תיבות שונית אלמוגים: מזוקוסמוס באתרו וארגז כלים להרכבת קהילות שוניות
Summary
מבנים גיאודזיים מעוגנים באמצע המים הנקראים תיבות אלמוגים מספקים פלטפורמת מחקר מודולרית, ניתנת להרחבה ומתכווננת אנכית שניתן להשתמש בה כדי לבנות, לנטר ולהפריע לקהילות שוניות אלמוגים באזורים שלא פעלו בעבר, כולל מול החוף.
Abstract
שוניות אלמוגים משגשגות ומספקות שירותי מערכת אקולוגית מקסימליים כאשר הן תומכות במבנה טרופי רב-מפלסי וגדלות בתנאי איכות מים נוחים הכוללים רמות אור גבוהות, זרימת מים מהירה ורמות מזון נמוכות. איכות מים ירודה ועקה אנתרופוגנית אחרת גרמו לתמותת אלמוגים בעשורים האחרונים, מה שהוביל להורדת דירוג טרופי ולאובדן מורכבות ביולוגית בשוניות רבות. פתרונות להיפוך הגורמים להורדת דירוג טרופי נותרו חמקמקים, בין השאר משום שמאמצים לשקם שוניות נעשים לעתים קרובות באותם תנאים מופחתים שגרמו לתמותת אלמוגים מלכתחילה.
תיבות אלמוגים, מבני ציפה חיובית, מתוכננים לספק תנאי איכות מים משופרים ומגוון ביולוגי מסתורי תומך עבור אלמוגים שעברו טרנסלוקציה וגויסו באופן טבעי כדי להרכיב מזוקוסמות שונית בריאות לשימוש כפלטפורמות מחקר ארוכות טווח. מבני ניטור שוניות אוטונומיות (ARMS), מתקני התיישבות פסיביים, משמשים להעברת המגוון הביולוגי של השונית המסתורית לתיבות האלמוגים, ובכך מספקים “דחיפה” לגיוס טבעי ותורמים תמיכה אקולוגית לבריאות האלמוגים. מידלנו ובדקנו בניסוי שני עיצובים של תיבות כדי להעריך את מאפייני הגרר של המבנים ולהעריך את יציבותם ארוכת הטווח במרכז המים בהתבסס על תגובתם לכוחות הידרודינמיים.
לאחר מכן התקנו שני עיצובים של מבני Arks בשני אתרי שוניות בקריביים ומדדנו מספר מדדי איכות מים הקשורים לסביבת Arks לאורך זמן. בעת הפריסה ו-6 חודשים לאחר מכן, תיבות האלמוגים הציגו מדדים משופרים של תפקוד השונית, כולל זרימה גבוהה יותר, אור וחמצן מומס, הישרדות גבוהה יותר של אלמוגים שעברו טרנסלוקציה, וירידה במשקעים ובמיקרוביאליזציה ביחס לאתרים סמוכים בקרקעית הים באותו עומק. שיטה זו מספקת לחוקרים פלטפורמה מותאמת וארוכת טווח לבניית קהילות שוניות שבהן ניתן להתאים את תנאי איכות המים המקומיים על ידי שינוי פרמטרים של פריסה כגון עומק ואתר.
Introduction
ברחבי העולם, מערכות אקולוגיות של שוניות אלמוגים עוברות מעברים מקהילות בנטיות בעלות מגוון ביולוגי גבוה, הנשלטות על ידי אלמוגים, לקהילות בעלות מגוון נמוך יותר הנשלטות על ידי מאקרו-אצות דשא ובשרניות 1,2,3. עשרות שנים של התקדמות באפיון מנגנוני השפלת שוניות האלמוגים חשפו כיצד קשרים בין קהילות מיקרוביאליות ומקרו-אורגניזם מגבירים את הקצב והחומרה של מעברים אלה. לדוגמה, דיג יתר של שוניות על ידי אוכלוסיות אנושיות יוצר מפל טרופי שבו עודף סוכרים שמקורם פוטוסינתטי מאצות לא מרוסקות מזרים אנרגיה לתוך קהילות המיקרואורגניזמים בשונית, ובכך מניעים פתוגנזה וגורמים לירידה באלמוגים 4,5,6. הורדת דירוג טרופית זו מתחזקת על ידי אובדן המגוון הביולוגי בשוניות הנובע מירידת איכות המים 7,8. ניתן להשתמש בניסויים ברמת מזוקוסמוס כדי להבין טוב יותר ולמתן את הירידה בדרגה הטרופית של קהילות שוניות האלמוגים על ידי שיפור המגוון הביולוגי ושיפור איכות המים, אך אתגרים לוגיסטיים מקשים על יישום מחקרים אלה באתרם.
אחת התוצאות של הורדת הדירוג הטרופי בשוניות היא אובדן נרחב של מגוון ביולוגי מסתורי, שחלק גדול ממנו נותר בלתי מאופיין 7,9. אלמוגים מסתמכים על מערך מגוון של אורגניזמים בשונית מסתורית (“קריפטוביוטה”) התומכים בבריאותם בכך שהם ממלאים תפקידים אינטגרליים בהגנה מפני טורפים 10, ניקוי11, רעיית אצות מתחרות 12,13 וויסות כימיית מי השונית 14,15. עד לאחרונה ובשל המגבלות המתודולוגיות של סקרים חזותיים, קריפטוביוטה של שוניות לא הייתה מיוצגת מספיק ולא הובנה כראוי בהקשר של אקולוגיה של שוניות, ולכן הן כמעט ולא נלקחות בחשבון במאמצים לשקם או לבנות מחדש שוניות. בעשור האחרון, השימוש ביחידות התיישבות סטנדרטיות הנקראות מבני ניטור שוניות אוטונומיות (ARMS) בשילוב עם גישות ריצוף בתפוקה גבוהה אפשרו איסוף ואפיון טובים יותר של קריפטוביוטה של שונית16,17. ARMS מגייסים באופן פסיבי נציגים של כמעט כל המגוון הביולוגי הידוע של שוניות האלמוגים וסייעו לחשוף תפקידים פונקציונליים רבים של אורגניזמים מסתוריים בתהליכים בקנה מידה של שוניות 9,18,19,20,21,22,23. יחידות התיישבות אלה, אם כן, מספקות מנגנון להעברת ביוטה של שונית מסתורית לצד אלמוגים על מנת להרכיב קהילות שוניות שלמות יותר עם מנגנונים מתווכים ביולוגית, כגון מרעה, הגנה ושיפור איכות המים המקומית, החיוניים לשמירה על המבנה הטרופי.
שוניות הנשלטות על ידי אלמוגים משגשגות בסביבות בעלות אור גבוה, חומרים מזינים נמוכים ומחומצנות היטב. פעילויות אנושיות כגון עיור, חקלאות ודיג יתר הפחיתו את איכות המים בשוניות אלמוגים רבות על ידי הגדלת המשקעים, חומרי המזון, המתכות ותרכובות אחרות במי נגר24,25 ועל ידי שינוי מחזור ביו-גיאוכימי 26. בתורו, פעילויות אלה פוגעות בקהילות שוניות באמצעות חניקה, דלדול אנרגיה, אספקת מזהמים הקשורים לשקיעה27,28, שיפור הצמיחה של מאקרו-אצות המתחרות באלמוגים29, הגדלת שפע הפתוגנים המיקרוביאליים6,30,31, ויצירת אזורים היפוקסיים שהורגים חסרי חוליות מסתוריים32,33 . אלה ו”השפעות מקומיות” אחרות מתווספות לשינויים אזוריים וגלובליים בתנאי האוקיינוס, כולל עליית טמפרטורות וירידה ברמת החומציות, מה שמחמיר עוד יותר את התנאים של אלמוגים ואורגניזמים אחרים בשונית34,35. בממשק הבנטי-מים, באופן ספציפי, הדינמיקה הנשימתית והפוטוסינתטית של קהילות בנטיות גורמות לתנודות ב-pH ובחמצן המומס, אשר הופכות בולטות יותר בשוניות מפורקות מאוד, ובכך יוצרות תנאים שחסרי חוליות בנתיים אינם יכולים לסבול32,36,37,38 . לפיכך, אספקת תנאי איכות מים הולמים חיונית להרכבת קהילות שוניות מתפקדות, אך הדבר נותר מאתגר מכיוון שמספר גדל והולך של שוניות לכודות במצבי השפלה שונים.
ניתן להתגבר על רבים מהאתגרים העומדים בפני אלמוגים וטקסים מסתוריים בסיסיים על הבנת’ואים באמצעות מעבר לאמצע המים, המוגדר כאן כמיקום עמודת המים בין פני השטח של האוקיינוס לקרקעית הים. בסביבת אמצע המים, איכות המים משופרת39,40, השקיעה מופחתת, והמרחק מקרקעית הים מפחית תנודות בפרמטרים הקשורים למטבוליזם בנתי. מאפיינים אלה משתפרים עוד יותר על ידי מעבר מהחוף, שם השפעות אנתרופוגניות יבשתיות, כגון נגר שמקורו יבשתי, הופכות מדוללות יותר ויותר עם המרחק מהחוף. כאן, אנו מציגים ומספקים פרוטוקולים לבנייה, פריסה וניטור של תיבות שונית האלמוגים, גישה הממנפת תנאי איכות מים משופרים במרכז המים ומשלבת מגוון ביולוגי מסתורי על מבנים מעוגנים וציפה חיובית להרכבת קהילות שוניות אלמוגים.
מערכות תיבות שונית האלמוגים, או “תיבות”, מורכבות משני מרכיבים עיקריים: (1) פלטפורמה גיאודזית קשיחה תלויה המוגבהת מעל הבנתוס, ו-(2) זרועות מכוסות אורגניזמים או “זרעים” המעבירות קריפטוביוטה של שונית מאזורים בנטיים סמוכים, ובכך משלימות את תהליכי הגיוס הטבעיים כדי לספק לאלמוגים המועברים קהילת שוניות מגוונת ומתפקדת יותר. מבנה גיאודזי נבחר כדי למקסם את החוזק ולמזער את חומר הבנייה (ולכן את המשקל), וכן כדי ליצור סביבת זרימה פנימית וטורבולנטית המקבילה למטריצת השונית.
שני עיצובים של תיבות הותקנו בהצלחה בשני אתרי שדה בקריביים, וכיום הם משמשים למחקר על הקמת קהילות שוניות ורצף אקולוגי (איור 1). מבני תיבות האלמוגים נועדו להיות פלטפורמות מחקר ארוכות טווח, וככאלה, המוקד העיקרי של כתב יד זה הוא לתאר פרוטוקולים לאתר, להתקין, לפקח ולתחזק מבנים אלה כדי למקסם את יציבותם ואת תוחלת החיים שלהם בסביבת המים הבינוניים. נעשה שימוש בשילוב של מודלים ובדיקות בתוך המים כדי להעריך את מאפייני הגרר של המבנים ולהתאים את התכנון כך שיעמוד בכוחות ההידרודינמיים הצפויים. לאחר ההתקנה, הוקמו קהילות שוניות על התיבות ועל אתרי בקרה בנתיים סמוכים באותו עומק באמצעות שילוב של טרנסלוקציה פעילה (אלמוגים ויחידות זרוע זרעים) וגיוס טבעי. תנאי איכות המים, דינמיקה של קהילות מיקרוביאליות והישרדות אלמוגים בתיבות תועדו בכמה נקודות זמן לאורך תקופת הרצף המוקדמת והושוו מול אתרי הבקרה הבנטיים. עד כה, התנאים הקשורים לסביבת תיבות האלמוגים במים הבינוניים היו באופן עקבי נוחים יותר עבור אלמוגים והקונסורציום המסתורי הקשור אליהם ביחס לאתרי הבקרה הבנטיים השכנים באותם עומקים. השיטות שלהלן מתארות את השלבים הנדרשים כדי לשכפל את גישת תיבות האלמוגים, כולל כיצד לבחור אתרים ולתכנן ולפרוס מבני תיבות אלמוגים. גישות מוצעות לניטור תיבות אלמוגים כלולות בקובץ משלים 1.
Protocol
Representative Results
Discussion
התוצאות המייצגות שהוצגו לעיל מראות כי תיבות אלמוגים מספקות בית גידול ותנאי איכות מים משופרים להרכבת קהילות שוניות על פלטפורמות מחקר יציבות באתרן. ארונות ואתרי בקרה על קרקעית הים באותו עומק הציגו פרופילי איכות מים שונים באופן עקבי. מהירויות זרם ממוצעות גבוהות יותר ומרחק רב יותר מהחוף הפחיתו את השקיעה והעכירות בסביבת אמצע המים באתרי התיבות (איור 6B), מה שככל הנראה תרם לריכוזי פחמן אורגני מומס נמוכים יותר שנמדדו בתיבות (איור 6F). יתר על כן, שיפורים אלה בצלילות המים הביאו לעוצמות אור גבוהות יותר בשעות היום בתיבות ביחס לאתרי הבקרה (איור 6A). תנודות נמוכות יותר בחמצן המומס מצביעות על זמינות חמצן משופרת עבור אלמוגים בתיבות בהשוואה לבנטוס, במיוחד בלילה (איור 6G). כל המדדים האלה נקשרו לשיפורים בהישרדות אלמוגים 42, גדילה 43,44,45 והתאוששות מעקה46,47 בעבודות קודמות, וייתכן שהם קשורים לתוצאות הישרדות משופרות של אלמוגים שהועתקו לתיבות בהשוואה לאתרי בקרה בנתיים (איור 8 ). העובדה שתנאים אלה נמשכים גם לאחר הצטברות של ביומסה משמעותית באמצעות ביופולינג מצביעה על כך שתהליכי גיוס טבעיים אינם מפחיתים את תכונות איכות המים המשופרות של סביבת אמצע המים. התיבות נפרסו במרחק של 3 ק”מ מהחוף של אתרי הבקרה הבנטיים, וככל הנראה נהנו מירידה בתשומות של משקעים יבשתיים, חומרי מזון ואולי גם לחצי דיג המאתגרים אתרים קרובים לחוף. תיבות ישיבה באזורים עם מים נקיים והשפעה אנושית נמוכה (כגון מהחוף) עשויות לספק סביבה טובה יותר מאשר אזורי חוף שנפגעו קשות כדי להפיץ את המגוון הביולוגי בשונית לניסויים ברמת מזוקוסמוס.
הממצאים הראשוניים הצביעו גם על כך שתיבות המים האמצעיות חוו פחות מיקרוביאליזציה, תהליך שוניות מרכזי הקשור לפגיעה בבתי הגידול של השוניות הבנטיות 4,48. תשומות תזונתיות גבוהות ודיג יתר זוהו כגורמים ללולאות משוב טרופיות ברחבי השונית שבהן מתפשטות קהילות מיקרוביאליות מעורערות אנרגטית, וכתוצאה מכך לירידה נשימתית של חמצן זמין מטבולית ולשכיחות מוגברת של פתוגנים אלמוגים בבנתוס 6,49,50,51 . השפע המופחת של נגיפים חופשיים בשוניות מיקרוביאליות, המשמשים בקרה ליטית ראשונית על צמיחת הקהילה המיקרוביאלית, מצביע על התמוטטות במבנה הטרופי המעדיף התפשטות מיקרוביאלית נוספת52. מיקרובים הקשורים לעמודי מים בתיבות היו פחות נפוצים (איור 7B) וקטנים יותר פיזית (איור 7D) מאשר באתרי קרקעית הים. התיבות גם הציגו יחס גבוה יותר בין וירוסים למיקרובים (איור 7A), שפע של נגיפים חופשיים (איור 7C) וזמינות חמצן מומס, במיוחד בלילה (איור 6G). יחד, ממצאים אלה מצביעים על כך שסביבת אמצע המים הראתה פחות פוטנציאל למיקרוביאליזציה ביחס לאתרי קרקעית הים. תיבות, כמזוקוסמות שבהן ניתן לשנות את תנאי הסביבה פשוט על ידי התאמה אנכית בעמודת המים, מציעות הזדמנות למתן ולחקור עוד יותר את המנגנונים המיקרוביאליים והמולקולריים של השפלת שוניות.
כדורים גיאודזיים בשני תדרים שונים נבחרו לתכנון תיבות האלמוגים המוצגות כאן (איור 1). תדר גיאודזי (1V, 2V, 3V) מציין את מספר תת-האלמנטים החוזרים בספירה גיאודזית, עם תדרים גבוהים יותר המתאימים למספר גבוה יותר של תת-אלמנטים משולשים. מנקודת מבט מבנית, פוליהדרה גיאודזית מפזרת מתח מכני בכל המבנה, וכתוצאה מכך חוזק מולד גבוה לגודלם53,54. מאפיינים אלה מספקים עמידות גבוהה ואריכות ימים, אך באים במחיר של גרר הידרודינמי גבוה יותר, אשר יכול לגרום לעומסים גבוהים יותר על מערכת העגינה. מנקודת מבט של בית גידול, הגרר שנוצר על ידי מערכת התיבה מייצג אינדיקטור לפיזור התנע בתוך המבנה, ולפיכך, למידת הפחתת זרימת הסביבה הפנימית. התוצאות המודליות והמתוקפות בניסוי מצביעות על ירידה של 40%-70% במהירות הזרימה בתוך תיבות ה”מעטפת” ביחס לשדה הזרימה שמסביב עקב יצירת זרימה טורבולנטית בתוך המבנים (ראה סעיף 6 בקובץ משלים 1). בעוד שהרמה האופטימלית של הפחתת זרימה פנימית אינה ברורה (ושונה בתדירות הגיאודזית), אזורים של זרימה מופחתת בתוך המבנה חשובים ליצירת בתי גידול נישתיים 55,56, רה-מינרליזציה של חומרי מזון 57,58, וקידום שימור ויישוב הזחלים 59,60 . באופן כללי, מבנים גיאודזיים גדולים יותר ובתדר גבוה יותר, במיוחד באתרי התקנה חשופים יותר, דורשים מערכות עיגון בעלות כוח אחיזה גבוה יותר ויתירות רבה יותר המשולבות בתכנון המבני.
התוצאות ממדידות מבוססות שדה של רכיב הגרר של מתח על מערכת העגינה של ארון “מעטפת” תאמו מאוד את התוצאות שהופקו מהערכות הגרירה המודליות והניסיוניות (איור 4) והיו בתוך טווחי התכנון הצפויים. תוצאות אלה מצביעות על כך שההנחות של המודל ההידרודינמי תקפות וכי המודל יכול לחזות כוחות גרר על פני טווחי זרם הרקע. עם זאת, בעוד שהסטיות בנתוני המודל והניסוי היו קטנות, טווח הזרימות במהלך תקופת הבדיקה, שהיו אופייניות למהירויות זרימה סביבתיות שאינן סופות באתר, לא אפשרו אימות קפדני על פני ספקטרום המידול המלא. בחיזוי דרישות התכנון של מערכות תיבות אלמוגים, יש לשלב מאמצי מידול עם מידע על תדירות הסערות והחשיפה באתרי הפריסה המתוכננים לתכנון מבנים ומערכות עגינה שיוכלו לשרוד את הכוחות ההידרודינמיים הצפויים. עבודת המידול המוצגת כאן יכולה לשמש לתכנון מערכות Ark באתרים אחרים עם כניסות מינימליות (גודל התיבה הרצוי, תדירות ומהירויות זרם ממוצעות באתר הפריסה) על ידי מתן מקדמי גרר וכוחות צפויים מרביים על מערכת העגינה והעגינה.
מערכות ארונות ו-ARMS הן מודולריות ויכולות להיבנות בקני מידה שונים ובחומרים חלופיים מאלה שתוארו כאן. למרות שתוחלת החיים הסופית שלהם עדיין לא נקבעה, תיבות האלמוגים תוכננו להיות בעלות מחזור חיים של כ -10 שנים. ההרכב החומרי של התיבות וה-ARMS משפיע על אורך החיים של המבנים, על משקל המערכות, ולפיכך על הציפה הנדרשת כדי לקזז את המשקל ועשוי להשפיע על תגובתן של קהילות עכירות מוקדמות (קובץ משלים 1-איור S7). לדוגמה, אבן גיר מספקת מצע טבעי יותר להתיישבות ביולוגית בזרועות והיא מופקת בקלות ובזול ברוב איי השונית הפחמתית, אך היא שברירית וכבדה יותר מחומרים אחרים כגון PVC ופיברגלס. יש לקחת בחשבון גורמים אלה כנגד מאפיינים ספציפיים לאתר כדי לתכנן מערכות ARMS, Arks ועגינה המטפלות בצורה הטובה ביותר בתוצאות הפרויקט הרצויות.
כמו כן, יש לבחור את אתרי הפריסה של תיבות אלמוגים בהתבסס על מטרות הפרויקט המיועדות (כלומר, מחקר, הפחתה או שיקום). גורמים שיש לקחת בחשבון לבחירת האתר כוללים גישה לחומרים, מצב או מצב שונית, השקעה/מעורבות קהילתית, הגבלת משאבים, תמיכה מוסדית ודרישות היתר. תיבות אלמוגים עשויות לספק הזדמנויות לענות על צרכים ספציפיים באתרים אשר: (1) מכילים שוניות אלמוגים חיות במצב גרוע יחסית וייהנו מפעילויות שיקום כדי לשפר את גיוס האלמוגים, כיסוי האלמוגים, הגנת החופים או משאבי המזון האנושיים; (2) יש צורך בהעתקת אלמוגים למקום אחר, דבר שעשוי להתרחש, למשל, כאשר קיימות דרישות חוקיות להעברת אלמוגים חיים מפריטי פסולת המיועדים לפינוי (באתרים אלה, ניתן להשתמש בארונות אלמוגים בשיתוף פעולה עם, או בתמיכה, במאמצי שיקום ושתילה קיימים לשיפור תוצאות הטרנסלוקציה); (3) לדרוש מחקר בטכנולוגיות שימור ושחזור חדשניות באמצעות תיבות אלמוגים כדי לשפר את הצלחת המאמצים המקומיים; או (4) יש תנאים מקומיים מובחנים מספיק (כלומר, סדרי גודל שונים של השפעה אנתרופוגנית), כלומר מזוקוסמות סטנדרטיות יכולות להניב השוואות משמעותיות לגבי תהליכים והתערבויות בשונית. הגישות הספציפיות לניטור היבטים של המערכת האקולוגית של תיבות האלמוגים, כגון גידול ביולוגי, מגוון וכימיה של מים, ישתנו בין פרויקטים בהתבסס על מטרות הפרויקט ומשתנים ספציפיים לאתר. מתווה מייצג לניטור מדעי של תיבות אלמוגים שנערך עד כה מופיע בסעיף 5 לקובץ משלים 1.
העיצוב של מבני תיבות האלמוגים יכול להכיל אלמוגים כמעט מכל מין, גודל וגיל, ואמור לספק תנאים משופרים ביחס לאלה שעל בנתוס שונית מופרעת. בהתאם לשיעורי הצמיחה וההסתיידות שנצפו במערכת נתונה, ייתכן שתידרש תוספת של ציפה חיובית למבני התיבה כדי לפצות על הגידול הביולוגי ולהפחית את הסיכון לטביעה. ניתן לשקול מבנים בעלי ציפה חיובית באמצע המים באמצעות תא עומס מתח/דחיסה, או מד מאמץ, כדי לקבוע אם משקל הקהילה בתוך המים גדל (איור 5). מדידות תקופתיות או ארוכות טווח באמצעות תא העומס יכולות להשלים מדדי גדילה אלמוגים אחרים ברזולוציה עדינה יותר כדי ליצור מדד של גדילה/הסתיידות ברמת הקהילה, ונכללו כמשימת תחזוקה קבועה כדי לקבוע אם למערכת יש מספיק ציפה חיובית כדי לפצות על הגידול הביולוגי הזה לאורך זמן. במקרה שלא ניתן עוד לפקח או לתחזק ארון תקשורת מותקן, ניתן יהיה למקם אותו מחדש ו/או להסיר את הציפה כדי לאפשר לארון להיות מחובר היטב לבנטוס.
השיטות המתוארות כאן מספקות לחוקרים ארגז כלים רב-תכליתי להרכבת קהילות שוניות מים בינוניות שניתן למקם במקומות עם איכות מים משופרת. על ידי שינוי העומק או המיקום של מבני הארונות, שינויים בפרמטרים של איכות המים יכולים להיות קשורים באופן ניסיוני לשינויים במבנה קהילת השונית ובמסלולים עוקבים. תכונת תכנון זו מאפשרת לחוקרים לנצל את השטח השופע והלא מנוצל בסביבה של אמצע המים כדי להרכיב ולחקור מזוקוסמות של שוניות אלמוגים. השימוש בזרועות זרעים כדי לאתר מגוון ביולוגי מסתורי ולספק “דחיפה” לגיוס טבעי של חסרי חוליות מרעה ניידים מספק פתרון פונקציונלי להפחתת ביופולינג אצות, ובכך תחרות בנתית על אלמוגים. שימוש במבני דגימה מבוססים וסטנדרטיים כרכיבים של מערכת זו מספק ערך מוסף בכך שהוא מאפשר ניטור ארוך טווח של קהילות מוצפנות בארונות והשוואה למערכי נתונים שנוצרו באמצעות ARMS ככלי מפקד מגוון ביולוגי עולמי.
תיבות אלמוגים יכולות לשמש כפלטפורמה הוליסטית יותר, משולבת ומווסתת את עצמה להתרבות ביומסה של אלמוגים וחסרי חוליות, שלאחר מכן ניתן לשתול אותה בשוניות סמוכות ויכולה לספק מקלט בטוח לאלמוגים לגדול ולהתרבות בתנאי איכות מים משופרים. כפי שמודגם כיום בפורטו ריקו, ארונות יכולים להניב תוצאות הישרדות משופרות עבור פרויקטים להפחתת הסיכון הכוללים העתקה של אלמוגים ומגוון ביולוגי של שוניות מפריטי פסולת או אזורים מושפלים. לתיבות יש רלוונטיות בפרויקטים ארוכי טווח כשיטה להחליף בתי גידול לאוכלוסיות דגים, לבחון אסטרטגיות שימור חדשניות ולשמר את המגוון הביולוגי של השוניות המקומיות. בתוך כך, Arks מספקים כלים מגוונים לביצוע מחקרים באתרם של מכלולי שוניות ורצף אקולוגי ועשויים להפיק תובנות חדשות על קישוריות שוניות.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים למארק ורמיי, קריסטן מרהבר וקרן המחקר CARMABI בקוראסאו על מתן משאבים, תמיכה ותובנות לפרויקט זה. אנו מודים לתוכנית השיקום של NAVFAC Atlantic Vieques ולצוות ההנדסה של ג’ייקובס על תמיכתם הלוגיסטית והטכנית המשמעותית בהתקנה, תחזוקה וניטור של תיבות האלמוגים בוויאקס. אנו אסירי תודה גם למייק אנגרה, טוני לוק, סינתיה סילביירה, נטשה וארונה, אנדרס סאנצ’ס-קווינטו, לארס טר הורסט ובן דארבי על עזרתם ותרומתם הבונה בתחום. מחקר זה מומן על ידי פרס חוקר סימביוזה ימית של קרן גורדון ובטי מור ל-FLR ועל ידי תוכנית ההסמכה הטכנולוגית לביטחון סביבתי של משרד ההגנה (RC20-5175).
Materials
| PVC ARMS | |||
| 316 Stainless Steel Hex Head Bolt, Partially Threaded, 8" length, 1/4"-20 Thread Size | McMaster Carr | 92186A569 | Bolts for PVC ARMS assembly Per unit: 4x |
| 316 Stainless Steel Hex Nut, Super-Corrosion-Resistant, 1/4"-20 Thread Size | McMaster Carr | 94805A029 | Nuts for PVC ARMS assembly Per unit: 8x |
| 316 Stainless Steel Nylon-Insert Locknut, Super-Corrosion-Resistant, 1/4"-20 Thread Size | McMaster Carr | 90715A125 | Locknuts for PVC ARMS assembly Per unit: 4x |
| 316 Stainless Steel Washer for 1/4" Screw Size, 0.281" ID, 0.625" OD | McMaster Carr | 90107A029 | Washers for PVC ARMS assembly Per unit: 8x |
| Nylon Unthreaded Spacers – 1/2" Long, 1/2" OD, Black | McMaster Carr | 90176A159 | Nylon spacers for PVC ARMS assembly Per unit: 20x |
| PVC Sheet Type 1, 0.25" Thick, Gray | McMaster Carr | 8747K215 | PVC for ARMS stacking plates. See Supplemental File 1-Figure SI 4. Per unit: 9x Refers to drawing: Yes |
| PVC Sheet Type 1, 0.5" Thick, Gray | McMaster Carr | 8747K217 | PVC for ARMS baseplates. See Supplemental File 1-Figure SI 1. Per unit: 1x Refers to drawing: Yes |
| PVC Sheet Type 1, 0.5" Thick, Gray | McMaster Carr | 8747K217 | PVC for ARMS long cross spacers. See Supplemental File 1-Figure SI 2. Per unit: 4x Refers to drawing: Yes |
| PVC Sheet Type 1, 0.5" Thick, Gray | McMaster Carr | 8747K217 | PVC for ARMS short cross spacers. See Supplemental File 1-Figure SI 3. Per unit: 8x Refers to drawing: Yes |
| Ratcheting Combination Wrench, 7/16" | McMaster Carr | 5163A15 | Wrenches to secure PVC ARMS hardware Per unit: 2x |
| Rebar, 3-ft Lengths, 1/2" Thick | McMaster Carr | 7480N115 | Rebar stakes to secure PVC ARMS to benthos. Mallet required. Per unit: 4x |
| Sequentially Numbered Metal Tags | McMaster Carr | 2208N349 | Numbered tags for ARMS ID Per unit: 1x |
| Limestone ARMS | |||
| DeWalt Wet Tile Saw | Home Depot | D24000S | Cut limestone tile into stackable pieces Per unit: 1x |
| Lift Bag, 50 lb Capacity | Amazon | B07GCNGRDR | Lift bag for transport of Limestone ARMS to benthos Per unit: 1x |
| Milk Crate, Heavy Duty, 13" x 19" x 11" | Amazon | B06XGBDJMD | Crate for transport of Limestone ARMS to benthos Per unit: 1x |
| Natural Limestone or Travertine Tile (Unfilled) – 12" x 12" | Bedrosians Tile & Stone | TRVSIENA1212T | Base material for Limestone ARMS layers and stacking pieces. See Supplemental File 1-Figure SI 7 and Figure SI 8. Per unit: 10x Refers to drawing: Yes |
| PC-11 Epoxy Adhesive Paste, Two-Part Marine Grade | Amazon | B008DZ1864 | Two-part epoxy for Limestone ARMS assembly |
| Shell Ark | |||
| Downline: 1" Nylon, 6' length thimble-to-thimble with stainless sailmaker thimble at top, heavy duty galvanized thimble at bottom | West Marine | Custom | Nylon mooring line for attaching Ark mooring bridle to anchor system. Per unit: 1 |
| Main structure: 105-B Epoxy | West Marine (made by West System) | 318352 | Epoxy to seal foam in struts. |
| Main structure: 205-B Hardener | West Marine (made by West System) | 318378 | Epoxy to seal foam in struts. |
| Mooring bridle: 3-1/8" X 2" small diamond base padeye with 7/8" bail | West Marine (Made by Harken) | 130560 | Padeyes for attaching mooring system to Ark base. Per unit: 5 |
| Main structure: 3/4" H-80 Divinycell Closed-Cell Foam, Plain Sheet 48" x 96" | Fiberglass Supply | L18-1110 | Buoyant foam for struts. Cut foam into 1.5" wide strips, 15.5" long for S1 struts and 19" long for S2 struts, add to struts. Per unit: 120 |
| Downline: 3/4" Stainless Masterlink | Lift-It (Made by Suncor) | S0652-0020 | Masterlink, connects top of swivel to lower portion of 5-point mooring bridle. Per unit: 1 |
| Mooring bridle: 3/8" Stainless Long D Shackles with Captive Self-Locking Pin | West Marine (Made by Wichard) | 116293 | High-strength shackles to connect pad eyes to mooring system. Per unit: 5 |
| Main structure: 316 SS, Pan Head Phillips Screw, 1/4-20, 3" Long | McMaster Carr | 91735A385 | Bolts to attach hull anodes to stainless struts Per unit: 2 |
| ARMS attachments: 316 Stainless Steel Nylon-Insert Locknut, Super-Corrosion-Resistant, 1/2"-13 Thread Size | McMaster | 90715A165 | Locknuts for attaching ARMS to ARMS mounting baseplates (8 per unit) Per unit: 80 |
| ARMS Baseplates: 316 Stainless Steel Nylon-Insert Locknut, Super-Corrosion-Resistant, 1/4"-20 Thread Size | McMaster | 90715A125 | Locknuts for ARMS mounting baseplates (struts and Stars) Per unit: 600 |
| Coral plate baseplates: 316 Stainless Steel Nylon-Insert Locknut, Super-Corrosion-Resistant, 1/4"-20 Thread Size | McMaster | 90715A125 | Locknuts for attaching coral plate baseplates to struts Per unit: 600 |
| Coral plate attach: 316 Stainless Steel Nylon-Insert Locknut, Super-Corrosion-Resistant, 1/4"-20 Thread Size | McMaster | 90715A125 | Locknuts to attach coral plates to baseplates Per unit: 80 |
| Mooring bridle: 316 Stainless Steel Nylon-Insert Locknut, Super-Corrosion-Resistant, 1/4"-20 Thread Size | McMaster | 90715A125 | Padeye locknuts for attaching pad eyes to struts. Per unit: 20 |
| Main structure: 316 Stainless Steel Nylon-Insert Locknut, Super-Corrosion-Resistant, 10-32 Thread Size | McMaster | 90715A115 | Locknuts for star-strut connections Per unit: 475 |
| Main structure: 316 Stainless Steel Pan Head Phillips Screw, 10-32 Thread, 2-1/2" Long | McMaster | 91735A368 | Bolts for star-strut connections Per unit: 475 |
| Mooring bridle: 316 Stainless Steel Phillips Flat Head Screws, 1/4"-20 Thread Size, 2-3/4" Long | McMaster | 91500A341 | Padeye bolts for attaching pad eyes to struts. Per unit: 15 |
| ARMS Baseplates: 316 Stainless Steel Phillips Flat Head Screws, 1/4"-20 Thread Size, 3" Long | McMaster | 91500A554 | Bolts for attaching ARMS mounting baseplates to Stars Per unit: 475 |
| Mooring bridle: 316 Stainless Steel Phillips Flat Head Screws, 1/4"-20 Thread Size, 3" Long | McMaster | 91500A554 | Padeye bolts for attaching pad eyes through struts & Stars. Per unit: 5 |
| Mooring bridle: 316 Stainless Steel Screw-Pin Shackle – for Lifting, 1/2" Thick | McMaster | 3583T15 | Shackles to connect lower bridle thimbles to small links on Masterlink. Per unit: 5 |
| ARMS attachments: 316 Stainless Steel Split Lock Washer for 1/2" Screw Size, 0.512" ID, 0.869" OD | McMaster | 92147A033 | Lock washers for attaching ARMS to ARMS mounting baseplates (4 per unit) Per unit: 40 |
| ARMS attachments: 316 Stainless Steel Washer for 1/2" Screw Size, 0.531" ID, 1.25" OD | McMaster | 90107A033 | Backing washers for attaching ARMS to ARMS mounting baseplates (4 per unit) Per unit: 40 |
| ARMS Baseplates: 316 Stainless Steel Washer for 1/4" Screw Size, 0.281" ID, 0.625" OD | McMaster | 90107A029 | Washers for attaching ARMS mounting baseplates to struts Per unit: 40 |
| Coral plate baseplates: 316 Stainless Steel Washer for 1/4" Screw Size, 0.281" ID, 0.625" OD | McMaster | 90107A029 | Washers for attaching coral plate baseplates to struts Per unit: 40 |
| Coral plate attach: 316 Stainless Steel Washer for 1/4" Screw Size, 0.281" ID, 0.625" OD | McMaster | 90107A029 | Washers to attach coral plates to baseplates Per unit: 160 |
| Main structure: 316 Stainless Steel Washer for Number 10 Screw Size, 0.203" ID, 0.438" OD | McMaster | 90107A011 | Washers for star-strut connections Per unit: 475 |
| Buoyancy: 316 Stainless Steel Washer, 1" Screw Size, 2" OD | McMaster | 90107A038 | Large washers for central rod (2 per float) Per unit: 22 |
| ARMS attachments: 316 Stainless Steel Washer, Oversized, 1/2" Screw, 1.5" OD, 0.052"- 0.072" Thickness | McMaster | 91525A145 | Oversized washers for attaching ARMS to ARMS mounting baseplates (4 per unit) Per unit: 40 |
| Coral plates: 3M Marine Adhesive Sealant – Fast Cure 5200 | McMaster | 67015A44 | Adhesive to glue limestone tiles to PVC coral baseplates. Drill out corners with masonry bit. |
| Buoyancy: 3M Marine Adhesive Sealant – Fast Cure 5200 | McMaster | 67015A44 | Adhesive for securing fiberglass threaded rods into trawl floats Per unit: 2 |
| Mooring bridle: 5/8" Dyneema with Stainless Sailmakers Thimbles at Top and Bottom | West Marine | Custom | 5-leg mooring bridle for attaching Ark to downline. Per unit: 5 |
| Downline: Clevis-to-Clevis Swivel – Not for Lifting, 316 Stainless Steel, 6-7/32" Long | McMaster | 37405T29 | Swivel, bottom connects to top of downline, top connects to large link in Masterlink. Per unit: 1 |
| Buoyancy: Fiberglass Hex Nut, 1"-8 Thread Size | McMaster | 91395A038 | Fiberglass hex nuts for securing fiberglass threaded rods into trawl floats Per unit: 30 |
| Buoyancy: Fiberglass Threaded Rod, 1"-8 Thread Size, 8 Feet Long | McMaster | 91315A238 | Fiberglass threaded rod to attach float to Ark. See Supplemental File 1-Figure SI 16. Per unit: 10 Refers to drawing: Yes |
| Anchor system: Galvanized Alloy Steel Shackle with Screw Pin – for Lifting, 1/2" Thick | McMaster | 3663T42 | Middle shackle from chain to pear link. Per unit: 3 |
| Anchor system: Galvanized Alloy Steel Shackle with Screw Pin – for Lifting, 3/4" Thick | McMaster | 3663T44 | Upper large shackle to connect pear link to lower downline thimble. Per unit: 1 |
| Anchor system: Galvanized Alloy Steel Shackle with Screw Pin – for Lifting, 3/4" Thick | McMaster | 3663T44 | Anchor shackle. Per unit: 3 |
| Anchor system: Galvanized Alloy Steel Shackle with Screw Pin – for Lifting, 3/8" Thick | McMaster | 3663T51 | Shackle to connect chain to upper middle shackle. Per unit: 3 |
| Anchor system: Galvanized Alloy Steel Shackle with Screw Pin – for Lifting, 3/8" Thick | McMaster | 3663T51 | Lower small shackle to connect chain and anchor shackle. Per unit: 3 |
| Install & Tools: HARKEN–57mm Carbo Air® Triple Block | West Marine | 200076 | Top of block and tackle Per unit: 1 |
| Install & Tools: HARKEN–57mm Carbo Air® Triple Block with Becket and Cam | West Marine | 1171644 | Base of block and tackle Per unit: 1 |
| ARMS Baseplates: Heat-Shrink Tubing, 0.50" ID Before Shrinking | McMaster | 7856K47 | Heatshrink for non-slip. Cut into 1.5" lengths, slide over a SS u-bolt bracket and use heat gun to tighten onto bracket. Per unit: 20 |
| Coral plate baseplates: Heat-Shrink Tubing, 0.50" ID Before Shrinking | McMaster | 7856K47 | Heatshrink for non-slip. Cut into 1.5" lengths, slide over a SS u-bolt bracket and use heat gun to tighten onto bracket. Per unit: 40 |
| Buoyancy: Heatshrink for covering threaded rods before mounting in floats, 14" sections | McMaster | 7856K66 | Heatshrink for non-slip. Cut into 14" lengths. Slide onto fiberglass rods with 1" exposed on one end and 2-1/4" exposed on the other. Use heat gun to shrink until snug. Per unit: 11 |
| Anchor system: High-Strength Grade 40/43 Chain-Not for Lifting, Galvanized Steel, 5/16 Trade Size | McMaster | 3588T23 | Chain to connect anchors and downline. Per unit: 3 |
| Install & Tools: LOW-STRETCH ROPE, 7/16" DIAMETER | McMaster | 3789T25 | Rope for block and tackle Per unit: 250 |
| ARMS Baseplates: Marine-Grade Moisture-Resistant HDPE, 48" x 48", 1/2" Thick | McMaster | 9785T82 | Sheeting for ARMS mounting baseplates. See Supplemental File 1-Figure SI 13. Per unit: 10 Refers to drawing: Yes |
| Coral plate baseplates: Marine-Grade Moisture-Resistant HDPE, 48" x 48", 1/2" Thick | McMaster | 9785T82 | Sheeting for coral plate baseplates. See Supplemental File 1-Figure SI 14. Per unit: 20 Refers to drawing: Yes |
| Mooring bridle: Martyr Collar Anode Zinc 3/4" x 2 1/8" x 2 1/8" | West Marine | 5538715 | Sacrificial anodes for Masterlinks on mooring lines Per unit: 2 |
| Main structure: Martyr Hull Anode Zinc 6 1/4" x 2 3/4" x 5/8" | West Marine | 484998 | Sacrificial anodes for stainless struts at Ark base Per unit: 3 |
| ARMS Baseplates: Mounting Plate for 1/4"-20 Thread Size, 2" ID 304 Stainless Steel U-Bolt | McMaster | 8896T156 | Bracket plate w/heatshrink, for attaching ARMS mounting baseplates to struts Per unit: 6 |
| Coral plate baseplates: Mounting Plate for 1/4"-20 Thread Size, 2" ID 304 Stainless Steel U-Bolt | McMaster | 8896T156 | Bracket plate w/heatshrink, for attaching coral plate baseplates to struts Per unit: 40 |
| Main structure: N1 Stars, 316 SS, 5mm Thick Connectors for DIY VikingDome F2 Sphere, modified | Viking Dome | ICO2-AISI | N1 Stars modified for central rod. Machine/weld connections to insert top and bottom of unthreaded fiberglass structural rod. See Supplemental File 1-Figure SI 10. Per unit: 2 |
| Main structure: N1 Stars, 316 SS, 5mm Thick Connectors for DIY VikingDome F2 Sphere, unmodified | Viking Dome | ICO2-AISI | Unmodified N1 Stars for Ark assembly. See Supplemental File 1-Figure SI 10 Per unit: 10 Refers to drawing: Yes |
| Main structure: N2 Stars, 316 SS, 5mm Thick Connectors for DIY VikingDome F2 Sphere, modified | Viking Dome | ICO2-AISI | N2 Stars modified for floats. Drill larger center hole to accommodate 1" threaded fiberglass rod. Per unit: 10 |
| Main structure: N2 Stars, 316 SS, 5mm Thick Connectors for DIY VikingDome F2 Sphere, modified | Viking Dome | ICO2-AISI | N2 Stars modified for pad eyes. Drill larger bolt hole (bit – 1/4") on outer hole of one arm for Padeye connector. Per unit: 5 |
| Main structure: N2 Stars, 316 SS, 5mm Thick Connectors for DIY VikingDome F2 Sphere, unmodified | Viking Dome | ICO2-AISI | Unmodified N2 Stars for Ark assembly Per unit: 15 |
| Anchor system: Pear-Shaped Link – Not for Lifting, Galvanized Steel, 3/4" Thick | McMaster | 3567T34 | Link to connect 3x 1/2" shackles to upper large shackle. Per unit: 1 |
| Install & Tools: Phillips Screwdriver, Size No. 2 | McMaster Carr | 5682A28 | Tighten down locknuts on star-strut bolts Per unit: 1 |
| Coral plates: PVC Sheet Type 1, Gray, 48" x 48", 1/4" Thick | McMaster | 8747K194 | PVC baseplates for coral plates. See Supplemental File 1-Figure SI 4. Per unit: 20 Refers to drawing: Yes |
| Install & Tools: Ratcheting Combination Wrench, 3/4" | McMaster Carr | 5163A21 | Attach ARMS to ARMS mounting baseplates Per unit: 2 |
| Install & Tools: Ratcheting Combination Wrench, 3/8" | McMaster Carr | 5163A14 | Tighten down locknuts on star-strut bolts Per unit: 2 |
| Install & Tools: Ratcheting Combination Wrench, 7/16" | McMaster Carr | 5163A15 | Attach coral plates to coral plate baseplates Per unit: 2 |
| Install & Tools: Round Bend-and-Stay Multipurpose Stainless Steel Wire, 0.012" diameter, 645 feet | McMaster | 9882K35 | Wire for mousing stainless shackles Per unit: 1 |
| Main structure: S1 Struts – Structural FRP Fiberglass Square Tube, 2" Wide x 2" High Outside, 1/4" Wall Thickness | McMaster | 8548K34 | Fiberglass S1 Struts. Cut to 20.905" long (531 mm), drill bolt holes (bit – 7/32"), fill w/ divinycell foam & epoxy. See Supplemental File 1-Figure SI 9 Per unit: 55 Refers to drawing: Yes |
| Main structure: S1 Struts (SS) – Corrosion-Resistant 316/316L Stainless Steel Rectangular Tube, 0.12" Wall Thickness, 2" x 2" Outside | McMaster | 2937K17 | Stainless S1 Struts. Cut to 20.905" long (531 mm), drill bolt holes (bit – 1/4"). See Supplemental File 1-Figure SI 9. Per unit: 5 Refers to drawing: Yes |
| Main structure: S2 Struts – Structural FRP Fiberglass Square Tube, 2" Wide x 2" High Outside, 1/4" Wall Thickness | McMaster | 8548K34 | Fiberglass S2 Struts. Cut to 24.331" long (618 mm), drill bolt holes (bit – 7/32"), fill w/ divinycell foam & epoxy. See Supplemental File 1-Figure SI 9. Per unit: 60 Refers to drawing: Yes |
| Anchor system: Skrew SK2500 | Spade Anchor USA | SK2500 | Two-plate sand screw anchors Per unit: 3 |
| Coral plates: Stainless Steel Washers for 1/4" Screw Size, 0.281" ID, 0.625" OD | McMaster | 90107A029 | Numbered tags for coral plates. Stamp SS washers with numbered stamps and glue to coral plate for later ID. Per unit: 100 |
| Main structure: Structural FRP Fiberglass Rod, 10 Feet Long, 1" Diameter | McMaster | 8543K26 | Central fiberglass rod, cut to Ark diameter Per unit: 1 |
| ARMS attachments: Super-Corrosion-Resistant 316 Stainless Steel Hex Head Screw, 1/2"-13 Thread Size, 1-3/4" Long | McMaster | 93190A718 | Bolts for attaching ARMS to ARMS mounting baseplates (4 per unit) Per unit: 40 |
| Coral plate attach: Super-Corrosion-Resistant 316 Stainless Steel Hex Head Screw, 1/4"-20 Thread Size, 2" Long, Fully Threaded | McMaster | 93190A550 | Bolts to attach coral plates to baseplates Per unit: 80 |
| ARMS Baseplates: Super-Corrosion-Resistant 316 Stainless Steel Hex Head Screw, 1/4"-20 Thread Size, 3-1/2" Long | McMaster | 92186A556 | Bolts for attaching ARMS mounting baseplates to struts Per unit: 40 |
| Coral plate baseplates: Super-Corrosion-Resistant 316 Stainless Steel Hex Head Screw, 1/4"-20 Thread Size, 3" Long, Partially Threaded | McMaster | 92186A554 | Bolts for attaching coral plate baseplates to struts Per unit: 160 |
| Buoyancy: TFLOAT 14" CENTERHOLE OR 437FM, modified | Seattle Marine | YUN12B-8 | 14" trawl floats for mounting to Stars. Slide fiberglass rod with heat shrink through trawl float. Add stainless washer and fiberglass hex nut on both sides. Seal washers with 3M 5200. Tighten nuts down. See Supplemental File 1-Figure SI 16. Per unit: 11 Refers to drawing: Yes |
| Buoyancy: TFLOAT 14" CENTERHOLE OR 437FM, unmodified | Seattle Marine | YUN12B-8 | 14" trawl float Per unit: 2 |
| ARMS Baseplates: Thick-Wall Dark Gray PVC Pipe for Water, Unthreaded, 1/4 Pipe Size, 5 Feet Long | McMaster | 48855K41 | Star standoffs for attaching ARMS mounting baseplates to Stars. Cut to 1.75" long sections. Per unit: 40 |
| Coral plates: Unfilled, Natural Travertine Flooring Tile, 16" x 16" | Home Depot | 304540080 | Limestone tiles for coral plates. Cut to 9" x 9" tiles using wet tile saw. Per unit: 20 |
| Buoyancy: Vibration-Damping Routing Clamp, Weld mount, Polypropylene with Stainless Steel Plates, 1" ID | McMaster | 3015T47 | Attachment for central rod and float Per unit: 1 |
| Buoyancy: Water- and Steam-Resistant Fiberglass Washer for 1" Screw Size, 1.015" ID, 1.755" OD | McMaster | 93493A110 | Fiberglass washers for securing fiberglass threaded rods into trawl floats Per unit: 20 |
| Install & Tools: Zinc-Galvanized Steel Wire, 0.014" diameter, 475 feet long | McMaster | 8872K19 | Wire for mousing galvanized shackles Per unit: 1 |
| Two Platform Ark | |||
| Downline: 1" Nylon, 15' length thimble-to-thimble with SS Sailmaker Thimble spliced at top, galvanized thimble spliced at bottom | West Marine | Custom | Runs from bottom of swivel shackle (SS) to top of anchor system (galvanized) Per unit: 1x |
| Downline: 1/2" Spectra Rope with SS316 Sailmakers Thimbles Spliced at Top and Bottom | West Marine | Custom | Runs from bottom of Ark to top of swivel shackle. Per unit: 2x |
| Buoyancy: 1/2" Spectra Rope with SS316 Sailmakers Thimbles Spliced at Top and Bottom | West Marine | Custom | Connects mooring buoy to top eye on Ark Per unit: 2x |
| Main structure: 3/8 x 36 Inch SS Thimble Eye Swages and 5/8 Jaw-Jaw Turnbuckle Cable Assembly | Pacific Rigging & Loft | Custom | Custom rigging system with turnbuckle, 3/8" SS wire rope swaged into PVC end caps Per unit: 1x |
| Main structure: 304 SS U-Bolt with Mounting Plate, 1/4"-20, 2" ID | McMaster Carr | 8896T123 | For joining fiberglass platforms using I-beams Per unit: 10x |
| Main structure: 316 SS Hex Nut, 1/4"-20 | McMaster Carr | 94804A029 | For locking struts in hubs Per unit: 120x |
| Main structure: 316 SS Nylon-Insert Locknut, 1/4"-20 | McMaster Carr | 90715A125 | For locking struts in hubs Per unit: 240x |
| Main structure: 316 SS Pan Head Phillips Screw, 1/4"-20 Thread, 2.5" Long | McMaster Carr | 91735A384 | For locking struts in hubs Per unit: 120x |
| Downline: 316 SS Safety-Pin Shackle, 1/2" Thick | McMaster Carr | 3860T25 | Connect Ark bottom eye to 1/2" Spectra rope. Per unit: 1x |
| Buoyancy: 316 SS Safety-Pin Shackle, 1/2" Thick | McMaster Carr | 3860T25 | Connects bottom of 1/2" rope to top Ark eye Per unit: 2x |
| Buoyancy: 316 SS Safety-Pin Shackle, 7/16" Thick | McMaster Carr | 3860T24 | Connects mooring buoy to 1/2" rope Per unit: 2x |
| Install & Tools: Arbor with 7/16" Hex for 1-1/2" Diameter Hole Saw | McMaster Carr | 4066A63 | Drill holes in 6" PVC (Hubs) Per unit: 1x |
| Main structure: Clamping U-bolt, 304 SS, 1/4"-20 Thread Size, 9/16" ID | McMaster Carr | 3042T149 | For clamping SS wire rope at Ark vertices Per unit: 15x |
| Downline: Clevis-to-Clevis Swivel, 316 SS, 5-7/16" Long | McMaster Carr | 37405T28 | Swivel shackle between 1/2" spectra rope and 1" nylon downline Per unit: 1x |
| Main structure: Corrosion-Resistant Wire Rope, 316 SS, 1/8" Thick | McMaster Carr | 8908T44 | String through assembled Ark and clamp at vertices Per unit: 250ft |
| Main structure: Fiberglass Molded Grating, Square Grid, 1" Grid Height, 1-1/2" x 1-1/2" Square Grid, Grit Surface, 70% Open Area | McNichols | MS-S-100 | Cut to half pentagon shape, mirror images. See Figure S23. Per unit: 2x Refers to drawing: Yes |
| Anchor system: Galvanized Alloy Steel Screw-Pin Shackle, 1/2" Thick | McMaster Carr | 3663T42 | Connects base of 1" nylon downline to anchor chain Per unit: 1x |
| Anchor system: Galvanized Alloy Steel Screw-Pin Shackle, 3/8" Thick | McMaster Carr | 3663T51 | Connects anchor chain together Per unit: 1x |
| Anchor system: Grade 30 Chain, Galvanized Steel, 1/4 Trade Size | McMaster Carr | 3592T45 | Anchor chain |
| Install & Tools: HARKEN–57 mm Carbo Air Triple Block | West Marine | 200076 | Top of block and tackle Per unit: 1x |
| Install & Tools: HARKEN–57 mm Carbo Air Triple Block with Becket and Cam | West Marine | 1171644 | Base of block and tackle Per unit: 1x |
| Install & Tools: Hole Saw, 1-15/16" Cutting Depth, 1-1/2" Diameter | McMaster Carr | 4066A27 | Drill holes in 6" PVC (Hubs) Per unit: 1x |
| Install & Tools: Low Pressure Inflator Nozzle | Amazon (Made by Trident) | B00KAI940E | Inflate mooring buoys underwater Per unit: 1x |
| Install & Tools: LOW-STRETCH ROPE, 7/16" DIAMETER | McMaster | 3789T25 | Rope for block and tackle Per unit: 100ft |
| Main structure: Nylon Cable Ties, UV Resistant Heavy Duty, 19" long, 250 lb strength | CableTiesAndMore | CT19BK | Use to secure platforms to Ark framework Per unit: 30x |
| Install & Tools: Phillips Screwdriver, Size No. 3 | McMaster Carr | 5682A29 | For locking struts in hubs Per unit: 1x |
| Buoyancy: Polyform Buoy, A-5 Series All-Purpose Buoy, 27" | West Marine (Made by PolyformUS) | 11630142 | Mooring buoy for buoyancy. Per unit: 2x |
| Main structure: PVC Pipe, Schedule 80, 1" diameter | McMaster Carr | 48855K13 | Struts. Cut to 1.2 m (4 ft) lengths, drill to accommodate bolts Per unit: 30x |
| Main structure: PVC Pipe, Schedule 80, 6" diameter | McMaster Carr | 48855K42 | Hubs. Cut into 4" lengths, drill 5 holes symmetrically around midline using 1-1/2" hole saw. See Supplemental File 1-Figure S22. Per unit: 12x Refers to drawing: Yes |
| Main structure: PVC Thick Wall Pipe Fitting, End Cap, Schedule 80, 6 " diameter, Female | PRMFiltration (Made by ERA) | PVC80CAP600X | End caps for top and bottom of Ark. Cut off bottom 2 inches. Per unit: 2x |
| Install & Tools: Ratcheting Combination Wrench, 7/16" | McMaster Carr | 5163A15 | For locking struts in hubs Per unit: 1x |
| Install & Tools: Ratcheting PVC Cutter, 1-1/4" | McMaster Carr | 8336A11 | Cut 1" PVC into struts Per unit: 1x |
| Main structure: Ring, 18-8 SS, for 5/32 Chain Trade Size, 3/4" Inside Length | McMaster Carr | 3769T71 | Substitute for 1/2" SS wire rope clamps. Per unit: 12x |
| Install & Tools: Round Bend-and-Stay Multipurpose Stainless Steel Wire, 0.012" diameter, 645 feet | McMaster | 9882K35 | Wire for mousing stainless shackles Per unit: 1 |
| Main structure: Structural FRP Fiberglass I-Beam, 1/4" Wall Thickness, 1-1/2" Wide x 3" High, 5 ft long | McMaster Carr | 9468T41 | Cut to 5 1-ft long sections. Per unit: 1x |
| Install & Tools: Underwater Lift Bag, 220 lbs Lift Capacity | Subsalve Commercial | C-200 | Transport Ark to deployment site Per unit: 1x |
| Install & Tools: Zinc-Galvanized Steel Wire, 0.014" diameter, 475 feet long | McMaster | 8872K19 | Wire for mousing galvanized shackles Per unit: 1x |
| Strain Gauge | |||
| 316 Stainless Steel Eyebolt, for Lifting, M16 x 2 Thread Size, 27 mm Thread Length | McMaster Carr | 3130T14 | For strain gauge eyebolts Per unit: 2x |
| Bridge101A Data Logger, 30 mV | MadgeTech | Bridge101A-30 | Collect voltage data from load cell. Per unit: 1x |
| Chemical-Resistant PVC Rod, 2" Diameter | McMaster Carr | 8745K26 | For datalogger housing endcap. See Supplemental File 1-Figure S32. Per unit: 1x Refers to drawing: Yes |
| Clamping U-Bolt, 304 SS, 5/16"-18 Thread Size, 1-3/8" ID | McMaster Carr | 3042T154 | For attachment of datalogger housing to strain gauge. Per unit: 1x |
| Dow Corning Molykote 44 Medium Grease Lubricant | Amazon (Made by Dow Corning) | B001VY1EL8 | For mating male and female underwater connectors. Per unit: 1x |
| STA-8 Stainless Steel S Type Tension and Compression Load Cell | LCM Systems | STA-8-1T-SUB | Load cell instrument for assessment of in-water weight. Per unit: 1x |
| Standard-Wall Clear Blue Rigid PVC Pipe for Water, Unthreaded, 1-1/2 Pipe Size, 2 ft | McMaster Carr | 49035K47 | For datalogger housing. See Supplemental File 1-Figure S31. Per unit: 1x Refers to drawing: Yes |
| Standard-Wall PVC Pipe Fitting for Water, Cap, White, 1-1/2 Pipe Size Socket Female | McMaster Carr | 4880K55 | For datalogger housing. Per unit: 2x |
| Structural FRP Fiberglass Sheet, 12" Wide x 12" Long, 3/16" Thick | McMaster Carr | 8537K24 | For attachment of datalogger housing to strain gauge. Per unit: 1x |
| SubConn Micro Circular Connector, Female, 4-port | McCartney (Made by SubConn) | MCBH4F | Install into machined housing endcap. Per unit: 1x |
| SubConn Micro Circular Connector, Male, 4-contact | McCartney (Made by SubConn) | MCIL4M | Splice to load cell wiring and waterproof connection. Per unit: 1x |
| Threadlocker, Loctite 262, 0.34 FL. oz Bottle | McMaster Carr | 91458A170 | For strain gauge eyebolts Per unit: 1x |
| Vibration-Damping Routing Clamp, Weld-Mount, Polypropylene with Zinc-Plated Steel Top Plate, 1-7/8" ID | McMaster Carr | 3015T39 | For attachment of datalogger housing to strain gauge. Per unit: 1x |
References
- Pandolfi, J. M., et al. Global trajectories of the long-term decline of coral reef ecosystems. Science. 301 (5635), 955-958 (2003).
- Hughes, T. P., et al. Phase shifts, herbivory, and the resilience of coral reefs to climate change. Current Biology. 17 (4), 360-365 (2007).
- McManus, J. W., Polsenberg, J. F. Coral-algal phase shifts on coral reefs: Ecological and environmental aspects. Progress in Oceanography. 60 (2-4), 263-279 (2004).
- Haas, A. F., et al. Global microbialization of coral reefs. Nature Microbiology. 1, 16042 (2016).
- Dinsdale, E. A., et al. Microbial ecology of four coral atolls in the Northern Line Islands. PLoS One. 3 (2), 1584 (2008).
- Zaneveld, J. R., et al. Overfishing and nutrient pollution interact with temperature to disrupt coral reefs down to microbial scales. Nature Communications. 7, 11833 (2016).
- Estes, J. A., et al. Trophic downgrading of planet earth. Science. 333 (6040), 301-306 (2011).
- Houk, P., Musburger, C. Trophic interactions and ecological stability across coral reefs in the Marshall Islands. Marine Ecology Progress Series. 488, 23-34 (2013).
- Pearman, J. K., Anlauf, H., Irigoien, X., Carvalho, S. Please mind the gap – Visual census and cryptic biodiversity assessment at central Red Sea coral reefs. Marine Environmental Research. 118, 20-30 (2016).
- Stella, J. S., Pratchett, M. S., Hutchings, P. A., Jones, G. P., Gibson, R. N., Atkinson, R. J. A., Gordon, J. D. M. Coral-associated invertebrates: Diversity, ecological importance and vulnerability to disturbance. Oceanography and Marine Biology: An Annual Review, edited by. , (2011).
- Stewart, H. L., Holbrook, S. J., Schmitt, R. J., Brooks, A. J. Symbiotic crabs maintain coral health by clearing sediments. Coral Reefs. 25 (4), 609-615 (2006).
- Williams, S. M. The reduction of harmful algae on Caribbean coral reefs through the reintroduction of a keystone herbivore, the long-spined sea urchin Diadema antillarum. Restoration Ecology. 30 (1), 13475 (2022).
- Francis, F. T., Filbee-Dexter, K., Yan, H. F., Côté, I. M. Invertebrate herbivores: Overlooked allies in the recovery of degraded coral reefs. Global Ecology and Conservation. 17, 00593 (2019).
- De Goeij, J. M., et al. Surviving in a marine desert: The sponge loop retains resources within coral reefs. Science. 342 (6154), 108-110 (2013).
- Rix, L., et al. Differential recycling of coral and algal dissolved organic matter via the sponge loop. Functional Ecology. 31 (3), 778-789 (2017).
- Plaisance, L., Caley, M. J., Brainard, R. E., Knowlton, N. The diversity of coral reefs: What are we missing. PLoS One. 6 (10), 25026 (2011).
- Leray, M., Knowlton, N. DNA barcoding and metabarcoding of standardized samples reveal patterns of marine benthic diversity. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (7), 2076-2081 (2015).
- Pearman, J. K., et al. Disentangling the complex microbial community of coral reefs using standardized Autonomous Reef Monitoring Structures (ARMS). Molecular Ecology. 28 (15), 3496-3507 (2019).
- Pearman, J. K., et al. Cross-shelf investigation of coral reef cryptic benthic organisms reveals diversity patterns of the hidden majority. Scientific Reports. 8, 8090 (2018).
- Carvalho, S., et al. Beyond the visual: Using metabarcoding to characterize the hidden reef cryptobiome. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 286 (1896), 20182697 (2019).
- Hartmann, A. C., et al. Meta-mass shift chemical profiling of metabolomes from coral reefs. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (44), 11685-11690 (2017).
- Ransome, E., et al. The importance of standardization for biodiversity comparisons: A case study using autonomous reef monitoring structures (ARMS) and metabarcoding to measure cryptic diversity on Mo’orea coral reefs, French Polynesia. PLoS One. 12 (4), 0175066 (2017).
- Pennesi, C., Danovaro, R. Assessing marine environmental status through microphytobenthos assemblages colonizing the Autonomous Reef Monitoring Structures (ARMS) and their potential in coastal marine restoration. Marine Pollution Bulletin. 125 (1-2), 56-65 (2017).
- Bartley, R., et al. Relating sediment impacts on coral reefs to watershed sources, processes and management: A review. Science of the Total Environment. 468-469, 1138-1153 (2014).
- Häder, D. P., et al. Anthropogenic pollution of aquatic ecosystems: Emerging problems with global implications. Science of the Total Environment. 713, 136586 (2020).
- Bianchi, D., Carozza, D. A., Galbraith, E. D., Guiet, J., DeVries, T. Estimating global biomass and biogeochemical cycling of marine fish with and without fishing. Science Advances. 7 (41), (2021).
- Rogers, C. S. Responses of coral reefs and reef organisms to sedimentation. Marine Ecology Progress Series. 62, 185-202 (1990).
- Fabricius, K. E. Effects of terrestrial runoff on the ecology of corals and coral reefs: Review and synthesis. Marine Pollution Bulletin. 50 (2), 125-146 (2005).
- Littler, M. M., Littler, D. S., Brooks, B. L. Harmful algae on tropical coral reefs: Bottom-up eutrophication and top-down herbivory. Harmful Algae. 5 (5), 565-585 (2006).
- Scofield, V., Jacques, S. M. S., Guimarães, J. R. D., Farjalla, V. F. Potential changes in bacterial metabolism associated with increased water temperature and nutrient inputs in tropical humic lagoons. Frontiers in Microbiology. 6, 310 (2015).
- Cárdenas, A., et al. Excess labile carbon promotes the expression of virulence factors in coral reef bacterioplankton. ISME Journal. 12, 59-76 (2018).
- Johnson, M. D., et al. Rapid ecosystem-scale consequences of acute deoxygenation on a Caribbean coral reef. Nature Communications. 12, 4522 (2021).
- Altieri, A. H., et al. Tropical dead zones and mass mortalities on coral reefs. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (14), 3660-3665 (2017).
- Timmers, M. A., et al. Biodiversity of coral reef cryptobiota shuffles but does not decline under the combined stressors of ocean warming and acidification. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 118 (39), 2103275118 (2021).
- Enochs, I. C., et al. Shift from coral to macroalgae dominance on a volcanically acidified reef. Nature Climate Change. 5 (12), 1083-1088 (2015).
- Nelson, H. R., Altieri, A. H. Oxygen: The universal currency on coral reefs. Coral Reefs. 38, 177-198 (2019).
- Wallace, R. B., Baumann, H., Grear, J. S., Aller, R. C., Gobler, C. J. Coastal ocean acidification: The other eutrophication problem. Estuarine, Coastal and Shelf Science. 148, 1-13 (2014).
- Haas, A. F., et al. Effects of coral reef benthic primary producers on dissolved organic carbon and microbial activity. PLoS One. 6 (11), 27973 (2011).
- Shafir, S., Van Rijn, J., Rinkevich, B. A mid-water coral nursery. Proceedings of the 10th International Coral Reef Symposium. , 1674-1679 (2006).
- Rinkevich, B. The active reef restoration toolbox is a vehicle for coral resilience and adaptation in a changing world. Journal of Marine Science and Engineering. 7 (7), 201 (2019).
- Nakamura, T., Van Woesik, R. Water-flow rates and passive diffusion partially explain differential survival of corals during the 1998 bleaching event. Marine Ecology Progress Series. 212, 301-304 (2001).
- Dennison, W. C., Barnes, D. J. Effect of water motion on coral photosynthesis and calcification. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 115 (1), 67-77 (1988).
- Mass, T., Genin, A., Shavit, U., Grinstein, M., Tchernov, D. Flow enhances photosynthesis in marine benthic autotrophs by increasing the efflux of oxygen from the organism to the water. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (6), 2527-2531 (2010).
- Finelli, C. M., Helmuth, B. S., Pentcheff, N. D., Wethey, D. S. Intracolony variability in photosynthesis by corals is affected by water flow: Role of oxygen flux. Marine Ecology Progress Series. 349, 103-110 (2007).
- Nakamura, T., Yamasaki, H., Van Woesik, R. Water flow facilitates recovery from bleaching in the coral Stylophora pistillata. Marine Ecology Progress Series. 256, 287-291 (2003).
- Nakamura, T., Yamasaki, H. Requirement of water-flow for sustainable growth of Pocilloporid corals during high temperature periods. Marine Pollution Bulletin. 50 (10), 1115-1120 (2005).
- McDole, T., et al. Assessing coral reefs on a Pacific-wide scale using the microbialization score. PLoS One. 7 (9), 43233 (2012).
- Haas, A. F., Jantzen, C., Naumann, M. S., Iglesias-Prieto, R., Wild, C. Organic matter release by the dominant primary producers in a Caribbean reef lagoon: Implication for in situ O2 availability. Marine Ecology Progress Series. 409, 27-39 (2010).
- Haas, A. F., et al. Influence of coral and algal exudates on microbially mediated reef metabolism. PeerJ. 1, 108 (2013).
- Silveira, C. B., et al. Microbial processes driving coral reef organic carbon flow. FEMS Microbiology Reviews. 41 (4), 575-595 (2017).
- Knowles, B., et al. Lytic to temperate switching of viral communities. Nature. 531 (7595), 466-470 (2016).
- Szmit, R. Geometry design and structural analysis of steel single-layer geodesic domes. 2017 Baltic Geodetic Congress (BGC Geomatics). , 205-209 (2017).
- Laila, T., Arruda, A., Barbosa, J., Moura, E. The constructive advantages of Buckminster Fuller’s geodesic domes and their relationship to the built environment ergonomics. Advances in Ergonomics in Design. Proceedings of the AHFE 2017 International Conference on Ergonomics in Design, July 17-21, 2017. , (2018).
- Graham, N. A. J., Nash, K. L. The importance of structural complexity in coral reef ecosystems. Coral Reefs. 32, 315-326 (2013).
- Alldredge, A. L., King, J. M. Distribution, abundance, and substrate preferences of demersal reef zooplankton at Lizard Island Lagoon, Great Barrier Reef. Marine Biology. 41, 317-333 (1977).
- Scheffers, S. R., Nieuwland, G., Bak, R. P. M., Van Duyl, F. C. Removal of bacteria and nutrient dynamics within the coral reef framework of Curaçao (Netherlands Antilles). Coral Reefs. 23 (3), 413-422 (2004).
- Van Duyl, F. C., Scheffers, S. R., Thomas, F. I. M., Driscoll, M. The effect of water exchange on bacterioplankton depletion and inorganic nutrient dynamics in coral reef cavities. Coral Reefs. 25, 23-36 (2006).
- Reidenbach, M. A., Stocking, J. B., Szczyrba, L., Wendelken, C. Hydrodynamic interactions with coral topography and its impact on larval settlement. Coral Reefs. 40 (2), 505-519 (2021).
- Reidenbach, M. A., Koseff, J. R., Koehl, M. A. R. Hydrodynamic forces on larvae affect their settlement on coral reefs in turbulent, wavedriven flow. Limnology and Oceanography. 54 (1), 318-330 (2009).
