JoVE Journal > Environment
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Résultats
Discussion
Divulgations
Acknowledgements
Materials
References
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Environnement

Ковчеги коралловых рифов: мезокосм in situ и инструментарий для сборки рифовых сообществ

Published: January 06, 2023
doi:
10.3791/64778
, , , , , , , , , , , , , , , , ,
1Department of Biology,San Diego State University, 2Energy and Environmental Sciences Branch,Naval Information Warfare Center (NIWC) Pacific, 3Coastal Monitoring Associates, 4Department of Marine Microbiology and Biogeochemistry,NIOZ Royal Netherlands Institute for Sea Research, 5Computational Science Research Center,San Diego State University, 6Department of Aerospace Engineering,San Diego State University, 7Department of Organismic and Evolutionary Biology,Harvard University

Summary

Пришвартованные средневодные геодезические сооружения, называемые коралловыми ковчегами, представляют собой модульную, масштабируемую и вертикально регулируемую исследовательскую платформу, которую можно использовать для создания, мониторинга и возмущения сообществ коралловых рифов в ранее недействовавших районах, в том числе на шельфе.

Abstract

Коралловые рифы процветают и обеспечивают максимальные экосистемные услуги, когда они поддерживают многоуровневую трофическую структуру и растут в благоприятных условиях качества воды, которые включают высокий уровень освещенности, быстрый поток воды и низкий уровень питательных веществ. Плохое качество воды и другие антропогенные стрессоры вызвали гибель кораллов в последние десятилетия, что привело к трофическому понижению и потере биологической сложности на многих рифах. Решения, направленные на устранение причин снижения трофики, остаются труднодостижимыми, отчасти потому, что усилия по восстановлению рифов часто предпринимаются в тех же уменьшенных условиях, которые в первую очередь вызвали гибель кораллов.

Коралловые ковчеги с положительной плавучестью, средневодные структуры, предназначены для обеспечения улучшенных условий качества воды и поддерживающего загадочное биоразнообразие для перемещенных и естественно рекрутированных кораллов для сбора здоровых рифовых мезокосмов для использования в качестве долгосрочных исследовательских платформ. Автономные структуры мониторинга рифов (ARMS), пассивные устройства для осаждения, используются для перемещения загадочного биоразнообразия рифов в коралловые ковчеги, тем самым обеспечивая «стимулирование» естественного пополнения и способствуя экологической поддержке здоровья кораллов. Мы смоделировали и экспериментально испытали две конструкции ковчегов для оценки характеристик сопротивления конструкций и оценки их долгосрочной устойчивости в средней воде на основе их реакции на гидродинамические силы.

Затем мы установили две конструкции конструкций Ковчега на двух участках Карибского рифа и измерили несколько показателей качества воды, связанных с окружающей средой Ковчега с течением времени. При развертывании и через 6 месяцев после него Коралловые ковчеги продемонстрировали улучшенные показатели функции рифа, включая более высокий поток, свет и растворенный кислород, более высокую выживаемость перемещенных кораллов и снижение седиментации и микробизации по сравнению с близлежащими участками морского дна на той же глубине. Этот метод предоставляет исследователям адаптируемую долгосрочную платформу для создания рифовых сообществ, где местные условия качества воды могут быть скорректированы путем изменения параметров развертывания, таких как глубина и место.

Introduction

Во всем мире экосистемы коралловых рифов претерпевают переходы от бентических сообществ с высоким биоразнообразием и преобладанием кораллов к сообществам с более низким разнообразием, в которых преобладают дерновые и мясистые макроводоросли 1,2,3. Десятилетия прогресса в характеристике механизмов деградации коралловых рифов показали, как связи между микробными и макроорганизменными сообществами усиливают темпы и тяжесть этих переходов. Например, чрезмерный вылов рифов человеческими популяциями инициирует трофический каскад, в котором избыток фотосинтетических сахаров из необработанных водорослей шунтирует энергию в микробные сообщества рифов, тем самым стимулируя патогенез и вызывая сокращение кораллов 4,5,6. Это трофическое понижение усиливается потерей биоразнообразия на рифах в результате ухудшения качества воды 7,8. Эксперименты на уровне мезокосма могут быть использованы для лучшего понимания и смягчения трофического понижения уровня сообществ коралловых рифов за счет увеличения биоразнообразия и улучшения качества воды, но логистические проблемы затрудняют проведение этих исследований in situ.

Следствием трофического понижения на рифах является повсеместная утрата загадочного биоразнообразия, большая часть которого остается нехарактерной 7,9. Кораллы полагаются на разнообразный набор загадочных рифовых организмов («криптобиота»), которые поддерживают их здоровье, играя неотъемлемую роль в защите от хищников 10, очистке 11, выпасе конкурирующих водорослей 12,13 и регулировании химического состава рифовой воды 14,15. До недавнего времени из-за методологических ограничений визуальных съемок рифовые криптобиоты были недостаточно представлены и плохо изучены в контексте экологии рифов, и поэтому они редко учитываются в усилиях по восстановлению или восстановлению рифов. В последнее десятилетие использование стандартизированных расчетных единиц, называемых автономными структурами мониторинга рифов (ARMS), в сочетании с высокопроизводительными подходами к секвенированию позволило лучше собирать и характеризовать криптобиоту рифов16,17. ARMS пассивно набирает представителей почти всех известных биоразнообразий коралловых рифов и помог выявить многочисленные функциональные роли криптических организмов в процессахрифового масштаба 9,18,19,20,21,22,23. Таким образом, эти поселения обеспечивают механизм для перемещения загадочной рифовой биоты рядом с кораллами, чтобы собрать более нетронутые рифовые сообщества с биологически опосредованными механизмами, такими как выпас скота, защита и улучшение местного качества воды, которые необходимы для поддержания трофической структуры.

Рифы с преобладанием кораллов процветают в условиях яркого освещения, с низким содержанием питательных веществ и с хорошим насыщением кислородом. Антропогенная деятельность, такая как урбанизация, сельское хозяйство и чрезмерный вылов рыбы, привела к снижению качества воды на многих коралловых рифах за счет увеличения отложений, питательных веществ, металлов и других соединений в стоке 24,25 и изменения биогеохимического цикла26. В свою очередь, эта деятельность приводит к деградации рифовых сообществ за счет удушения, истощения энергии, доставки загрязняющих веществ, связанных с седиментацией27,28, усиления роста макроводорослей, конкурирующих с кораллами29, увеличения численности микробных патогенов6,30,31 и создания гипоксических зон, убивающих загадочных беспозвоночных32,33 . Эти и другие «локальные последствия» усугубляются региональными и глобальными изменениями состояния океана, включая повышение температуры и снижение рН, что еще больше ухудшает условия для кораллов и других рифовых организмов34,35. В частности, на границе раздела бентос и вода динамика дыхания и фотосинтеза бентосных сообществ вызывает колебания рН и растворенного кислорода, которые становятся более выраженными на сильно деградировавших рифах, создавая тем самым условия, которые бентические беспозвоночные не могут переносить32,36,37,38 . Таким образом, обеспечение надлежащих условий качества воды имеет важное значение для формирования функционирующих рифовых сообществ, но это остается сложной задачей, поскольку все большее число рифов оказывается в ловушке в различных стадиях деградации.

Многие из проблем, с которыми сталкиваются кораллы и основополагающие загадочные таксоны на бентосе, могут быть преодолены путем перемещения в среднюю воду, определяемую здесь как толща воды, находящаяся между поверхностью океана и морским дном. В срединной среде улучшаетсякачество воды 39,40, уменьшается седиментация, а удаленность от морского дна гасит колебания параметров, связанных с бентосным обменом. Эти характеристики еще больше улучшаются за счет перемещения в море, где антропогенные воздействия с суши, такие как наземный сток, становятся все более размывающимися с удалением от побережья. Здесь мы представляем и предоставляем протоколы для создания, развертывания и мониторинга ковчегов коралловых рифов, подхода, который использует улучшенные условия качества воды в средней воде и включает загадочное биоразнообразие на закрепленных, положительно плавучих структурах для сборки сообществ коралловых рифов.

Системы «Ковчег коралловых рифов», или «ковчеги», состоят из двух основных компонентов: 1) подвешенной жесткой геодезической платформы, возвышающейся над бентосом, и 2) покрытых организмами или «засеянных» АРМС, которые перемещают криптобиоту рифов из близлежащих бентических районов, тем самым дополняя естественные процессы пополнения для обеспечения перемещенных кораллов более разнообразным и функциональным рифовым сообществом. Геодезическая структура была выбрана для максимизации прочности и минимизации строительного материала (и, следовательно, веса), а также для создания внутренней, турбулентной среды потока, аналогичной матрице рифа.

Две конструкции ковчегов были успешно установлены на двух полевых участках в Карибском бассейне и в настоящее время используются для исследований по созданию рифовых сообществ и экологической сукцессии (рис. 1). Структуры коралловых ковчегов предназначены для долгосрочных исследовательских платформ, и поэтому основное внимание в этой рукописи уделяется описанию протоколов размещения, установки, мониторинга и обслуживания этих структур для максимизации их стабильности и долговечности в срединной воде. Комбинация моделирования и испытаний в воде была использована для оценки характеристик сопротивления конструкций и корректировки конструкции с учетом ожидаемых гидродинамических сил. После установки рифовые сообщества были созданы на Ковчегах и на близлежащих бентических контрольных участках на той же глубине за счет сочетания активной транслокации (кораллы и засеянные единицы ARMS) и естественного пополнения. Условия качества воды, динамика микробных сообществ и выживание кораллов на Ковчегах были задокументированы в несколько моментов времени на протяжении раннего сукцессионного периода и сопоставлены с участками бентического контроля. На сегодняшний день условия, связанные с окружающей средой средневодных коралловых ковчегов, неизменно более благоприятны для кораллов и связанных с ними загадочных консорциумов по сравнению с соседними участками бентического контроля на тех же глубинах. Приведенные ниже методы описывают шаги, необходимые для воспроизведения подхода Coral Arks, включая выбор мест, а также проектирование и развертывание структур Coral Arks. Предлагаемые подходы к мониторингу коралловых ковчегов включены в Дополнительный файл 1.

Protocol

ПРИМЕЧАНИЕ: Подробная информация о производстве, развертывании и мониторинге конструкций ARMS и Coral Arks, включая технические чертежи, схемы и фотографии, представлена в дополнительном файле 1. Разделы протокола, связанные с подводными работами, включая установку конструкций «Ковчегов» и АРМС, рекомендуется проводить командой из трех водолазов (на аквалангах) и двух надводных вспомогательных сотрудников. 1. Сборка и развертывание ARMS ПРИМЕЧАНИЕ: ARMS представляют собой конструкции размером примерно 1 фут 3 (30 см3), изготовленные из ПВХ или известняковых базовых материалов, которые имитируют трехмерную сложность подложек рифа с твердым дном. В таблице 1 обсуждаются две конструкции АРМ с учетом различных проектных соображений. ARMS рекомендуется развертывать в течение 1-2 лет перед передачей в Ковчеги для максимальной колонизации загадочной биотой. КРОНШТЕЙНЫ ПВХПРИМЕЧАНИЕ: Готовые компоненты, упомянутые в этом протоколе (и перечисленные в Таблице материалов), описываются с использованием имперских единиц. Изготовленные материалы описываются с использованием метрических единиц. Подробные инструкции по изготовлению, включая технические чертежи для изготовления компонентов, приведены в разделе 1 дополнительного файла 1.СобраниеВставьте четыре болта с шестигранной головкой длиной 1/4 дюйма 20,8 дюйма через центральные отверстия на опорной плите из ПВХ толщиной 1/2 дюйма; Затем переверните его так, чтобы болты были обращены вверх вертикально. Добавьте нейлоновую прокладку к каждому болту, а затем добавьте пластину из ПВХ толщиной 1/4 дюйма 9 x 9 дюймов. Это создает открытый слой между опорной плитой и первой штабелируемой плитой. Добавьте длинную поперечную проставку на два болта в противоположных углах, а затем добавьте две короткие поперечные прокладки на оставшиеся болты так, чтобы образовалась буква «X». Добавьте еще одну пластину для укладки ПВХ, чтобы создать замкнутый слой. Повторяйте шаги 1.1.1.2 и 1.1.1.3, чередуя открытые и закрытые слои, пока к болтам не будет добавлено от семи до девяти слоев пластин (дополнительный файл 1-рисунок S5). Добавьте шайбу, шестигранную гайку и контргайку с нейлоновой вставкой в верхнюю часть каждого болта и надежно затяните. Для развертывания транспортируйте собранный АРМС из ПВХ к целевому месту развертывания, покрывая АРМС сеткой 100 мкм во время переноса для удержания мелких подвижных беспозвоночных (дополнительный файл 1-рисунок S6). Найдите участок рифового субстрата с твердым дном в непосредственной близости от здоровых сообществ коралловых рифов.ПРИМЕЧАНИЕ: Конкретные места развертывания должны быть выбраны с учетом местных правил и положений о разрешениях, таких как избегание критических мест обитания видов, перечисленных в Законе об исчезающих видах, в водах США.Используя 3 длины 1/2 в арматуре и молоток, закрепите ARMS на бентосе во всех четырех углах, вбивая арматуру, слегка наклоненную наружу, в базовый известняк таким образом, чтобы арматура создавала напряжение относительно края опорной плиты (рис. 2A, B). В качестве альтернативы соедините цепи ARMS с помощью сверхпрочных кабельных стяжек и закрепите концы цепей затвердевшими бетонными мешками (рис. 2C и дополнительный файл 1 – рис. S6). Известняковое оружиеДля сборки начните с 12 x 12 в незаконченной известняковой или травертиновой плитке (рис. 2). Определите желаемую сложность известнякового интерьера ARMS.ПРИМЕЧАНИЕ: Рекомендуется использовать 2 см3 кубика. Альтернативные конструкции и соображения представлены в разделе 2 Дополнительного файла 1.С помощью мокрой плиточной пилы разрежьте несколько незаконченных плиток на2 квадратных прокладки по 2 см (~250). Вырежьте травертиновые плитки до желаемой формы для слоев ARMS. Подобно ПВХ ARMS, используйте квадраты размером 12 x 12 дюймов и наложите на них прокладки, чтобы сформировать кубики размером 1 фут3 (дополнительный файл 1-рисунок S8). Используя нетоксичную эпоксидную смолу морского класса, состоящую из двух частей, приклейте меньшие кусочки травертина к более крупной пластине для наслоения травертина по предварительно нарисованному рисунку сетки. Подготовьте несколько слоев, которые, сложенные вместе, достигают желаемой высоты ARMS. Дайте эпоксидной смоле затвердеть, основываясь на рекомендациях производителя. Соберите пластины для укладки ARMS, используя эпоксидную смолу, чтобы приклеить каждый слой к тому, который над ним.ПРИМЕЧАНИЕ: Высота РУК будет варьироваться в зависимости от желаемого веса и внутренней сложности. Рекомендуется окончательный размер примерно 1 фут3 . Дайте эпоксидной смоле затвердеть вдали от прямых солнечных лучей в течение 24 часов перед развертыванием. Для развертывания транспортируйте собранный ARMS Limestone к целевому месту развертывания. Найдите участок рифового субстрата с твердым дном в непосредственной близости от здоровых сообществ коралловых рифов.ПРИМЕЧАНИЕ: Конкретные места развертывания должны быть выбраны с учетом местных правил и положений о разрешениях, таких как избегание критических мест обитания видов, перечисленных в Законе об исчезающих видах, в водах США.Транспортировка ARMS к бентосу с помощью ящика для молока и подъемного мешка. Вклините известняковые рукава в матрицу мертвого рифа (живую скалу). Избегайте мест обитания на песчаном дне и тех, которые сильно колонизированы дерновыми водорослями или бентосными цианобактериальными матами. Разместите известняковые рукава рядом со скалистыми выступами и обнажениями, чтобы защитить их от воздействия волн и штормовых нагонов. 2. Сборка и развертывание Coral Arks ПРИМЕЧАНИЕ: В таблице 2 обсуждаются конструктивные соображения Коралловых ковчегов с учетом различных параметров проекта. Размеры подэлементов (подкосы, ступицы, платформы, швартовные компоненты и положительная плавучесть) могут быть изменены в зависимости от желаемого размера и веса конечных конструкций Coral Ark. Монтаж анкерной системыПРИМЕЧАНИЕ: Выберите анкерную систему на основе специфических для площадки и проекта соображений, таких как конструкция ковчега, частота штормов, тип дна, воздействие на участок, продолжительность проекта и ожидаемые силы из-за сопротивления, течений и плавучести. Смотрите PADI41 для получения информации о выборе системы швартовки.Используйте шурупы для песка на песчаном дне и в рыхлых местах обитания щебня.Транспортировка шурупов к бентосу. Поставив песочный винт вертикально, скрутите и закопайте песочный винт до тех пор, пока первый диск не будет покрыт песком или сыпучим щебнем. Поместите металлический поворотный стержень длиной 5 футов через ушко якоря так, чтобы большая часть поворотного стержня торчала с одной стороны глаза. Ходя или плавая кругами по бентосу, ввинчивайте песчаный винт в субстрат до тех пор, пока из бентоса не останется торчащий только глаз (дополнительный файл 1-рисунок S20). Установите три песочных шурупа треугольной формы, соединенных уздечкой цепи, для увеличения удерживающей способности (дополнительный файл 1-рисунок S20). Используйте якоря Halas в местах обитания пород с твердым дном и карбонатным основанием.Транспортировка 9-12 в рым-болтах и погружной дрелью (электрической или пневматической) к анкерной площадке. Используйте погружную дрель и пилу для каменных отверстий диаметром 1 дюйм, чтобы просверлить отверстие глубиной 9 дюймов и шириной 1 дюйм в базовой породе. Периодически вычищайте излишки субстрата из лунки с помощью индюшиного бастера. Заполните отверстие портландцементом или эпоксидной смолой морского класса. Вставьте вал рым-болта в отверстие, а оставшиеся зазоры заполните цементом или эпоксидной смолой. Дайте цементу/эпоксидной смоле застыть в течение 5 дней. Для увеличения удерживающей силы установите три якоря Халас треугольной формы, соединенные цепной уздечкой. Используйте швартовку блочного типа на участках с существующими швартовными блоками или тяжелыми элементами мусора.ПРИМЕЧАНИЕ: Установка нового швартовного блока требует монтажного оборудования коммерческого класса, такого как кран, установленный на барже, и не рекомендуется для проектов с меньшим объемом.Прикрепите швартовную систему к существующим элементам тяжелого мусора (затонувшим судам, блокам двигателей) или к существующим проушкам швартовных блоков с помощью оборудования и снастей. Убедитесь, что металлические компоненты швартовки изготовлены из аналогичных металлов и защищены от гальванической коррозии с помощью жертвенных анодов. Структура частоты 1 В (две платформы)ПРИМЕЧАНИЕ: Подробные инструкции по изготовлению, включая технические чертежи для изготовления компонентов, приведены в разделе Раздел 4 из Дополнительный файл 1. Готовые компоненты, упомянутые в настоящем протоколе (и перечисленные в Таблица материалов) описываются с использованием имперских единиц.Сборка геодезической рамы 1ВПрикрутите шестигранную гайку из нержавеющей стали 1/4-20 к болту из нержавеющей стали 1/4-20 2.5 дюйма на расстоянии 3/4 пути к верхней части болта. Вставьте болт в одно из внутренних отверстий стойки. Закрепите контргайку на другой стороне винта, затягивая ее до тех пор, пока она надежно не соединится с ПВХ, чтобы предотвратить соскальзывание ступицы по длине стойки. Повторите то же самое для противоположной стороны стойки и для остальных 29 стоек. Протолкните конец каждой стойки через одно из отверстий в ступицах и закрепите еще один болт через внешнее отверстие на стойке, закончив контргайкой, чтобы стойка не выскользнула из ступицы (дополнительный файл 1-рисунок S24). Повторите эти действия для всех пяти стоек в одной ступице, а затем продолжайте добавлять ступицы и стойки до тех пор, пока геодезическая сфера не будет собрана (дополнительный файл 1-рисунок S24). Размотайте трос из нержавеющей стали толщиной 1/8 дюйма и начните продевать его через стойки. Создайте 12 петель размером с серебряный доллар из нейлоновых кабельных стяжек — по одной для каждого концентратора. Когда трос продевается через стойки, пропустите веревку через петлю для стяжки на ступице, а затем переходите к следующей стойке.ПРИМЕЧАНИЕ: Некоторые стойки будут повторяться. Продолжайте нанизывать нить до тех пор, пока трос не будет продет через все стойки, соединенные в середине каждой вершины петлей для стяжки. Протяните кабель обратно в исходную точку. Используя плоскогубцы, потяните петли для застежки-молнии, чтобы сжать их до минимально возможного размера, приближая отрезки троса друг к другу. Установите зажим для кабеля из нержавеющей стали толщиной 1/2 дюйма на все длины троса и надежно затяните. Повторите для всех вершин структуры. Соедините начальную длину троса с концевой длиной и зажмите их вместе с помощью трех кабельных зажимов по 1/2 дюйма.ПРИМЕЧАНИЕ: Трос (прочность на разрыв: 2,000 фунтов) теперь должен выдерживать большую часть нагрузки, оказываемой на конструкцию, значительно укрепляя ее. Добавьте такелажную систему, которая состоит из двух отрезков троса 3/8 дюйма из нержавеющей стали, гидравлически намотанных на проушину на каждом конце. Установите торцевые заглушки из ПВХ между заглушками таким образом, чтобы кабель проходил по всей длине ковчега, с проушинами сверху и снизу для крепления швартовной/буйковой линии. Система талрепа посередине соединяет два отрезка кабеля из нержавеющей стали. Пропустите нижние концы кабеля через верхнюю и нижнюю части ковчега, установив торцевые крышки на верхнюю и нижнюю ступицы с помощью молотка. Вкрутите рым-болты в талреп и затяните до тех пор, пока конструкция не станет достаточно натяжной, чтобы сделать систему жесткой (дополнительный файл 1-рис. S24). Добавьте каждую формованную решетку из стекловолокна, разрезанную на два полупятиугольника, внутрь ковчега с помощью сверхпрочных 250-фунтовых стяжек, чтобы закрепить стороны платформы на стойках ковчега (дополнительный файл 1-рисунок S24). Под конструкцией поместите одну длину двутавровой балки из стекловолокна так, чтобы она соединяла обе половины платформы из стекловолокна. Закрепите нижнюю часть платформы с помощью двух U-образных болтов из нержавеющей стали 1/4 дюйма 20. Повторите то же самое для остальных четырех двутавровых балок, равномерно распределяя их по длине платформы. Это соединяет и поддерживает две половины платформы, создавая полноценный пятиугольник. Затяните сверхпрочные стяжки по краям платформы и отрежьте лишнее. В конце этого шага внутренняя платформа прочно интегрируется в структуру Ковчега (дополнительный файл 1-рисунок S24). Используйте проволоку из нержавеющей стали, чтобы натереть концы талрепа и все кандалы. В конце этого шага Ковчег будет иметь две интегрированные платформы, верхнее и нижнее крепления для крепления оборудования, а также центральный трос, который несет основную часть силы натяжения, приложенной к конструкциям посредством якоря и положительной плавучести. Крепление швартовной линии к геодезической рамеПРИМЕЧАНИЕ: Швартовные системы должны быть спроектированы таким образом, чтобы прочность на разрыв всех отдельных швартовных элементов превышала максимальную нагрузку, ожидаемую из-за окружающей среды и экстремальных условий окружающей среды. В репрезентативных результатах приведено описание использования гидродинамического моделирования при проектировании швартовных систем. Рекомендуется распределять нагрузку по нескольким точкам крепления на ковчеге и на системе анкеровки морского дна, так как это добавляет системе резервирования в случае выхода из строя отдельных элементов.Спроектируйте швартовные линии и оборудование таким образом, чтобы обеспечить надежное соединение между основанием Ковчега и анкерной системой (см. Рисунок 1 для примера).ПРИМЕЧАНИЕ: Рекомендуется проектировать систему швартовки таким образом, чтобы средняя линия конструкции Ковчега располагалась на глубине 30 метров. Соедините верхнюю часть двойной сращенной линии с базовым ушком ковчега с помощью дужки. Подсоедините высокопрочную поворотную дужку из нержавеющей стали к основанию этой линии (рис. 1 и дополнительный файл 1 – рис. S25). Соедините верхнюю часть двойной сращенной линии с основанием поворотной дужки. Нижняя часть этой линии будет соединена с анкерной системой (рис. 1 и дополнительный файл 1 – рис. S25). Транспортировка Ковчега к месту дислокацииТранспортируйте «Ковчег» на грузовике-платформе на пляж, прилегающий к месту развертывания (прибрежное развертывание с заходом в песок) или на место спуска лодки (развертывание судна). Прикрепите подъемный мешок весом 220 фунтов к верхней нержавеющей проушиной ковчега с помощью дужки 1/2 дюйма. Прикрепите к основанию ковчега швартовный трос, включая меткости для крепления к якорю на морском дне. Для развертывания с судна, не имеющего А-образной рамы или шлюпбалки, погрузите ковчег на судно так, чтобы его можно было легко скатить с лодки в воду (избегая носа с высокими пушками или кормы с подвесными двигателями). Для развертывания с берега закатите ковчег в воду до достаточной глубины, на которой подъемный мешок может быть заполнен воздухом (рисунок 3). Плавайте, буксируйте или транспортируйте ковчег к месту якорной стоянки на поверхности (рис. 3). Крепление Ковчега к причальной системеПРИМЕЧАНИЕ: На этом этапе система «Ковчег» плавает на поверхности над местом якорной стоянки с помощью подъемного мешка. Следующие задачи выполняются под водой на подводном плавании и требуют команды не менее трех водолазов.Медленно выпуская воздух из подъемного мешка, выполняйте контролируемый спуск к анкерной системе. Прикрепите швартовное оборудование у основания ковчега к анкерной системе. Увеличьте положительную плавучесть системы Arks, заполнив подъемный мешок воздухом, и осмотрите компоненты мониторинга на предмет структурной целостности. Убедитесь, что дужки установлены правильно, а анкеры надежно закреплены. Используйте проволоку для наведения, чтобы навести мышь на все кандалы. Соедините проушину короткой линии с двойным сращиванием с верхним глазком системы Arks с помощью дужки. Соедините полиформный надувной швартовный буй с другим концом этой линии с помощью дужки (дополнительный файл 1-рисунок S25). Наполните швартовный буй воздухом с помощью стандартного адаптера воздушного сопла низкого давления, прикрепленного к баллону со сжатым воздухом для пони, пока он не заполнится примерно на 75%. Медленно выпустите воздух из подъемного мешка и удалите его из системы. Добавьте более крупные или более многочисленные швартовные буи для систем Arks, использующих известняковые ARMS, или для компенсации накопления биологической массы. Прикрепление ARMS к ковчегамИзвлеките ARMS из места посева и поместите в ящики для молока, выстланные сеткой 100 мкм, чтобы предотвратить потерю мелких подвижных беспозвоночных, живущих в ARMS. Перенесите ARMS на площадки Ковчега в ваннах с затененной прохладной морской водой. Поместите ARMS на верхнюю или нижнюю платформу ковчегов, равномерно распределив вес по платформе. Пропустите сверхпрочные кабельные стяжки как через формованную платформу из стекловолокна, так и через основание ARMS из ПВХ или известняка и затяните, чтобы закрепить ARMS на раме ковчега (дополнительный файл 1-рисунок S25). Структура частоты 2 В (оболочка)ПРИМЕЧАНИЕ: Подробные инструкции по изготовлению, включая технические чертежи для изготовления компонентов, приведены в разделе Раздел 3 из Дополнительный файл 1.Сборка геодезической рамы 2ВСоберите монтажный каркас ковчега в соответствии с предоставленным руководством от VikingDome (дополнительный файл 1-рисунок S11). Добавьте шайбу к болту из нержавеющей стали длиной 2.5 дюйма 10/32. Вставьте болт в одно из двух отверстий на конце стойки, добавив разъем STAR на внутреннюю поверхность (отверстие, характерное для стоек S1 или S2), и закрепите контргайкой. Повторите то же самое для второго отверстия для болта. Продолжайте, не затягивая контргайки, пока конструкция не будет полностью собрана (дополнительный файл 1-рисунок S12). Затяните монтажный каркас ковчега. В конце шага 2.3.1.1 соединения стойки-STAR будут ослаблены и податливы. Начните затягивать контргайки с помощью торцевого ключа (10 мм или 3/8 дюйма) и отвертки с головкой Philips. Продолжайте работать по всей конструкции до тех пор, пока все контргайки не будут затянуты, при этом нейлоновая вставка контргайки полностью зацепится за резьбу болтов. Добавьте подушечки для крепления швартовной уздечки. Добавьте проушину к стойке из нержавеющей стали S1 у основания ковчега и закрепите четырьмя болтами из нержавеющей стали с головкой 3 дюйма. Добавьте контргайки 1/4 в 20 и затяните. Повторите эти действия в общей сложности для пяти точек подключения швартовки (дополнительный файл 1-рисунок S17). Установите 10 опорных плат ARMS на средние разъемы N2 STAR. Вставьте болт с головкой кастрюли диаметром 3 дюйма в центральное отверстие на опорной пластине ARMS. Добавьте серую стойку из ПВХ к валу болта и поместите ее через центральное отверстие разъема N2 STAR так, чтобы опорная пластина находилась внутри конструкции. Добавьте шайбу и контргайку и затяните. Добавьте два кронштейна и используйте четыре болта с шестигранной головкой 3 1/4 дюйма и контргайки для крепления опорной плиты ARMS к стойкам. Затяните все контргайки. Сохраняйте одинаковую ориентацию для всех опорных пластин ARMS (дополнительный файл 1-рисунок S15). Установите 20 опорных плит коралловых пластин на верхние стойки. Вставьте четыре болта с шестигранной головкой 3 дюйма через отверстия на опорной плите коралловой пластины и закрепите их на стойке с помощью кронштейна и контргайки. Повторите для другой стороны. Затяните контргайки, чтобы закрепить (дополнительный файл 1-рисунок S15). Добавьте центральную удилище и траловый поплавок к центральному позвоночнику ковчега. Вставьте стержень из стекловолокна длиной 8 футов без резьбы в соединители STAR, модифицированные сварным сегментом трубы у основания ковчега. Добавьте шайбу диаметром 1 дюйм и немодифицированный поплавок трала на стержень из стекловолокна без резьбы внутри конструкции. Завершите вставку стержня через верхний разъем STAR ковчега. Вставьте болты через металлическую трубку на модифицированных разъемах STAR и контргайки к стержню замка внутри ковчега. Добавьте зеленый зажим трубки под поплавком трала (верхняя часть ковчега) и затяните. Крепление модифицированного трала плавает внутри обращенных сверху разъемов N2 и N1 STAR, модифицированных с центральным отверстием 1. Добавьте шайбу из стекловолокна к более длинному концу открытого резьбового стержня из стекловолокна. Закрепите через модифицированное соединительное отверстие STAR так, чтобы трал плавал лицом внутрь конструкции. Добавьте еще одну шайбу из стекловолокна и шестигранную гайку из стекловолокна. Затяните с помощью гаечного ключа и покрутки поплавков (дополнительный файл 1-рисунок S16). Крепление швартовной системы к геодезической рамеСпроектируйте швартовные линии и оборудование таким образом, чтобы обеспечить надежное соединение между основанием Ковчега и анкерной системой (см., например, рисунок 1 ).ПРИМЕЧАНИЕ: Рекомендуется проектировать систему швартовки таким образом, чтобы средняя линия конструкции ковчега располагалась на глубине 10 м. Соедините каждую проушину в основании конструкции Ковчега со сращенным глазком в конце двойной сращенной длины линии спектров 3/4 дюйма с высокопрочной дужкой из нержавеющей стали 7/16 (дополнительный файл 1-рисунок S17). Используя дужку с винтовым штифтом диаметром 1/2 дюйма, соедините другой конец каждой линии спектров с одним из двух мастерлинков из нержавеющей стали таким образом, чтобы каждое звено имело два или три соединения. Прикрепите поворотную дужку 3/4 дюйма к нижней части Masterlink и проушину нейлоновой линии 1 дюйма, сращенную с наперстком из нержавеющей стали. Прикрепите дужку 3/4 дюйма к ушку и наперсток на другом конце нейлоновой лески. Эта дужка будет соединена с анкерной системой (дополнительный файл 1-рисунок S17). Транспортировка 2V Ark к месту дислокацииПРИМЕЧАНИЕ: Для развертывания Shell Ark требуется судно с плоской кормой и внутренними двигателями, чтобы Ковчег можно было скатить с шлюпочной палубы в воду, или судно с большой шлюпбалкой или А-образной рамой.Транспортируйте Ковчег на бортовом грузовике к причалу или пристани. Погрузите ковчег на судно с помощью вилочного погрузчика соответствующего размера (дополнительный файл 1-рисунок S21). Прикрепите швартовные тросы и оборудование, включая нижние линии и оборудование для крепления к анкерной системе морского дна, к основанию ковчега. Транспортируйте Ковчег к месту якорной стоянки (рис. 3). Подготовьте леску примерно такой же длины, как глубина анкерной системы, со скобой на одном конце и буем на другом конце. Прикрепите конец дужки лески к анкерной системе так, чтобы конец буя плавал на поверхности. Безопасно скатите ковчег с кормовой палубы в воду или разверните ковчег в воду с помощью шлюпбалки или А-образной рамы. Прикрепите буйковый конец лески к ковчегу с положительной плавучестью так, чтобы конструкция плавала над анкерной системой. Крепление Ковчега к швартовной системеПРИМЕЧАНИЕ: На этом этапе конструкция Ковчега плавает на поверхности над местом якорной стоянки со встроенными элементами плавучести (поплавками), обеспечивающими плавучесть. Следующие задачи выполняются под водой на подводном плавании и требуют команды не менее трех водолазов и двух надводных вспомогательных сотрудников.Прикрепите верхний блок блока и систему шкивов снастей к надежной точке крепления на основании ковчега, разматывая шкив при спуске к морскому дну, а затем прикрепите нижний блок к анкерной системе (дополнительный файл 1-рисунок S19). Протяните леску через нижний блок, чтобы зацепить шкив, вытягивая ковчег на глубину. Леска должна быть зафиксирована в шипе при каждом натяжении (дополнительный файл 1-рисунок S19).ПРИМЕЧАНИЕ: Для систем Arks с высокой начальной положительной плавучестью используйте систему блоков и снастей 6:1 для максимальной покупки. Грузы также могут быть временно прикреплены к системе Arks, чтобы уменьшить выталкивающую силу, необходимую для погружения конструкции. Продолжайте тянуть ковчег на глубину до тех пор, пока нисходящая линия и швартовное оборудование не будут подключены к анкерной системе. Используйте проволоку, чтобы навести мышь на все кандалы. Осмотрите все компоненты швартовки на предмет целостности. Убедитесь, что дужки установлены правильно, а анкеры надежно закреплены. Медленно перенесите натяжение с блока и снасти на швартовную систему. Снимите блок и снасти, грузы и буйковую леску. Прикрепление ARMS к ковчегамИзвлеките ARMS из места посева и поместите в ящики для молока, выстланные сеткой 100 мкм, чтобы предотвратить потерю мелких подвижных беспозвоночных, живущих в ARMS. Перенесите ARMS на площадки Ковчега в ваннах с затененной прохладной морской водой. Проведите ARMS через одно из больших треугольных отверстий вблизи средней линии ковчега так, чтобы ARMS находился внутри конструкции. Крепко прижмите ARMS к одной из белых опорных пластин, установленных внутри каркаса ковчега. Закрепите болт с шестигранной головкой из нержавеющей стали длиной 1/2 дюйма 1,75 дюйма длиной 1/2 дюйма через открытое угловое отверстие опорной плиты ARMS и белой базовой плиты из полиэтилена высокой плотности, прикрепите контргайку из нержавеющей стали к болту, выступающему через другую сторону, и затяните до плотного прилегания. Повторите то же самое для трех других сторон (рис. 2D). Толкайте ARMS вперед и назад, чтобы обеспечить надежное крепление. Прикрепление кораллов к ковчегамПрикрепите коралловые пластины, содержащие кораллы, эпоксидные смолы к известняковой плитке, к опорным плитам из полиэтилена высокой плотности на внешней стороне ковчега, используя болты с шестигранной головкой длиной 2 дюйма 1/4 дюйма 20, шайбу и контргайку на всех четырех углах. Затяните контргайки с помощью торцевого ключа, чтобы закрепить коралловую пластину на месте. 3. Мониторинг и обслуживание коралловых ковчегов ПРИМЕЧАНИЕ: Подробные инструкции по изготовлению, включая технические чертежи для изготовления компонентов, приведены в разделе 7 дополнительного файла 1. Измерение веса ковчега в водеПрикрепите погружной тензодатчик к системе шкивов блока и снастей для использования при временной передаче напряжения на швартовной линии в тензометрическую систему. Прикрепите основание блока и снасти к безопасному месту на швартовной системе ковчега, например, к промежуточной точке скобы или к якорю на морском дне. Прикрепите верхнюю часть тензодатчика к надежному месту на монтажной раме ковчега (дополнительный файл 1-рисунок S33). Не снимая и не изменяя швартовные компоненты на ковчеге, протяните леску через систему шкивов блока и снастей таким образом, чтобы натяжение передавалось от швартовной системы ковчега к системе шкивов, натягивая леску при каждом натяжении (дополнительный файл 1-рис. S33). Убедитесь, что швартовная линия полностью ослаблена, чтобы тензорезистор мог измерять натяжение (дополнительный файл 1-рис. S33). Медленно перенесите натяжение с системы шкивов блока и снастей на швартовную линию ковчега, убедившись, что дужки и другие компоненты швартовки правильно установлены и надежно закреплены. Для долгосрочного сбора данных интегрируйте тензодатчик в систему швартовки в качестве «встроенного» компонента. Периодически переключайте регистраторы данных для получения данных. Долгосрочное обслуживание КовчеговВыполняйте плановые осмотры швартовной системы Arks и проводите работы по техническому обслуживанию по мере необходимости.ПРИМЕЧАНИЕ: См. Дополнительный Файл-Рисунок S18 для примера контрольного списка обслуживания. Рекомендуется проводить техническое обслуживание два раза в год. Убедитесь, что анкеры продолжают обеспечивать максимальную удерживающую способность (т. е. не отступают от подложки). Очистите швартовные линии от обрастающих организмов, которые могут вторгнуться и нарушить целостность линий. При необходимости замените изнашивающиеся компоненты, такие как жертвенные аноды, скобы и швартовные линии (дополнительный файл – рисунок S18). При необходимости добавьте дополнительную плавучесть, добавив поплавки с фиксированной плавучестью или воздух к существующим швартовным буям, чтобы компенсировать накопление биологической массы.

Representative Results

Приведенные выше методы предоставляют инструкции по сборке и установке для двух конструкций систем Coral Arks. Прототипы для каждой конструкции были собраны и испытаны в полевых условиях в Сан-Диего, США, перед долгосрочным развертыванием для оценки характеристик сопротивления и оптимизации структурной целостности на основе смоделированных и эмпирических значений прочности. Усилия по моделированию, сыгравшие важную роль в выборе и уточнении обеих геометрий Ковчега, представленных здесь, включая результаты испытаний в аэродинамической трубе, гидродинамического моделирования и проверки смоделированных значений в воде с использованием прототипов структур, подробно описаны в разделе 6 Дополнительного файла 1. Здесь показаны результаты моделирования и испытаний в воде конструкции ковчега «Панцирь». Затем на полевых участках Карибского бассейна в Пуэрто-Рико и Кюрасао были развернуты две конструкции каждого проекта (установлено четыре сооружения «Ковчег»), и кораллы были перемещены в эти сооружения. Качество воды, микробное сообщество и показатели выживания кораллов, связанные с конструкцией ковчега «Раковина» и двумя контрольными участками морского дна, были собраны в несколько моментов времени, охватывающих 6 месяцев, чтобы охарактеризовать и определить изменения в параметрах окружающей среды и здоровье кораллов, связанные со структурами Ковчегов, после естественного пополнения и добавления засеянных ARMS. Характеристики сопротивления Coral ArksВажно понимать характеристики сопротивления коралловых ковчегов, чтобы спроектировать конструкцию и причал, которые выживут в целевой среде. С конструктивной точки зрения гидродинамическое сопротивление в сочетании с плавучестью сети создает нагрузки внутри конструкции, особенно на швартовку и ее анкерную систему. Мы провели моделирование и экспериментальные измерения для оценки характеристик сопротивления конструкций Arks. Результаты этих испытаний для конструкции «Панцирь» конструкций Arks подробно описаны ниже. Моделирование проводилось путем оценки сопротивления отдельных элементов конструкции, их суммирования, а затем объединения результата в эффективный коэффициент лобового сопротивления, как показано в уравнении (1) и уравнении (2): (1) (2) где D – общее сопротивление конструкции, оцененное по сумме сопротивления элемента Di, CD – общий коэффициент сопротивления конструкции, – плотность жидкости, U – скорость потока объекта относительно жидкости, а A – фронтальная площадь конструкции. В этих расчетах все элементы предполагались цилиндрами, а их ориентация на поток диктовалась вертикальной геометрией конструкции Ковчега. Моделирование проводилось для того же прототипа системы «Панцирь» (геодезическая сфера 2 В), которая использовалась для буксировочных испытаний (описанных ниже) перед строительством окончательных полевых систем. Прототип имел общую площадь лобовой части примерно 2,10 м2, а результаты моделирования показали эффективный коэффициент лобового сопротивления для всей конструкции примерно 0,12. Предсказанное моделью сопротивление конструкции в зависимости от скорости показано на рисунке 4. Экспериментальные оценки силы лобового сопротивления конструкции, которая будет испытываться при различных скоростях потока, были получены путем буксировки конструкции Ковчега за судном с тензодатчиком, сращенным на одной линии с буксирным тросом, и датчиком наклона для регистрации изменений ориентации Ковчега относительно вертикальной оси в диапазоне скоростей буксировки. Перед буксировкой был определен вес конструкции в воде, и к конструкции был добавлен достаточный дополнительный вес, чтобы имитировать чистую плавучесть примерно 200 кг (первоначальная цель для системы). Исходя из натяжения буксирного троса и угла наклона ковчега, лобовое сопротивление (буксир D) на каждой скорости определяли с помощью уравнения (3): (3) где T — измеренное натяжение тензодатчика, а — угол наклона относительно вертикальной оси. Результирующее соотношение сопротивления и скорости показано на рисунке 4. Затем для определения эмпирического коэффициента лобового сопротивления, равного 0,13, использовалась кривая лобового сопротивления (вида буксировки Dα U 2; см. рис. 4) в сочетании с оценками площади фронта и плотности воды. Число Рейнольдса во время буксировочных испытаний (и диапазон, использованный для моделирования) находилось в диапазоне 105-10 6, как правило, в режимах турбулентного течения. Типичные значения коэффициента лобового сопротивления для сферы в этом диапазоне чисел Рейнольдса составляют от 0,2 до 0,4. Для сравнения на рисунке 4 показан график кривой лобового сопротивления для сферы с коэффициентом лобового сопротивления 0,3. Таким образом, смоделированные и экспериментальные оценки коэффициента лобового сопротивления находятся порядка в два-три раза меньше, чем для сферы, что согласуется с более открытым характером конструкции. Чтобы подтвердить эти смоделированные результаты, мы также провели полевые измерения реакции двух структур ковчега «Shell» на поток. Для этого был временно установлен такой же тензодатчик на одной линии с основной швартовной линией «Ковчега», на «Ковчеге» был установлен датчик наклона, а на площадке был установлен счетчик тока для одновременного контроля скорости воды. Затем компоненты плавучести и лобового сопротивления растяжения были рассчитаны на основе угла наклона и измерений тензодатчика (рис. 5). Текущие скорости в течение периода измерений были относительно стабильными и составляли около 20 см/с, а набор данных был относительно коротким; Таким образом, данные были усреднены за период и использованы для сравнения сопротивления и скорости поля с смоделированными и экспериментальными оценками буксировки. Эти результаты показывают, что в ожидаемых условиях в месте развертывания (скорость потока до 1,3 м/с во время типичного шторма) сила сопротивления на системе, как ожидается, составит менее 300 кг. Обе конструкции «Панцирь» на Вьекесе (Пуэрто-Рико) пережили прямое попадание урагана «Фиона» категории 1 в сентябре 2022 года без видимых повреждений конструкций, швартовки или анкерной системы, что обеспечило испытание на месте , подтверждающее конструкцию. Расположенный неподалеку буй (CARICOOS) зафиксировал скорость течения 1,05 м/с на глубине 10 м в месте развертывания, что соответствует силе сопротивления на швартовных системах в размере около 160 кг. Системы были спроектированы так, чтобы выдерживать силу 1,600 кг (с учетом анкерной емкости и прочности компонентов на разрыв) и, следовательно, не ожидалось, что они выйдут из строя в условиях окружающей среды или типичных штормовых условиях. Мониторинг чистой плавучести коралловых ковчеговТот же подход, который был описан для проверки характеристик сопротивления конструкций Ковчега, был также использован для разработки метода мониторинга чистой плавучести Ковчегов. До тех пор, пока физическая структура Ковчега остается постоянной, чистая плавучесть обеспечивает приблизительный показатель для мониторинга общей кальцификации сообщества и, следовательно, роста кораллов, а также метрику обслуживания, чтобы определить, имеет ли система достаточную положительную плавучесть, чтобы компенсировать биологический рост с течением времени. Компонент плавучести (B) швартовного натяжения был рассчитан с использованием данных тензодатчика и датчика наклона в уравнении (4): (4) где T — измеренное натяжение тензодатчика, а — угол наклона. Результирующий временной ряд плавучести сети показан на рисунке 5. В относительно стабильных текущих условиях, наблюдавшихся во время полевых мониторингов, мы обнаружили, что две структуры «Ракушка» «Аркс», развернутые на Вьекесе (Пуэрто-Рико), имеют одинаковую чистую плавучесть 82,7 кг ± 1,0 кг (Ковчег 1) и 83,0 кг ± 0,9 кг (Ковчег 2) при усреднении за период мониторинга (± одно стандартное отклонение) после того, как все кораллы и засеянные единицы АРМС были перемещены в сооружения через 6 месяцев после первоначального развертывания структуры. Результаты показывают, что краткосрочный мониторинг в относительно стабильные периоды стока воды может быть использован для определения чистой плавучести в поле с точностью до ~ 1 кг, что должно оказаться полезным в долгосрочной перспективе для мониторинга изменений в биомассе. Качество воды и динамика микробного сообществаПоказатели, связанные с качеством воды и микробными сообществами, связанными с толщей воды, были измерены на двух средневодных ковчегах «Ракушка», которые были закреплены на глубине 55 футов с вершиной ковчега на глубине 25 футов у побережья острова Вьекес, Пуэрто-Рико (рис. 6C). Показатели качества воды, микробная и вирусная численность, а также средний размер микробов из двух ковчегов сравнивались с теми же показателями из двух близлежащих «контрольных» участков морского дна, которые также находились на глубине 25 футов, но намного ближе к берегу (рис. 6D). Показанные измерения были собраны сразу после установки Ковчега с первой партией перемещенных кораллов (ноябрь 2021 г.) и через 6 месяцев после того, как вторая партия кораллов и засеянных ARMS были перемещены в Ковчеги (май 2022 г.); затем они были усреднены по обоим участкам (Ковчег и контрольные участки) для сравнения. Поскольку засеянные ARMS были перенесены в Ковчеги через 6 месяцев после развертывания, накопление биологических сообществ на структурах в течение первого 6-месячного периода было связано с биообрастанием и естественным пополнением. В среде Ковчега наблюдались более высокие средние интенсивности дневного освещения (рис. 6А), более высокие средние скорости потока (рис. 6С), более низкие концентрации растворенного органического углерода (рис. 6F) и более низкие колебания концентрации растворенного кислорода (рис. 6G), чем в бентических контрольных участках. Ковчеги также показали микробные сообщества с более высоким соотношением вирусов и микробов, чем контрольные участки (рис. 7A), что обусловлено более высоким обилием свободных вирусов (рис. 7C) и меньшим количеством микробов (рис. 7B) в срединной среде Arks. Микробные сообщества на Ковчегах состояли в среднем из физически меньших клеток, чем микробные сообщества на участках морского дна (рис. 7D). Различия в температуре между ковчегами и контрольными участками не были значительными (рис. 6E). Все вышеперечисленные тенденции согласуются с улучшением качества воды и более здоровыми микробными сообществами на Ковчегах, чем на контрольных участках. Эти условия сохранялись в течение первых 6 месяцев развертывания, в течение которых зарождающееся биологическое сообщество развивалось на Ковчегах как за счет перемещения коралловых бугорков, так и за счет естественного пополнения из толщи воды и испытывало сукцессионные изменения, а также за счет добавления засеянных ARMS на структуры на 6-м месяце. Выживание коралловКогорта кораллов, включающая восемь видов и различных морфологий, была распределена по Ковчегам и участкам бентосного контроля как после установки Ковчега (месяц 0), так и после добавления засеянного ARMS на 6-м месяце. Первоначальные родительские колонии каждого вида кораллов были раздроблены на кусочки (2-8 см в данном измерении) и прикреплены к известняковым коралловым плитам (четыре-пять бугорков на плиту 20см2), которые были равномерно распределены как на Ковчегах, так и на контрольных участках, гарантируя, что одни и те же виды и генотипы были представлены как на участках Средневодных Ковчегов, так и на контрольных участках. Выживаемость этих перемещенных кораллов оценивалась каждые 3 месяца на Ковчегах и контрольных участках. Через девять месяцев после переселения первой когорты кораллов на Ковчегах все еще оставалось больше живых кораллов (80%, рис. 8) по сравнению с контрольными участками (42%, рис. 8). Рисунок 1: Схема, показывающая структурные компоненты двух полностью установленных конструкций Кораллового ковчега. Слева показаны конструкции коралловых ковчегов «Раковина» и «Двухплатформенный» (справа), а также два метода обеспечения положительной плавучести и два метода постановки на якорь. Аббревиатура: ARMS = Автономные структуры мониторинга рифов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 2: Проектирование, развертывание и переброска подразделений ARMS. (A-D) ПВХ ARMS и (E-H) известняковые ARMS от мест засева морского дна до коралловых ковчегов. (A) Фото предоставлено Майклом Беруменом. (B) Фото предоставлено Дэвидом Литчвагером. Сокращения: ПВХ = поливинилхлорид; ARMS = автономные структуры мониторинга рифов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 3: Изображения, представляющие этапы развертывания Coral Arks, включая транспортировку на место и полную установку. (A-C) Системы типа оболочки и (D-F) двухплатформенного типа. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 4: Характеристики сопротивления конструкций ковчега «Панцирь» на основе моделирования, экспериментальных испытаний буксировки и проверки в полевых условиях относительно сопротивления сферы того же приблизительного масштаба. «ARK1» и «ARK2» являются идентичными конструкциями «Shell» Ark, установленными на одном и том же объекте на Вьекес, Пуэрто-Рико. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 5: Измеренные чистые значения плавучести для двух ковчегов «Шелл» на острове Вьекес, Пуэрто-Рико. Показаны скорость воды (правая ось, средние цвета), плавучесть сети (левая ось, светлые цвета) и расчетное сопротивление/натяжение на швартовной линии (левая ось, темные цвета) для ковчега 1 «Ракушка» (синий) и ковчега 2 «Ракушка» (зеленый). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 6: Показатели качества воды, связанные с ковчегами «Шелл» и участками контроля морского дна на Вьекес, Пуэрто-Рико, сразу после установки и через 6 месяцев после нее. (A) интенсивность дневного света, (B) скорость тока, (C, D) фотографии, сделанные через 6 месяцев после установки, (E) температура, (F) растворенный органический углерод, (G) изменения уровня растворенного кислорода в ковчегах по сравнению с контрольными участками в течение 6 месяцев. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 7: Показатели, связанные с микробными сообществами, связанными с водной толщей, на ковчегах «Шелл» и участках контроля морского дна на Вьекес, Пуэрто-Рико, сразу после установки и через 6 месяцев после нее . (A) соотношение вирусов и микробов, (B) обилие бактериальных клеток, (C) обилие свободных вирусов и (D) средний размер бактериальных клеток. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Диаграмма 8: Доля выживших кораллов на ковчегах «Ракушка» и участках контроля морского дна на Вьекес, Пуэрто-Рико, в течение первых 9 месяцев после переселения. Изображения показывают состояние одной коралловой плиты на Ковчегах (вверху) и на контрольных участках бентоса (внизу) сразу после транслокации (слева) и через 6 месяцев после транслокации (справа). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Таблица 1: Соображения по конструкции и проектированию ARMS. Сокращения: ARMS = автономные структуры мониторинга рифов; ПВХ = поливинилхлорид. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить эту таблицу. Таблица 2: Соображения по проектированию коралловых ковчегов. Сокращения: ПВХ = поливинилхлорид; ARMS = автономные структуры мониторинга рифов; ПЭВП = полиэтилен высокой плотности. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить эту таблицу. Дополнительный файл. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл. 

Discussion

Репрезентативные результаты, представленные выше, свидетельствуют о том, что коралловые ковчеги обеспечивают среду обитания и улучшенные условия качества воды для формирования рифовых сообществ на стабильных исследовательских платформах in situ. Ковчеги и участки контроля морского дна на одной и той же глубине демонстрировали неизменно разные профили качества воды. Более высокие средние скорости течения и большее расстояние от берега уменьшали седиментацию и мутность в срединной воде на участках Аркса (рис. 6B), что, вероятно, способствовало более низким измеренным концентрациям растворенного органического углерода на Ковчегах (рис. 6F). Кроме того, эти улучшения прозрачности воды привели к увеличению интенсивности дневного освещения на ковчегах по сравнению с контрольными участками (рис. 6А). Более низкие колебания содержания растворенного кислорода указывают на улучшение доступности кислорода для кораллов на Ковчегах по сравнению с бентосом, особенно ночью (рис. 6G). Все эти показатели были связаны с улучшением выживаемости кораллов 42, ростом 43,44,45 и восстановлением после стресса46,47 в прошлой работе и могут быть связаны с улучшением результатов выживания кораллов, перемещенных в Ковчег, по сравнению с участками бентического контроля (рис. 8 ). Тот факт, что эти условия сохраняются даже после накопления значительной биомассы в результате биообрастания, указывает на то, что естественные процессы пополнения не приводят к ухудшению характеристик качества воды в средневодной среде. Ковчеги были развернуты в 3 км от берега от участков контроля бентоса и, вероятно, выиграли от уменьшения поступления наземных отложений, питательных веществ и, возможно, промыслового давления, которое бросает вызов прибрежным участкам. Размещение ковчегов в районах с чистой водой и низким антропогенным воздействием (например, на шельфе) может обеспечить лучшие условия, чем сильно пострадавшие прибрежные зоны, для распространения биоразнообразия рифов для экспериментов на уровне мезокосма.

Предварительные результаты также свидетельствуют о том, что в средневодных ковчегах наблюдалась меньшая микробизация, центральный рифовый процесс, связанный с деградацией мест обитания бентосных рифов 4,48. Высокие поступления питательных веществ и чрезмерный вылов рыбы были определены в качестве движущих сил трофических обратных связей в масштабах всего рифа, в которых размножаются энергетически дестабилизированные микробные сообщества, что приводит к дыхательному сокращению метаболически доступного кислорода и увеличению заболеваемости коралловыми патогенами в бентосе 6,49,50,51 . Снижение численности свободных вирусов на микробизированных рифах, которые служат первичным литическим контролем роста микробных сообществ, указывает на нарушение трофической структуры, что способствует дальнейшей микробной экспансии52. Микробы, связанные с толщей воды на ковчегах, были менее многочисленны (рис. 7B) и физически меньше (рис. 7D), чем на участках морского дна. Ковчеги также показали более высокое соотношение вирусов и микробов (рис. 7A), обилие свободных вирусов (рис. 7C) и доступность растворенного кислорода, особенно ночью (рис. 6G). Взятые вместе, эти результаты указывают на то, что срединная водная среда демонстрирует меньший потенциал для микробизации по сравнению с участками морского дна. Ковчеги, как мезокосмы, на которых условия окружающей среды могут быть изменены просто путем вертикальной корректировки в толще воды, дают возможность смягчить и дополнительно изучить микробные и молекулярные механизмы деградации рифов.

Для конструкции представленных здесь Коралловых ковчегов были выбраны геодезические сферы двух разных частот (рис. 1). Геодезическая частота (1 В, 2 В, 3 В) указывает на количество повторяющихся подэлементов в геодезической сфере, причем более высокие частоты соответствуют большему количеству треугольных подэлементов. Со структурной точки зрения геодезические многогранники распределяют механическое напряжение по всей конструкции, что приводит к высокой врожденной прочности для их размера53,54. Эти характеристики обеспечивают высокую прочность и долговечность, но достигаются за счет более высокого гидродинамического сопротивления, что может привести к более высоким нагрузкам на швартовную систему. С точки зрения среды обитания сопротивление, создаваемое системой Ковчега, представляет собой индикатор диффузии импульса внутри конструкции и, таким образом, степени, в которой внутренний поток окружающей среды уменьшается. Смоделированные и экспериментально подтвержденные результаты указывают на снижение скорости потока внутри ковчега «Shell» на 40-70% по сравнению с окружающим полем потока из-за генерации турбулентного потока внутри структур (см. Раздел 6 Дополнительного файла 1). Хотя оптимальный уровень снижения внутреннего стока не ясен (и различается в зависимости от геодезической частоты), области пониженного стока в структуре важны для создания нишевых местообитаний 55,56, реминерализации питательных веществ 57,58 и содействия удержанию и расселению личинок 59,60 . Как правило, более крупные и высокочастотные геодезические сооружения, особенно на более открытых площадках установки, требуют анкерных систем с более высокой удерживающей способностью и большей избыточностью, включенных в конструкцию конструкции.

Результаты полевых измерений компонента сопротивления натяжения причальной системы ковчега «Ракушка» близко соответствовали результатам, полученным на основе смоделированных и экспериментальных оценок буксировки (рис. 4), и находились в пределах ожидаемых расчетных диапазонов. Эти результаты указывают на то, что допущения гидродинамической модели верны и что модель может предсказывать силы сопротивления в фоновых диапазонах течений. Однако, несмотря на то, что отклонения в смоделированных и экспериментальных данных были небольшими, диапазон потоков в течение периода испытаний, который был типичным для средних, неливневых скоростей потоков на участке, не позволял провести строгую проверку по всему спектру моделирования. При прогнозировании требований к проектированию систем Coral Arks усилия по моделированию должны сочетаться с информацией о частоте штормов и воздействии на планируемых местах развертывания для проектирования конструкций и причальных систем, которые могут выдержать ожидаемые гидродинамические силы. Представленные здесь работы по моделированию могут быть использованы для проектирования систем Ковчега на других объектах с минимальными затратами (желаемый размер Ковчега, частота и средняя скорость тока в месте развертывания) за счет обеспечения коэффициентов лобового сопротивления и максимальных ожидаемых усилий на системе швартовки и якоря.

Системы Arks и ARMS являются модульными и могут быть построены в разных масштабах и с использованием альтернативных материалов, чем те, которые описаны здесь. Хотя их окончательная долговечность еще не определена, коралловые ковчеги были спроектированы так, чтобы иметь примерно 10-летний жизненный цикл. Материальный состав Ковчега и АРМС влияет на долговечность конструкций, вес систем и, следовательно, требуемую плавучесть для компенсации веса и может повлиять на реакцию сообществ раннего обрастания (Дополнительный файл 1-Рисунок S7). Например, известняк обеспечивает более естественный субстрат для биологической колонизации на ARMS и легко и недорого добывается на большинстве островов карбонатных рифов, но он более хрупкий и тяжелый, чем другие материалы, такие как ПВХ и стекловолокно. Эти факторы следует учитывать с учетом специфических характеристик площадки для проектирования ARMS, ковчегов и причальных систем, которые наилучшим образом соответствуют желаемым результатам проекта.

Места развертывания Coral Arks также должны быть выбраны на основе предполагаемых целей проекта (т. е. исследований, смягчения последствий или восстановления). Факторы, которые следует учитывать при выборе участка, включают доступ к материалам, состояние или состояние рифов, инвестиции/участие сообщества, ограниченность ресурсов, институциональную поддержку и требования к разрешениям. Коралловые ковчеги могут предоставить возможности для удовлетворения конкретных потребностей на участках, которые (1) содержат живые коралловые рифы, которые находятся в относительно плохом состоянии и выиграют от восстановительных мероприятий для улучшения пополнения кораллов, кораллового покрова, защиты прибрежных районов или людских продовольственных ресурсов; (2) имеют потребность в перемещении кораллов в другое место, что может произойти, например, когда существуют юридические требования о перемещении живых кораллов с обломков, намеченных к удалению (на этих участках Коралловые ковчеги могут использоваться в сотрудничестве или в поддержку существующих усилий по восстановлению и посадке растений для улучшения результатов транслокации); (3) потребовать проведения исследований в области новых технологий сохранения и восстановления с использованием коралловых ковчегов для повышения эффективности местных усилий; или (4) иметь достаточно различные местные условия (т.е. разную величину антропогенного воздействия), что означает, что стандартизированные мезокосмы могут дать значимые сравнения о рифовых процессах и вмешательствах. Конкретные подходы к мониторингу аспектов экосистемы Коралловых ковчегов, таких как биологический рост, разнообразие и химический состав воды, будут варьироваться в зависимости от проектов в зависимости от целей проекта и переменных, специфичных для конкретного участка. Репрезентативный план научного мониторинга коралловых ковчегов, проведенного на сегодняшний день, приведен в разделе 5 Дополнительного файла 1.

Конструкция структур коралловых ковчегов может вместить кораллы практически любого вида, размера и возраста и должна обеспечивать улучшенные условия по сравнению с теми, которые находятся на нарушенном рифовом бентосе. В зависимости от скорости роста и кальцификации, наблюдаемой в данной системе, может потребоваться добавление положительной плавучести к структурам Ковчега для компенсации биологического роста и снижения риска затопления. Средневодные конструкции с положительной плавучестью можно взвесить с помощью тензодатчика растяжения/сжатия или тензодатчика, чтобы определить, увеличивается ли вес сообщества в воде (рис. 5). Периодические или долгосрочные измерения с использованием тензодатчика могут дополнять другие показатели роста кораллов с более высоким разрешением для получения показателя роста/кальцификации на уровне сообщества и были включены в качестве регулярной задачи по техническому обслуживанию, чтобы определить, имеет ли система достаточную положительную плавучесть, чтобы компенсировать этот биологический рост с течением времени. В случае, если установленный ковчег больше не может контролироваться или обслуживаться, он может быть перемещен и/или плавучесть может быть удалена, чтобы позволить ковчегу прочно прикрепиться к бентосу.

Описанные здесь методы предоставляют исследователям универсальный инструментарий для сборки сообществ средневодных рифов, которые могут быть размещены в местах с улучшенным качеством воды. Изменяя глубину или расположение структур Ковчега, изменения параметров качества воды могут быть экспериментально связаны с изменениями в структуре рифового сообщества и сукцессионных траекториях. Эта конструктивная особенность позволяет исследователям использовать обильное и недостаточно используемое пространство в срединной воде для сбора и изучения мезокосмов коралловых рифов. Использование засеянных АРМС для транслокации загадочного биоразнообразия и придания «импульса» естественному пополнению подвижных пастбищных беспозвоночных обеспечивает функциональное решение для сокращения биообрастания водорослей и, следовательно, бентической конкуренции за кораллы. Использование установленных и стандартизированных структур выборки в качестве компонентов этой системы обеспечивает дополнительную ценность, позволяя осуществлять долгосрочный мониторинг загадочных сообществ на Ковчегах и сравнивать их с наборами данных, полученными с использованием АРМС в качестве инструмента глобальной переписи биоразнообразия.

Коралловые ковчеги могут служить более целостной, интегрированной и саморегулирующейся платформой для размножения биомассы кораллов и беспозвоночных, которая затем может быть высажена на близлежащие деградировавшие рифы и может обеспечить безопасное убежище для кораллов для роста и размножения в улучшенных условиях качества воды. Как в настоящее время демонстрируется в Пуэрто-Рико, ковчеги могут обеспечить улучшенные результаты выживания для проектов по смягчению последствий, связанных с перемещением кораллов и биоразнообразия рифов из мусора или деградировавших районов. Ковчеги имеют отношение к долгосрочным проектам как метод замены мест обитания для популяций рыб, тестирования новых стратегий сохранения и сохранения биоразнообразия местных рифов. При этом Arks предоставляют универсальные инструменты для проведения исследований на месте рифовых сборок и экологической сукцессии и могут дать новое представление о связности рифов.

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Мы благодарим Марка Вермейя, Кристен Мархавер и Исследовательский фонд CARMABI на Кюрасао за предоставление ресурсов, поддержки и понимания этого проекта. Мы благодарим Программу восстановления атлантического побережья Вьекеса НАВФАК и инженерную группу «Джейкобс» за их существенную материально-техническую поддержку в установке, обслуживании и мониторинге «Коралловых ковчегов» на Вьекесе. Мы также благодарны Майку Ангере, Тони Луке, Синтии Сильвейре, Наташе Вароне, Андресу Санчесу-Кинто, Ларсу тер Хорсту и Бену Дарби за их помощь и конструктивный вклад в эту область. Это исследование финансировалось Фондом Гордона и Бетти Мур за исследование водного симбиоза FLR и Программой сертификации технологий экологической безопасности Министерства обороны США (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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Pandolfi, J. M., et al. Global trajectories of the long-term decline of coral reef ecosystems. Science. 301 (5635), 955-958 (2003).
  2. Hughes, T. P., et al. Phase shifts, herbivory, and the resilience of coral reefs to climate change. Current Biology. 17 (4), 360-365 (2007).
  3. 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).
  4. Haas, A. F., et al. Global microbialization of coral reefs. Nature Microbiology. 1, 16042 (2016).
  5. Dinsdale, E. A., et al. Microbial ecology of four coral atolls in the Northern Line Islands. PLoS One. 3 (2), 1584 (2008).
  6. 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).
  7. Estes, J. A., et al. Trophic downgrading of planet earth. Science. 333 (6040), 301-306 (2011).
  8. Houk, P., Musburger, C. Trophic interactions and ecological stability across coral reefs in the Marshall Islands. Marine Ecology Progress Series. 488, 23-34 (2013).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Rix, L., et al. Differential recycling of coral and algal dissolved organic matter via the sponge loop. Functional Ecology. 31 (3), 778-789 (2017).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. Häder, D. P., et al. Anthropogenic pollution of aquatic ecosystems: Emerging problems with global implications. Science of the Total Environment. 713, 136586 (2020).
  26. 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).
  27. Rogers, C. S. Responses of coral reefs and reef organisms to sedimentation. Marine Ecology Progress Series. 62, 185-202 (1990).
  28. 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).
  29. 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).
  30. 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).
  31. Cárdenas, A., et al. Excess labile carbon promotes the expression of virulence factors in coral reef bacterioplankton. ISME Journal. 12, 59-76 (2018).
  32. Johnson, M. D., et al. Rapid ecosystem-scale consequences of acute deoxygenation on a Caribbean coral reef. Nature Communications. 12, 4522 (2021).
  33. 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).
  34. 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).
  35. Enochs, I. C., et al. Shift from coral to macroalgae dominance on a volcanically acidified reef. Nature Climate Change. 5 (12), 1083-1088 (2015).
  36. Nelson, H. R., Altieri, A. H. Oxygen: The universal currency on coral reefs. Coral Reefs. 38, 177-198 (2019).
  37. 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).
  38. 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).
  39. Shafir, S., Van Rijn, J., Rinkevich, B. A mid-water coral nursery. Proceedings of the 10th International Coral Reef Symposium. , 1674-1679 (2006).
  40. 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).
  41. 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).
  42. 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).
  43. 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).
  44. 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).
  45. 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).
  46. 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).
  47. McDole, T., et al. Assessing coral reefs on a Pacific-wide scale using the microbialization score. PLoS One. 7 (9), 43233 (2012).
  48. 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).
  49. Haas, A. F., et al. Influence of coral and algal exudates on microbially mediated reef metabolism. PeerJ. 1, 108 (2013).
  50. Silveira, C. B., et al. Microbial processes driving coral reef organic carbon flow. FEMS Microbiology Reviews. 41 (4), 575-595 (2017).
  51. Knowles, B., et al. Lytic to temperate switching of viral communities. Nature. 531 (7595), 466-470 (2016).
  52. Szmit, R. Geometry design and structural analysis of steel single-layer geodesic domes. 2017 Baltic Geodetic Congress (BGC Geomatics). , 205-209 (2017).
  53. 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).
  54. Graham, N. A. J., Nash, K. L. The importance of structural complexity in coral reef ecosystems. Coral Reefs. 32, 315-326 (2013).
  55. 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).
  56. 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).
  57. 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).
  58. 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).
  59. 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).

Tags

Coral Reef ArksMesocosmReef CommunitiesEcosystem ResearchARMSSand ScrewsGeodesic FrameStainless SteelWire RopeNylon Cable TiesEcosystem AssemblyEcosystem ChangeEnvironmental Response

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citer Cet Article
Baer, J. L., Carilli, J., Chadwick, B., Hatay, M., van der Geer, A., Scholten, Y., Barnes, W., Aquino, J., Ballard, A., Little, M., Brzenski, J., Liu, X., Rosen, G., Wang, P., Castillo, J., Haas, A. F., Hartmann, A. C., Rohwer, F. Coral Reef Arks: An In Situ Mesocosm and Toolkit for Assembling Reef Communities. J. Vis. Exp. (191), e64778, doi:10.3791/64778 (2023).
Télécharger la Citation
Réimpressions et Autorisations

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image