td>Colorado Plastics http://www.coloradoplastics.com/</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Specific heat of 1464 J kg^-1K^-1, thermal conductivity of 0.2 W m^-1K-1, and a density of 1150 kg m_-3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Galvanized Steel Ducting Material (1)</td>
			<td>Home Depot</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Material used to build wind- tunnel, and both round and rectangular ducting were used in construction and connected using square-to-round reducer duct</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Variable Speed Controller Connected to an In-Line Duct Fan (1)</td>
			<td>Suncourt, Inc. http://www.suncourt.com/</td>
			<td>VS200</td>
			<td>15.3 cm in Diameter Placed in-line with round duct</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Galvanized Steel Damper (1)</td>
			<td>Home Depot</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Used to control/reduce speeds in the wind tunnel for low velocity data</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Accusand #30/40 (1)</td>
			<td>Unimin Corporation http://www.unimin.com/</td>
			<td>N/A</td>
			<td>This sand is silica sand and is 99.8% quartz, its grain shape is classified as rounded, the uniformity coefficient is approximately 1.2, and the grain density is 2.66 g/cm3.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

exploring the effects of atmospheric forcings on evaporation: experimental integration of the atmospheric boundary layer and shallow subsurface

Evaporation is directly influenced by the interactions between the atmosphere, land surface and soil subsurface. This work aims to experimentally study evaporation under various surface boundary conditions to improve our current understanding and characterization of this multiphase phenomenon as well as to validate numerical heat and mass transfer theories that couple Navier-Stokes flow in the atmosphere and Darcian flow in the porous media. Experimental data were collected using a unique soil tank apparatus interfaced with a small climate controlled wind tunnel. The experimental apparatus was instrumented with a suite of state of the art sensor technologies for the continuous and autonomous collection of soil moisture, soil thermal properties, soil and air temperature, relative humidity, and wind speed. This experimental apparatus can be used to generate data under well controlled boundary conditions, allowing for better control and gathering of accurate data at scales of interest not feasible in the field. Induced airflow at several distinct wind speeds over the soil surface resulted in unique behavior of heat and mass transfer during the different evaporative stages.

El objetivo del experimento presentado aquí fue estudiar el efecto de la velocidad del viento en la evaporación del suelo desnudo. Las propiedades clave de la suciedad de ensayo utilizado en el presente estudio se resumen en la Tabla 2. Se realizó una serie de experimentos en los que se aplicaron diferentes condiciones de contorno en la superficie del suelo (es decir, velocidad del viento y la temperatura) (Tabla 3). Aunque se realizaron cuatro experimentos a diferentes velo...

Watch this Scientific Journal Video about Exploring the Effects of Atmospheric Forcings on Evaporation: Experimental Integration of the Atmospheric Boundary Layer and Shallow Subsurface at JoVE.com

Exploring the Effects of Atmospheric Forcings on Evaporation: Experimental Integration of the Atmospheric Boundary Layer and Shallow Subsurface

Se presenta un protocolo para el diseño y construcción de un tanque de suelo interfaz con un pequeño túnel de viento de clima controlado para estudiar los efectos de los forzamientos atmosféricos sobre la evaporación. Tanto el tanque de suelo y túnel de viento están equipados con tecnologías de sensores para la medición continua en situ de las condiciones ambientales.

La exploración de los efectos de los forzamientos atmosféricos de evaporación: Integración experimental de la capa límite atmosférica y superficial del subsuelo

Evaporation is directly influenced by the interactions between the atmosphere, land surface and soil subsurface. This work aims to experimentally study ...

exploring-effects-atmospheric-forcings-on-evaporation-experimental

Research

JoVE Journal

Environment

8.6K vistas.  Colorado School of Mines.  Se presenta un protocolo para el diseño y construcción de un tanque de suelo interfaz con un pequeño túnel de viento de clima controlado para estudiar los efectos de los forzamientos atmosféricos sobre la evaporación. Tanto el tanque de suelo y túnel de viento están equipados con tecnologías de sensores para la medición continua en situ de las condiciones ambientales. 

Video: Exploring the Effects of Atmospheric Forcings on Evaporation: Experimental Integration of the Atmospheric Boundary Layer and Shallow Subsurface

Surface Renewal: An Advanced Micrometeorological Method for Measuring and Processing Field-Scale Energy Flux Density Data

Advanced micrometeorological methods have become increasingly important in soil, crop, and environmental sciences. For many scientists without formal training in atmospheric science, these techniques are relatively inaccessible. Surface renewal and other flux measurement methods require an understanding of boundary layer meteorology and extensive training in instrumentation and multiple data management programs. To improve accessibility of these techniques, we describe the underlying theory of surface renewal measurements, demonstrate how to set up a field station for surface renewal with eddy covariance calibration, and utilize our open-source turnkey data logger program to perform flux data acquisition and processing. The new turnkey program returns to the user a simple data table with the corrected fluxes and quality control parameters, and eliminates the need for researchers to shuttle between multiple processing programs to obtain the final flux data. An example of data generated from these measurements demonstrates how crop water use is measured with this technique. The output information is useful to growers for making irrigation decisions in a variety of agricultural ecosystems. These stations are currently deployed in numerous field experiments by researchers in our group and the California Department of Water Resources in the following crops: rice, wine and raisin grape vineyards, alfalfa, almond, walnut, peach, lemon, avocado, and corn.

Surface renewal is a micrometeorological method that is being used increasingly to determine energy fluxes, but its technical complexity makes it inaccessible to a broad audience. We describe the steps needed to set up and calibrate a surface renewal field station, to acquire and process data, and to correctly interpret results.

Advanced micrometeorological methods have become  increasingly important in soil, crop, and environmental sciences.  For many scientists without formal ...

Investigación

Medio ambiente

Laboratory Simulation of an Iron(II)-rich Precambrian Marine Upwelling System to Explore the Growth of Photosynthetic Bacteria

A conventional concept for the deposition of some Precambrian Banded Iron Formations (BIF) proceeds on the assumption that ferrous iron [Fe(II)] upwelling from hydrothermal sources in the Precambrian ocean was oxidized by molecular oxygen [O2] produced by cyanobacteria. The oldest BIFs, deposited prior to the Great Oxidation Event (GOE) at about 2.4 billion years (Gy) ago, could have formed by direct oxidation of Fe(II) by anoxygenic photoferrotrophs under anoxic conditions. As a method for testing the geochemical and mineralogical patterns that develop under different biological scenarios, we designed a 40 cm long vertical flow-through column to simulate an anoxic Fe(II)-rich marine upwelling system representative of an ancient ocean on a lab scale. The cylinder was packed with a porous glass bead matrix to stabilize the geochemical gradients, and liquid samples for iron quantification could be taken throughout the water column. Dissolved oxygen was detected non-invasively via optodes from the outside. Results from biotic experiments that involved upwelling fluxes of Fe(II) from the bottom, a distinct light gradient from top, and cyanobacteria present in the water column, show clear evidence for the formation of Fe(III) mineral precipitates and development of a chemocline between Fe(II) and O2. This column allows us to test hypotheses for the formation of the BIFs by culturing cyanobacteria (and in the future photoferrotrophs) under simulated marine Precambrian conditions. Furthermore we hypothesize that our column concept allows for the simulation of various chemical and physical environments &#8212; including shallow marine or lacustrine sediments.

Laboratory Simulation of an IronII-rich Precambrian Marine Upwelling System to Explore the Growth of Photosynthetic Bacteria

We simulated a Precambrian ferruginous marine upwelling system in a lab-scale vertical flow-through column. The goal was to understand how geochemical profiles of O2 and Fe(II) evolve as cyanobacteria produce O2. The results show the establishment of a chemocline due to Fe(II) oxidation by photosynthetically produced O2.

Simulación de un laboratorio de hierro (II) ricos sistema de afloramiento Precámbrico marina para explorar el crecimiento de bacterias fotosintéticas

A conventional concept for the deposition of some Precambrian Banded Iron Formations (BIF) proceeds on the assumption that ferrous iron [Fe(II)] upwelling ...

Extraction and Characterization of Surfactants from Atmospheric Aerosols

Surface-active compounds, or surfactants, present in atmospheric aerosols are expected to play important roles in the formation of liquid water clouds in the Earth&#39;s atmosphere, a central process in meteorology, hydrology, and for the climate system. But because specific extraction and characterization of these compounds have been lacking for decades, very little is known on their identity, properties, mode of action and origins, thus preventing the full understanding of cloud formation and its potential links with the Earth&#39;s ecosystems.
In this paper we present recently developed methods for 1) the targeted extraction of all the surfactants from atmospheric aerosol samples and for the determination of 2) their absolute concentrations in the aerosol phase and 3) their static surface tension curves in water, including their Critical Micelle Concentration (CMC). These methods have been validated with 9 references surfactants, including anionic, cationic and non-ionic ones. Examples of results are presented for surfactants found in fine aerosol particles (diameter &#60;1 &#956;m) collected at a coastal site in Croatia and suggestions for future improvements and other characterizations than those presented are discussed.

Methods are presented for the targeted extraction of surfactants present in atmospheric aerosols and the determination of their absolute concentrations and surface tension curves in water, including their Critical Micelle Concentration (CMC).

Extracción y caracterización de los agentes tensioactivos de los aerosoles atmosféricos

Surface-active compounds, or surfactants, present in atmospheric aerosols are expected to play important roles in the formation of liquid water clouds in ...

Data Processing Methods for 3D Seismic Imaging of Subsurface Volcanoes: Applications to the Tarim Flood Basalt

The morphology and structure of plumbing systems can provide key information on the eruption rate and style of basalt lava fields. The most powerful way to study subsurface geo-bodies is to use industrial 3D&#160;reflection seismological imaging. However, strategies to image subsurface volcanoes are very different from that of oil and gas reservoirs. In this study, we process seismic data cubes from the Northern Tarim Basin, China, to illustrate how to visualize sills through opacity rendering techniques and how to image the conduits by time-slicing. In the first case, we isolated probes by the seismic horizons marking the contacts between sills and encasing strata, applying opacity rendering techniques to extract sills from the seismic cube. The resulting detailed sill morphology shows that the flow direction is from the dome center to the rim. In the second seismic cube, we use time-slices to image the conduits, which corresponds to marked discontinuities within the encasing rocks. A set of time-slices obtained at different depths show that the Tarim flood basalts erupted from central volcanoes, fed by separate pipe-like conduits.

Three-dimensional (3D) reflection seismology is a powerful method for imaging subsurface volcanoes. By using industrial 3D seismological data from the Tarim Basin, we illustrate how to extract the sills and the conduits of subsurface volcanoes from seismic data cubes.

Métodos de procesamiento de datos para la proyección de imagen sísmica 3D de volcanes subterráneos: aplicaciones del basalto de la inundación de Tarim

The morphology and structure of plumbing systems can provide key information on the eruption rate and style of basalt lava fields. The most powerful way ...

Experimental Methods of Dust Charging and Mobilization on Surfaces with Exposure to Ultraviolet Radiation or Plasmas

Electrostatic dust transport has been hypothesized to explain a number of observations of unusual planetary phenomena. Here, it is demonstrated using three recently developed experiments in which dust particles are exposed to thermal plasma with beam electrons, beam electrons only, or ultraviolet (UV) radiation only. The UV light source has a narrow bandwidth in wavelength centered at 172 nm. The beam electrons with the energy of 120 eV are created with a negatively biased hot filament. When the vacuum chamber is filled with the argon gas, a thermal plasma is created in addition to the electron beam. Insulating dust particles of a few tens of microns in diameter are used in the experiments. Dust particles are recorded to be lofted to a height up to a few centimeters with a launch speed up to 1 m/s. These experiments demonstrate that photo and/or secondary electron emission from a dusty surface changes the charging mechanism of dust particles. According to the recently developed &#34;patched charge model&#34;, the emitted electrons can be re-absorbed inside microcavities between neighboring dust particles below the surface, causing the accumulation of enhanced negative charges on the surrounding dust particles. The repulsive forces between these negatively charged particles may be large enough to mobilize and lift them off the surface. These experiments present the advanced understanding of dust charging and transport on dusty surfaces, and laid a foundation for future investigations of its role in the surface evolution of airless planetary bodies.

Dust charging and mobilization is demonstrated in three experiments with exposure to thermal plasma with beam electrons, beam electrons only, or ultraviolet (UV) radiation only. These experiments present the advanced understanding of electrostatic dust transport and its role in shaping the surfaces of airless planetary bodies.

Métodos experimentales de polvo de carga y la movilización en las superficies con la exposición a la radiación ultravioleta o Plasmas

Electrostatic dust transport has been hypothesized to explain a number of observations of unusual planetary phenomena. Here, it is demonstrated using ...

Determination of the Settling Rate of Clay/Cyanobacterial Floccules

The mechanisms underpinning the deposition of fine-grained, organic-rich sediments are still largely debated. Specifically, the impact of the interaction of clay particles with reactive, planktonic cyanobacterial cells to the sedimentary record is under studied. This interaction is a potentially major contributor to shale depositional models. Within a lab setting, the flocculation and sedimentation rates of these materials can be examined and measured in a controlled environment. Here, we detail a protocol for measuring the sedimentation rate of cyanobacterial/clay mixtures. This methodology is demonstrated through the description of two sample experiments: the first uses kaolin (a dehydrated form of kaolinite) and Synechococcus sp. PCC 7002 (a marine coccoid cyanobacteria), and the second uses kaolin and Synechocystis sp. PCC 6803 (a freshwater coccoid cyanobacteria). Cyanobacterial cultures are mixed with varying amounts of clay within a specially designed tank apparatus optimized to allow continuous, real-time video and photographic recording. The sampling procedures are detailed as well as a post-collection protocol for precise measurement of chlorophyll a from which the concentration of cyanobacterial cells remaining in suspension can be determined. Through experimental replication, a profile is constructed that displays sedimentation rate.

The interaction and sedimentation of the clay and bacterial cells within the marine realm, observed in natural environments, can be best investigated in a controlled lab environment. Here, we describe a detailed protocol, which outlines a novel method for measuring the sedimentation rate of clay and cyanobacterial floccules.

Determinación de la tasa de asentamiento de arcilla/cianobacterias copo

The mechanisms underpinning the deposition of fine-grained, organic-rich sediments are still largely debated. Specifically, the impact of the interaction ...

In Situ Hybridization Techniques for Paraffin-Embedded Adult Coral Samples

Corals are important ocean invertebrates that are critical for overall ocean health as well as human health. However, due to human impacts such as rising ocean temperatures and ocean acidification, corals are increasingly under threat. To tackle these challenges, advances in cell and molecular biology have proven to be crucial for diagnosing the health of corals. Modifying some of the techniques commonly used in human medicine could greatly improve researchers&#39; ability to treat and save corals. To address this, a protocol for in situ hybridization used primarily in human medicine and evolutionary developmental biology has been adapted for use in adult corals under stress.
The purpose of this method is to visualize the spatial expression of an RNA probe in adult coral tissue that has been embedded in paraffin and sectioned onto glass slides. This method focuses on removal of the paraffin and rehydration of the sample, pretreatment of the sample to ensure permeability of the sample, pre-hybridization incubation, hybridization of the RNA probe, and visualization of the RNA probe. This is a powerful method when using non-model organisms to discover where specific genes are expressed, and the protocol can be easily adapted for other non-model organisms. However, the method is limited in that it is primarily qualitative, because expression intensity can vary depending on the amount of time used during the visualization step and the concentration of the probe. Furthermore, patience is required, as this protocol can take up to 5 days (and in many cases, longer) depending on the probe being used. Finally, non-specific background staining is common, but this limitation can be overcome.

In Situ Hybridization Techniques for Paraffin-Embedded Adult Coral Samples

The goal of this protocol is to perform in situ hybridization on adult coral samples that have been embedded in paraffin and sectioned onto glass slides. This is a qualitative method used to visualize the spatial expression of an RNA anti-sense probe in paraffin-embedded tissues.

In Situ Técnicas de hibridación para muestras de corales adultos parafinadas

Corals are important ocean invertebrates that are critical for overall ocean health as well as human health. However, due to human impacts such as rising ...

Sampling, Sorting, and Characterizing Microplastics in Aquatic Environments with High Suspended Sediment Loads and Large Floating Debris

The ubiquitous presence of plastic debris in the ocean is widely recognized by the public, scientific communities, and government agencies. However, only recently have microplastics in freshwater systems, such as rivers and lakes, been quantified. Microplastic sampling at the surface usually consists of deploying drift nets behind either a stationary or moving boat, which limits the sampling to environments with low levels of suspended sediments and floating or submerged debris. Previous studies that employed drift nets to collect microplastic debris typically used nets with &#8805;300 &#181;m mesh size, allowing plastic debris (particles and fibers) below this size to pass through the net and elude quantification. The protocol detailed here enables: 1) sample collection in environments with high suspended loads and floating or submerged debris and 2) the capture and quantification of microplastic particles and fibers &lt;300 &#181;m. Water samples were collected using a peristaltic pump in low-density polyethylene (PE) containers to be stored before filtering and analysis in the lab. Filtration was done with a custom-made microplastic filtration device containing detachable union joints that housed nylon mesh sieves and mixed cellulose ester membrane filters. Mesh sieves and membrane filters were examined with a stereomicroscope to quantify and separate microplastic particulates and fibers. These materials were then examined using a micro-attenuated total reflectance Fourier transform infrared spectrometer (micro ATR-FTIR) to determine microplastic polymer type. Recovery was measured by spiking samples using blue PE particulates and green nylon fibers; percent recovery was determined to be 100% for particulates and 92% for fibers. This protocol will guide similar studies on microplastics in high velocity rivers with high concentrations of sediment. With simple modifications to the peristaltic pump and filtration device, users can collect and analyze various sample volumes and particulate sizes.

Most microplastic research to date has occurred in marine systems where suspended solid levels are relatively low. Focus is now shifting to freshwater systems, which may feature high sediment loads and floating debris. This protocol addresses collecting and analyzing microplastic samples from aquatic environments that contain high suspended solid loads.

Muestreo, clasificación y caracterización de Microplastics en ambientes acuáticos con cargas de sedimento en suspensión alta y basura flotante grande

The ubiquitous presence of plastic debris in the ocean is widely recognized by the public, scientific communities, and government agencies. However, only ...

Design and Use of an Apparatus for Quantifying Bivalve Suspension Feeding at Sea

As shellfish aquaculture moves from coastal embayments and estuaries to offshore locations, the need to quantify ecosystem interactions of farmed bivalves (i.e., mussels, oysters, and clams) presents new challenges. Quantitative data on the feeding behavior of suspension-feeding mollusks is necessary to determine important ecosystem interactions of offshore shellfish farms, including their carrying capacity, the competition with the zooplankton community, the availability of trophic resources at different depths, and the deposition to the benthos. The biodeposition method is used to quantify feeding variables in suspension-feeding bivalves in a natural setting and represents a more realistic proxy than laboratory experiments. This method, however, relies upon a stable platform to satisfy the requirements that water flow rates supplied to the shellfish remain constant and the bivalves are undisturbed. A flow-through device and process for using the biodeposition method to quantify the feeding of bivalve mollusks were modified from a land-based format for shipboard use by building a two-dimensional gimbal table around the device. Planimeter data reveal a minimal pitch and yaw of the chambers containing the test shellfish despite boat motion, the flow rates within the chambers remain constant, and operators are able to collect the biodeposits (feces and pseudofeces) with sufficient consistency to obtain accurate measurements of the bivalve clearance, filtration, selection, ingestion, rejection, and absorption at offshore shellfish aquaculture sites.

A flow-through device for using the biodeposition method to quantify filtration and feeding behavior of bivalve mollusks was modified for shipboard use. A two-dimensional gimbal table built around the device isolates the apparatus from boat motion, thereby allowing the accurate quantification of bivalve filtration variables at offshore shellfish aquaculture sites.

Diseño y uso de un aparato para cuantificar bivalvo suspensión de alimentación en el mar

As shellfish aquaculture moves from coastal embayments and estuaries to offshore locations, the need to quantify ecosystem interactions of farmed bivalves ...

An Experimental Protocol for Studying Mineral Effects on Organic Hydrothermal Transformations

Organic-mineral interactions are widely occurring in hydrothermal environments, such as hot springs, geysers on land, and the hydrothermal vents in the deep ocean. Roles of minerals are critical in many hydrothermal organic geochemical processes. Traditional hydrothermal methodology, which includes using reactors made of gold, titanium, platinum, or stainless-steel, is usually associated with the high cost or undesired metal catalytic effects. Recently, there is a growing tendency for using the cost-effective and inert quartz or fused silica glass tubes in hydrothermal experiments. Here, we provide a protocol for carrying out organic-mineral hydrothermal experiments in silica tubes, and we describe the essential steps in the sample preparation, experimental setup, products separation, and quantitative analysis. We also demonstrate an experiment using a model organic compound, nitrobenzene, to show the effect of an iron-containing mineral, magnetite, on its degradation under a specific hydrothermal condition. This technique can be applied to study complex organic-mineral hydrothermal interactions in a relatively simple laboratory system.

Earth-abundant minerals play important roles in the natural hydrothermal systems. Here, we describe a reliable and cost-effective method for the experimental investigation of organic-mineral interactions under hydrothermal conditions.

Un protocolo Experimental para el estudio de efectos minerales orgánicos transformaciones hidrotermales

Organic-mineral interactions are widely occurring in hydrothermal environments, such as hot springs, geysers on land, and the hydrothermal vents in the ...