Возможность исследования количественных показателей планктонных сообществ in situ с применением оптических зондирующих устройств
|
Введение 3
1 Биолюминесценция гидробионтов и возможности ее стимуляции 6
1.1 Биолюминесценция 6
1.2 Роль различных групп организмов в формировании 8
биолюминесцентного поля океана
1.3 Методы стимуляции 22
2 Методы и средства проведения исследования биолюминесценции 25
2.1 Методы исследований свечения моря 25
2.1.1 Визуальные наблюдения 25
2.1.2 Инструментальные наблюдения 28
2.1.3 Лабораторные исследования 34
2.2 Обзор и анализ существующих батифотометров 35
2.3 Результаты лабораторных исследований ультразвукового метода 46 стимуляции
3 Разработка макета батифотометра с ультразвуковой системой 61
стимуляции
3.1 Выбор комплектующих для проектируемого батифотометра 61
3.2 Разработка виртуальной трехмерной модели прибора 70
3.3 Принцип работы спроектированного батифотометра 73
Заключение 75
Список использованных источников
1 Биолюминесценция гидробионтов и возможности ее стимуляции 6
1.1 Биолюминесценция 6
1.2 Роль различных групп организмов в формировании 8
биолюминесцентного поля океана
1.3 Методы стимуляции 22
2 Методы и средства проведения исследования биолюминесценции 25
2.1 Методы исследований свечения моря 25
2.1.1 Визуальные наблюдения 25
2.1.2 Инструментальные наблюдения 28
2.1.3 Лабораторные исследования 34
2.2 Обзор и анализ существующих батифотометров 35
2.3 Результаты лабораторных исследований ультразвукового метода 46 стимуляции
3 Разработка макета батифотометра с ультразвуковой системой 61
стимуляции
3.1 Выбор комплектующих для проектируемого батифотометра 61
3.2 Разработка виртуальной трехмерной модели прибора 70
3.3 Принцип работы спроектированного батифотометра 73
Заключение 75
Список использованных источников
Биолюминесценция - проявление жизнедеятельности организма в виде электромагнитного излучения в видимой области спектра, кинетические закономерности которого тесно связаны с кинетикой и механизмом порождающих его химических реакций и процессов метаболизма.
Биолюминесценция обнаружена у более 700 видов морских и наземных организмов всех уровней филогенеза, от бактерий до рыб. Около 80 % известных биолюминесцентных организмов обитают в Океане, среди них много глубоководных.
Вклад различных систематических групп гидробионтов в биолюминесценцию неодинаков - основная роль в создании биолюминесцентного излучения принадлежит планктонным организмам.
Для регистрирования in situбиолюминесценции планктонных организмов были разработаны погружаемые измерительные устройства, которые получили название батифотометры, причем наиболее перспективными и точными признаются методы буксировки и зондирования.
Актуальность исследования
Исследование динамики характеристик биолюминесценции водной толщи при помощи батифотометров, актуально для выявления общих закономерностей функционирования планктонных сообществ, а также причин, вызывающих их изменчивость во времени и пространстве. В свою очередь производительность батифотометров сильно зависит от эффективности стимуляции биолюминесценции, которая является необходимым аспектом для возбуждения свечения. При этом на эффективность стимуляции влияют такие параметры, как степень потери сигнала преждевременным возбуждением в приемнике батифотометра, а также продолжительность и интенсивность возбуждения.
Актуальность темы магистерской диссертации связана с недостаточной эффективностью методов стимулирования в существующих батифотометрах и заключается в необходимости разработки усовершенствованной системы стимуляции биолюминесценции, которая позволит улучшить качество измерений биолюминесценции планктонных сообществ in situс применением оптических зондирующих устройств.
Объект исследования - биолюминесценция планктонных сообществ.
Предмет исследования - методы стимуляции биолюминесценции планктонных организмов.
Цель исследования - усовершенствовать метод стимулирования биолюминесценции планктонных организмов и предложить его техническую реализацию в существующих батифотометрах или новом зондирующем устройстве.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи исследования:
1) проанализировать особенности биолюминесценции планктонных организмов;
2) найти подтверждение возможности использования ультразвукового метода стимулирования биолюминесценции планктонных организмов;
3) сравнить эффективность существующих метод стимуляции
биолюминесценции с ультразвуковым методом;
4) спроектировать батифотометр, использующий ультразвуковой метод стимуляции планктонных организмов;
5) построить виртуальную трёхмерную модель спроектированного батифотометра.
Научная новизна исследования.
Впервые был спроектирован батифотометр, использующий новую эффективную систему стимуляции биолюминесценции планктонных организмов при помощи ультразвуковых волн;
Практическая значимость работы. Полученные результаты
исследования и макетирования могут быть использованы при создании батифотометра, использующего высокоэффективный метод стимуляции биолюминесценции планктонных организмов, который позволит улучшить качество проводимых измерений биолюминесценции планктонных сообществ in situс применением оптических зондирующих устройств.
Объем и структура диссертации
Магистерская диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованных источников. Материал диссертации изложен на 81 странице, включает 34 рисунка и 12 таблиц. Список использованных источников содержит 37 наименований.
Содержание работы
Во введении обосновывается актуальность выбранной темы диссертационного исследования, обсуждаются цели и задачи исследования, научная новизна, научная и практическая значимость диссертации. Кратко представлено содержание диссертации.
В главе 1 дается описание явления биолюминесценции, роль различных групп организмов в формировании биолюминесцентного поля. Были рассмотрены региональные сообщества биолюминесцирующих гидробионтов, существующие в Черном, Баренцевом и Норвежском морях, а также методы стимуляции биолюминесценции.
В главе 2 дается описание существующих методов исследования биолюминесценции, проводится анализ существующих приборов, разработанных для измерения биолюминесценции, а также приводятся факты, подтверждающие эффективность использования ультразвукового метода стимуляции.
В главе 3 выполняется выбор комплектующих для создания батифотометра на основе анализа существующих приборов, приводится схема расположения комплектующих, а также представлены результаты построения виртуальной трёхмерной модели батифотометра, использующего ультразвуковую систему стимуляции.
В заключении сформулированы основные результаты диссертационного исследования.
Биолюминесценция обнаружена у более 700 видов морских и наземных организмов всех уровней филогенеза, от бактерий до рыб. Около 80 % известных биолюминесцентных организмов обитают в Океане, среди них много глубоководных.
Вклад различных систематических групп гидробионтов в биолюминесценцию неодинаков - основная роль в создании биолюминесцентного излучения принадлежит планктонным организмам.
Для регистрирования in situбиолюминесценции планктонных организмов были разработаны погружаемые измерительные устройства, которые получили название батифотометры, причем наиболее перспективными и точными признаются методы буксировки и зондирования.
Актуальность исследования
Исследование динамики характеристик биолюминесценции водной толщи при помощи батифотометров, актуально для выявления общих закономерностей функционирования планктонных сообществ, а также причин, вызывающих их изменчивость во времени и пространстве. В свою очередь производительность батифотометров сильно зависит от эффективности стимуляции биолюминесценции, которая является необходимым аспектом для возбуждения свечения. При этом на эффективность стимуляции влияют такие параметры, как степень потери сигнала преждевременным возбуждением в приемнике батифотометра, а также продолжительность и интенсивность возбуждения.
Актуальность темы магистерской диссертации связана с недостаточной эффективностью методов стимулирования в существующих батифотометрах и заключается в необходимости разработки усовершенствованной системы стимуляции биолюминесценции, которая позволит улучшить качество измерений биолюминесценции планктонных сообществ in situс применением оптических зондирующих устройств.
Объект исследования - биолюминесценция планктонных сообществ.
Предмет исследования - методы стимуляции биолюминесценции планктонных организмов.
Цель исследования - усовершенствовать метод стимулирования биолюминесценции планктонных организмов и предложить его техническую реализацию в существующих батифотометрах или новом зондирующем устройстве.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи исследования:
1) проанализировать особенности биолюминесценции планктонных организмов;
2) найти подтверждение возможности использования ультразвукового метода стимулирования биолюминесценции планктонных организмов;
3) сравнить эффективность существующих метод стимуляции
биолюминесценции с ультразвуковым методом;
4) спроектировать батифотометр, использующий ультразвуковой метод стимуляции планктонных организмов;
5) построить виртуальную трёхмерную модель спроектированного батифотометра.
Научная новизна исследования.
Впервые был спроектирован батифотометр, использующий новую эффективную систему стимуляции биолюминесценции планктонных организмов при помощи ультразвуковых волн;
Практическая значимость работы. Полученные результаты
исследования и макетирования могут быть использованы при создании батифотометра, использующего высокоэффективный метод стимуляции биолюминесценции планктонных организмов, который позволит улучшить качество проводимых измерений биолюминесценции планктонных сообществ in situс применением оптических зондирующих устройств.
Объем и структура диссертации
Магистерская диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованных источников. Материал диссертации изложен на 81 странице, включает 34 рисунка и 12 таблиц. Список использованных источников содержит 37 наименований.
Содержание работы
Во введении обосновывается актуальность выбранной темы диссертационного исследования, обсуждаются цели и задачи исследования, научная новизна, научная и практическая значимость диссертации. Кратко представлено содержание диссертации.
В главе 1 дается описание явления биолюминесценции, роль различных групп организмов в формировании биолюминесцентного поля. Были рассмотрены региональные сообщества биолюминесцирующих гидробионтов, существующие в Черном, Баренцевом и Норвежском морях, а также методы стимуляции биолюминесценции.
В главе 2 дается описание существующих методов исследования биолюминесценции, проводится анализ существующих приборов, разработанных для измерения биолюминесценции, а также приводятся факты, подтверждающие эффективность использования ультразвукового метода стимуляции.
В главе 3 выполняется выбор комплектующих для создания батифотометра на основе анализа существующих приборов, приводится схема расположения комплектующих, а также представлены результаты построения виртуальной трёхмерной модели батифотометра, использующего ультразвуковую систему стимуляции.
В заключении сформулированы основные результаты диссертационного исследования.
Биолюминесценция - важная особенность жизнедеятельности пелагического сообщества, которая может быть использована для экспресс- оценки его структурированности и функционального состояния, и поэтому это явление заслуживает внимательного изучения с точки зрения наиболее эффективного метода исследования.
В настоящей работе было проведено исследование гидробиофизических характеристик планктонных организмов, различных методов изучения биолюминесценции и методов стимулирующих воздействий на планктонные организмы с целью получения от них биолюминесцентного отклика.
В ходе исследования были получены следующие результаты. Эффективная стимуляция планктонных организмов является одним из главных факторов влияющих на качество измерений биолюминесценции планктонных сообществ in situс применением оптических зондирующих устройств. В существующих батифотометрах используется система стимуляции, которая может быть улучшена, внедрением иного метода стимулирования. Таким методом является использование ультразвука в качестве стимулирующего воздействия на планктонные организмы. Была показана возможность использования и эффективность данного метода, относительно уже применяемых методов в существующих приборах для измерения биолюминесценции.
Был произведен сравнительный анализ существующих измерителей биолюминесценции для выявления необходимых комплектующих и конструктивных особенностей с целью проектирования батифотометра с ультразвуковой системой стимуляции.
На основании выполненного анализа, были выбраны необходимые комплектующие и определены конструктивные особенности, использованные при дальнейшем проектировании и создании виртуальной трёхмерной модели.
Полученные результаты исследования и макетирования могут быть применены при создании батифотометра, использующего высокоэффективный метод стимуляции биолюминесценции планктонных организмов, который позволит улучшить качество проводимых измерений биолюминесценции планктонных сообществ in situс применением оптических зондирующих устройств.
В настоящей работе было проведено исследование гидробиофизических характеристик планктонных организмов, различных методов изучения биолюминесценции и методов стимулирующих воздействий на планктонные организмы с целью получения от них биолюминесцентного отклика.
В ходе исследования были получены следующие результаты. Эффективная стимуляция планктонных организмов является одним из главных факторов влияющих на качество измерений биолюминесценции планктонных сообществ in situс применением оптических зондирующих устройств. В существующих батифотометрах используется система стимуляции, которая может быть улучшена, внедрением иного метода стимулирования. Таким методом является использование ультразвука в качестве стимулирующего воздействия на планктонные организмы. Была показана возможность использования и эффективность данного метода, относительно уже применяемых методов в существующих приборах для измерения биолюминесценции.
Был произведен сравнительный анализ существующих измерителей биолюминесценции для выявления необходимых комплектующих и конструктивных особенностей с целью проектирования батифотометра с ультразвуковой системой стимуляции.
На основании выполненного анализа, были выбраны необходимые комплектующие и определены конструктивные особенности, использованные при дальнейшем проектировании и создании виртуальной трёхмерной модели.
Полученные результаты исследования и макетирования могут быть применены при создании батифотометра, использующего высокоэффективный метод стимуляции биолюминесценции планктонных организмов, который позволит улучшить качество проводимых измерений биолюминесценции планктонных сообществ in situс применением оптических зондирующих устройств.