أركس الشعاب المرجانية: صورة متوسطة في الموقع ومجموعة أدوات لتجميع مجتمعات الشعاب المرجانية
Summary
توفر الهياكل الجيوديسية الراسية في منتصف المياه المسماة Coral Arks منصة بحث معيارية وقابلة للتطوير وقابلة للتعديل رأسيا يمكن استخدامها لبناء ومراقبة وإزعاج مجتمعات الشعاب المرجانية في المناطق التي كانت معطلة سابقا ، بما في ذلك البحرية.
Abstract
تزدهر الشعاب المرجانية وتوفر أقصى خدمات النظام البيئي عندما تدعم بنية غذائية متعددة المستويات وتنمو في ظروف مواتية لجودة المياه تشمل مستويات الإضاءة العالية والتدفق السريع للمياه ومستويات المغذيات المنخفضة. تسببت نوعية المياه الرديئة وغيرها من الضغوطات البشرية في وفيات الشعاب المرجانية في العقود الأخيرة ، مما أدى إلى انخفاض التغذية وفقدان التعقيد البيولوجي في العديد من الشعاب المرجانية. لا تزال الحلول لعكس أسباب التخفيض الغذائي بعيدة المنال ، ويرجع ذلك جزئيا إلى أن الجهود المبذولة لاستعادة الشعاب المرجانية غالبا ما تتم تجربتها في نفس الظروف المتناقصة التي تسببت في وفيات الشعاب المرجانية في المقام الأول.
تم تصميم Coral Arks ، وهي هياكل طافية بشكل إيجابي في منتصف المياه ، لتوفير ظروف محسنة لجودة المياه والتنوع البيولوجي الخفي الداعم للشعاب المرجانية المنقولة والمجندة بشكل طبيعي لتجميع mesocosms الشعاب المرجانية الصحية لاستخدامها كمنصات بحث طويلة الأجل. تستخدم هياكل مراقبة الشعاب المرجانية المستقلة (ARMS) ، وهي أجهزة تسوية سلبية ، لنقل التنوع البيولوجي للشعاب المرجانية إلى أركس المرجانية ، وبالتالي توفير “دفعة” للتجنيد الطبيعي والمساهمة في الدعم البيئي لصحة المرجان. قمنا بنمذجة واختبار تصميمين تجريبيين للأرك لتقييم خصائص السحب للهياكل وتقييم استقرارها على المدى الطويل في منتصف المياه بناء على استجابتها للقوى الهيدروديناميكية.
ثم قمنا بتركيب تصميمين لهياكل Arks في موقعين للشعاب المرجانية في منطقة البحر الكاريبي وقمنا بقياس العديد من مقاييس جودة المياه المرتبطة ببيئة Arks بمرور الوقت. عند النشر وبعد 6 أشهر ، عرضت Coral Arks مقاييس محسنة لوظيفة الشعاب المرجانية ، بما في ذلك التدفق العالي والضوء والأكسجين المذاب ، وبقاء أعلى للشعاب المرجانية المنقولة ، وتقليل الترسيب والميكروبات بالنسبة لمواقع قاع البحر القريبة على نفس العمق. توفر هذه الطريقة للباحثين منصة قابلة للتكيف وطويلة الأجل لبناء مجتمعات الشعاب المرجانية حيث يمكن تعديل ظروف جودة المياه المحلية عن طريق تغيير معلمات النشر مثل العمق والموقع.
Introduction
في جميع أنحاء العالم ، تمر النظم الإيكولوجية للشعاب المرجانية بتحولات من مجتمعات قاعية عالية التنوع البيولوجي تهيمن عليها الشعاب المرجانية إلى مجتمعات أقل تنوعا تهيمن عليها الطحالب الكبيرة العشبية واللحمية1،2،3. كشفت عقود من التقدم في توصيف آليات تدهور الشعاب المرجانية كيف أن الروابط بين المجتمعات الميكروبية والكائنات الحية الكبيرة تعزز وتيرة وشدة هذه التحولات. على سبيل المثال ، يؤدي الصيد الجائر للشعاب المرجانية من قبل البشر إلى بدء سلسلة غذائية تقوم فيها السكريات الزائدة المشتقة ضوئيا من الطحالب غير الرعية بتحويل الطاقة إلى المجتمعات الميكروبية للشعاب المرجانية ، مما يؤدي إلى التسبب في المرض ويسبب انخفاض المرجان4،5،6. يتم تعزيز هذا التخفيض الغذائي من خلال فقدان التنوع البيولوجي على الشعاب المرجانية الناتج عن انخفاض جودة المياه 7,8. يمكن استخدام التجارب على مستوى الميزوكوزم لفهم وتخفيف الانخفاض الغذائي لمجتمعات الشعاب المرجانية بشكل أفضل من خلال تعزيز التنوع البيولوجي وتحسين جودة المياه ، لكن التحديات اللوجستية تجعل من الصعب تنفيذ هذه الدراسات في الموقع.
نتيجة للتخفيض الغذائي على الشعاب المرجانية هو فقدان واسع النطاق للتنوع البيولوجي الخفي ، والكثير منه لا يزال غير مميز 7,9. تعتمد الشعاب المرجانية على مجموعة متنوعة من الكائنات الحية الشعاب المرجانية (“cryptobiota”) التي تدعم صحتها من خلال لعب أدوار أساسية في الدفاع عن الحيوانات المفترسة10 ، والتنظيف 11 ، ورعي الطحالب المتنافسة 12،13 ، وتنظيم كيمياء مياه الشعاب المرجانية14،15. حتى وقت قريب وبسبب القيود المنهجية للمسوحات البصرية ، كانت كريبتوبيوتا الشعاب المرجانية ممثلة تمثيلا ناقصا وغير مفهومة بشكل جيد في سياق بيئة الشعاب المرجانية ، وبالتالي نادرا ما يتم أخذها في الاعتبار في الجهود المبذولة لاستعادة أو إعادة بناء الشعاب المرجانية. في العقد الماضي ، مكن استخدام وحدات التسوية الموحدة التي تسمى هياكل مراقبة الشعاب المرجانية المستقلة (ARMS) جنبا إلى جنب مع مناهج التسلسل عالية الإنتاجية من جمع وتوصيف أفضل ل cryptobiota16,17 للشعاب المرجانية. ويجند المركز بشكل سلبي ممثلين عن جميع التنوع البيولوجي المعروف تقريبا للشعاب المرجانية وساعد في الكشف عن العديد من الأدوار الوظيفية للكائنات الخفية في العمليات على نطاق الشعاب المرجانية9،18،19،20،21،22،23. وبالتالي ، توفر وحدات الاستيطان هذه آلية لنقل الكائنات الحية في الشعاب المرجانية الخفية جنبا إلى جنب مع الشعاب المرجانية من أجل تجميع مجتمعات شعاب مرجانية أكثر سلامة مع آليات بوساطة بيولوجية ، مثل الرعي والدفاع وتحسين جودة المياه المحلية ، والتي تعتبر ضرورية للحفاظ على الهيكل الغذائي.
تزدهر الشعاب المرجانية التي تهيمن عليها الشعاب المرجانية في البيئات عالية الإضاءة ومنخفضة المغذيات والمؤكسجة جيدا. أدت الأنشطة البشرية مثل التحضر والزراعة والصيد الجائر إلى تقليل جودة المياه في العديد من الشعاب المرجانية عن طريق زيادة الرواسب والمغذيات والمعادن والمركبات الأخرى في الجريان السطحي24،25 وعن طريق تغيير الدورة البيوجيوكيميائية26. في المقابل ، تؤدي هذه الأنشطة إلى تدهور مجتمعات الشعاب المرجانية من خلال الاختناق ، واستنفاد الطاقة ، وتوصيل الملوثات المرتبطة بالترسيب27,28 ، وتعزيز نمو الطحالب الكبيرة التي تتنافس مع الشعاب المرجانية29 ، وزيادة وفرة مسببات الأمراض الميكروبية6،30،31 ، وإنشاء مناطق نقص الأكسجين التي تقتل اللافقاريات الخفية32,33 . تتفاقم هذه “التأثيرات المحلية” وغيرها بسبب التغيرات الإقليمية والعالمية في ظروف المحيطات ، بما في ذلك زيادة درجات الحرارة وانخفاض درجة الحموضة ، مما يزيد من تدهور ظروف الشعاب المرجانية والكائنات المرجانية الأخرى34,35. وعلى وجه التحديد، تتسبب ديناميات الجهاز التنفسي والتمثيل الضوئي للمجتمعات القاعية في حدوث تقلبات في درجة الحموضة والأكسجين المذاب، والتي تصبح أكثر وضوحا في الشعاب المرجانية شديدة التدهور، مما يخلق ظروفا لا تستطيع اللافقاريات القاعية تحملها32،36،37،38 . لذلك ، فإن توفير ظروف مناسبة لجودة المياه أمر ضروري لتجميع مجتمعات الشعاب المرجانية العاملة ، ولكن هذا لا يزال يمثل تحديا لأن عددا متزايدا من الشعاب المحاصرة في حالات تدهور مختلفة.
يمكن التغلب على العديد من التحديات التي تواجهها الشعاب المرجانية والأصناف الخفية الأساسية على القاع عن طريق الانتقال إلى المياه الوسطى ، والتي تعرف هنا بأنها عمود الماء بين سطح المحيط وقاع البحر. في بيئة المياه الوسطى ، يتم تحسين جودة المياه39,40 ، ويتم تقليل الترسيب ، والمسافة من قاع البحر تخفف من التقلبات في المعلمات المرتبطة بالتمثيل الغذائي القاعي. وتتحسن هذه الخصائص أكثر بالانتقال إلى الخارج، حيث تتضاءل الآثار البشرية المنشأ البرية، مثل الجريان السطحي المستمد من الأرض، بشكل متزايد مع المسافة من الساحل. هنا ، نقدم ونوفر بروتوكولات لبناء ونشر ومراقبة Coral Reef Arks ، وهو نهج يستفيد من ظروف جودة المياه المحسنة في وسط المياه ويدمج التنوع البيولوجي الخفي على الهياكل الراسخة والمزدهرة بشكل إيجابي لتجميع مجتمعات الشعاب المرجانية.
تتكون أنظمة Coral Reef Arks ، أو “Arks” ، من مكونين أساسيين: (1) منصة جيوديسية صلبة معلقة مرتفعة فوق القاع و (2) ARMS المغطاة بالكائنات الحية أو “المصنفة” التي تنقل cryptobiota الشعاب المرجانية من المناطق القاعية القريبة ، وبالتالي تكمل عمليات التوظيف الطبيعية لتزويد الشعاب المرجانية المنقولة بمجتمع شعاب مرجانية أكثر تنوعا ووظيفية. تم اختيار هيكل جيوديسي لزيادة القوة وتقليل مواد البناء (وبالتالي الوزن) ، وكذلك لإنشاء بيئة تدفق داخلية مضطربة مماثلة لمصفوفة الشعاب المرجانية.
تم تركيب تصميمين من Arks بنجاح في موقعين ميدانيين في منطقة البحر الكاريبي ويتم استخدامهما حاليا للبحث في إنشاء مجتمع الشعاب المرجانية والتعاقب البيئي (الشكل 1). تهدف هياكل Coral Arks إلى أن تكون منصات بحث طويلة الأجل ، وعلى هذا النحو ، فإن التركيز الأساسي لهذه المخطوطة هو وصف بروتوكولات تحديد موقع هذه الهياكل وتركيبها ومراقبتها وصيانتها لزيادة استقرارها وطول عمرها في بيئة المياه الوسطى. تم استخدام مزيج من النمذجة والاختبار في الماء لتقييم خصائص السحب للهياكل وضبط التصميم لتحمل القوى الهيدروديناميكية المتوقعة. بعد التثبيت ، تم إنشاء مجتمعات الشعاب المرجانية على Arks وعلى مواقع المراقبة القاعية القريبة على نفس العمق من خلال مزيج من النقل النشط (الشعاب المرجانية ووحدات ARMS المصنفة) والتجنيد الطبيعي. تم توثيق ظروف جودة المياه وديناميكيات المجتمع الميكروبي وبقاء المرجان على Arks في عدة نقاط زمنية طوال فترة التعاقب المبكرة ومقارنتها بمواقع التحكم القاعية. حتى الآن ، كانت الظروف المرتبطة ببيئة Coral Arks في المياه الوسطى أكثر ملاءمة باستمرار للشعاب المرجانية والاتحادات المشفرة المرتبطة بها بالنسبة لمواقع التحكم القاعية المجاورة في نفس الأعماق. تصف الطرق أدناه الخطوات المطلوبة لتكرار نهج Coral Arks ، بما في ذلك كيفية اختيار المواقع وتصميم ونشر هياكل Coral Arks. يتم تضمين النهج المقترحة لرصد Coral Arks في الملف التكميلي 1.
Protocol
Representative Results
Discussion
توضح النتائج التمثيلية المعروضة أعلاه أن Coral Arks توفر موطنا وظروفا محسنة لجودة المياه لتجميع مجتمعات الشعاب المرجانية على منصات أبحاث مستقرة في الموقع. تعرض الفلك ومواقع التحكم في قاع البحر على نفس العمق ملامح مختلفة باستمرار لجودة المياه. أدى ارتفاع متوسط سرعات التيار والمسافة الأبعد من الساحل إلى تقليل الترسيب والتعكر في بيئة المياه الوسطى في مواقع Arks (الشكل 6B) ، مما يساهم على الأرجح في انخفاض تركيزات الكربون العضوي المذاب المقاسة على Arks (الشكل 6F). علاوة على ذلك ، أدت هذه التحسينات في وضوح المياه إلى ارتفاع شدة الضوء أثناء النهار على Arks بالنسبة لمواقع التحكم (الشكل 6 أ). تشير التقلبات المنخفضة في الأكسجين المذاب إلى تحسن توافر الأكسجين للشعاب المرجانية على Arks مقارنة بالقاع ، خاصة في الليل (الشكل 6G). ارتبطت جميع هذه المقاييس بالتحسينات في بقاء المرجان 42 ، والنمو43،44،45 ، والتعافي من الإجهاد46،47 في العمل السابق ويمكن ربطها بنتائج البقاء المعززة للشعاب المرجانية المنقولة إلى Arks مقارنة بمواقع التحكم القاعية (الشكل 8 ). وحقيقة أن هذه الظروف لا تزال قائمة حتى بعد تراكم الكتلة الأحيائية الكبيرة من خلال الحشف الحيوي تشير إلى أن عمليات التوظيف الطبيعية لا تقلل من خصائص نوعية المياه المحسنة في بيئة المياه المتوسطة. تم نشر Arks على بعد 3 كيلومترات من الشاطئ من مواقع المراقبة القاعية ومن المحتمل أن تستفيد من انخفاض مدخلات الرواسب المشتقة من الأرض ، والمغذيات ، وربما ضغوط الصيد التي تتحدى المواقع القريبة من الشاطئ. قد يوفر تحديد مواقع Arks في المناطق ذات المياه النظيفة والتأثير البشري المنخفض (مثل البحرية) بيئة أفضل من المناطق الساحلية المتأثرة بشدة لنشر التنوع البيولوجي للشعاب المرجانية للتجارب على مستوى الميزوكوزم.
كما أشارت النتائج الأولية إلى أن أركس المياه الوسطى شهدت قدرا أقل من الميكروبات ، وهي عملية شعاب مرجانية مركزية مرتبطة بتدهور موائل الشعاب المرجانية القاعية4،48. تم تحديد المدخلات الغذائية العالية والصيد الجائر كمحركات لحلقات التغذية المرتدة الغذائية على مستوى الشعاب المرجانية التي تتكاثر فيها المجتمعات الميكروبية غير المستقرة بقوة ، مما يؤدي إلى سحب الجهاز التنفسي للأكسجين المتاح الأيض وزيادة حدوث مسببات الأمراض المرجانية في القاع6،49،50،51 . يشير انخفاض وفرة الفيروسات الحرة على الشعاب المرجانية الميكروبية ، والتي تعمل كعنصر تحكم أولي في نمو المجتمع الميكروبي ، إلى انهيار في البنية الغذائية التي تفضل المزيد من التوسع الميكروبي52. كانت الميكروبات المرتبطة بعمود الماء على الفلك أقل وفرة (الشكل 7 ب) وأصغر جسديا (الشكل 7 د) مما كانت عليه في مواقع قاع البحر. أظهرت Arks أيضا نسب أعلى من الفيروس إلى الميكروبات (الشكل 7A) ، ووفرة الفيروسات الحرة (الشكل 7C) ، وتوافر الأكسجين المذاب ، خاصة في الليل (الشكل 6G). تشير هذه النتائج مجتمعة إلى أن بيئة المياه الوسطى أظهرت إمكانات أقل للميكروبات مقارنة بمواقع قاع البحر. توفر Arks ، مثل mesocosms التي يمكن تغيير الظروف البيئية ببساطة عن طريق التعديل الرأسي في عمود الماء ، فرصة للتخفيف من الآليات الميكروبية والجزيئية لتدهور الشعاب المرجانية ومواصلة استكشافها.
تم اختيار المجالات الجيوديسية ذات ترددين مختلفين لتصميم Coral Arks المعروضة هنا (الشكل 1). يشير التردد الجيوديسي (1V ، 2V ، 3V) إلى عدد العناصر الفرعية المتكررة في المجال الجيوديسي ، مع ترددات أعلى تتوافق مع عدد أكبر من العناصر الفرعية الثلاثية. من منظور هيكلي ، يوزع متعدد الوجوه الجيوديسي الضغط الميكانيكي في جميع أنحاء الهيكل ، مما يؤدي إلى قوة فطرية عالية لحجمها53,54. توفر هذه الخصائص متانة عالية وطول العمر ولكنها تأتي على حساب السحب الهيدروديناميكي العالي ، مما قد يؤدي إلى زيادة الأحمال على نظام الإرساء. من منظور الموائل ، يمثل السحب الناتج عن نظام Ark مؤشرا على انتشار الزخم داخل الهيكل ، وبالتالي درجة تقليل التدفق المحيط الداخلي. تشير النتائج النموذجية والمثبتة تجريبيا إلى انخفاض بنسبة 40٪ -70٪ في سرعة التدفق داخل “Shell” Arks بالنسبة إلى مجال التدفق المحيط بسبب توليد التدفق المضطرب داخل الهياكل (انظر القسم 6 من الملف التكميلي 1). في حين أن المستوى الأمثل لتقليل التدفق الداخلي غير واضح (ويختلف باختلاف التردد الجيوديسي) ، فإن مناطق التدفق المنخفض داخل الهيكل مهمة لإنشاء موائل متخصصة 55,56 ، وإعادة تمعدن العناصر الغذائية 57,58 ، وتعزيز الاحتفاظ باليرقات واستقرارها 59,60 . بشكل عام ، تتطلب الهياكل الجيوديسية الأكبر والأعلى ترددا ، لا سيما في مواقع التركيب الأكثر تعرضا ، أنظمة تثبيت ذات قدرة احتفاظ أعلى والمزيد من التكرار المدمج في التصميم الهيكلي.
تطابقت نتائج القياسات الميدانية لمكون السحب للتوتر على نظام إرساء “Shell” Ark بشكل وثيق مع النتائج الناتجة عن تقديرات القطر النموذجية والتجريبية (الشكل 4) وكانت ضمن نطاقات التصميم المتوقعة. تشير هذه النتائج إلى أن افتراضات النموذج الهيدروديناميكي صحيحة وأن النموذج يمكنه التنبؤ بقوى السحب على نطاقات تيار الخلفية. ومع ذلك ، في حين أن الانحرافات في البيانات النموذجية والتجريبية كانت صغيرة ، فإن نطاق التدفقات خلال فترة الاختبار ، والتي كانت نموذجية لسرعات التدفق المحيطة غير العاصفة في الموقع ، لم تمكن من التحقق الدقيق من طيف النمذجة الكامل. عند التنبؤ بمتطلبات تصميم أنظمة Coral Arks ، يجب الجمع بين جهود النمذجة ومعلومات عن تواتر العواصف والتعرض في مواقع النشر المخطط لها لتصميم الهياكل وأنظمة الإرساء التي يمكن أن تنجو من القوى الهيدروديناميكية المتوقعة. يمكن استخدام أعمال النمذجة المقدمة هنا لتصميم أنظمة Ark في مواقع أخرى بأقل قدر من المدخلات (حجم Ark المطلوب والتردد ومتوسط سرعات التيار في موقع النشر) من خلال توفير معاملات السحب وأقصى قدر من القوى المتوقعة على نظام الإرساء والإرساء.
أنظمة Arks و ARMS معيارية ويمكن بناؤها بمقاييس مختلفة وبمواد بديلة عن تلك الموصوفة هنا. على الرغم من أن طول عمرها النهائي لم يتم تحديده بعد ، فقد تم تصميم Coral Arks لدورة حياة تقارب 10 سنوات. يؤثر التركيب المادي ل Arks و ARMS على طول عمر الهياكل ، ووزن الأنظمة ، وبالتالي ، الطفو المطلوب لتعويض الوزن وقد يؤثر على استجابة مجتمعات التلوث المبكرة (الملف التكميلي 1-الشكل S7). على سبيل المثال ، يوفر الحجر الجيري ركيزة طبيعية أكثر للاستعمار البيولوجي على ARMS ويتم الحصول عليه بسهولة وبتكلفة زهيدة في معظم جزر الشعاب المرجانية الكربونية ، ولكنه أكثر هشاشة وأثقل من المواد الأخرى مثل PVC والألياف الزجاجية. يجب مراعاة هذه العوامل مقابل الخصائص الخاصة بالموقع لتصميم أنظمة ARMS و Arks وأنظمة الإرساء التي تعالج نتائج المشروع المرجوة على أفضل وجه.
يجب أيضا اختيار مواقع نشر Coral Arks بناء على أهداف المشروع المقصودة (أي البحث أو التخفيف أو الترميم). تشمل العوامل التي يجب مراعاتها لاختيار الموقع الوصول إلى المواد ، وحالة أو حالة الشعاب المرجانية ، والاستثمار / المشاركة المجتمعية ، ومحدودية الموارد ، والدعم المؤسسي ، ومتطلبات التصريح. قد توفر Coral Arks فرصا لتلبية الاحتياجات المحددة في المواقع التي (1) تحتوي على شعاب مرجانية حية في حالة سيئة نسبيا وستستفيد من أنشطة الاستعادة لتعزيز تجنيد المرجان أو الغطاء المرجاني أو حماية السواحل أو الموارد الغذائية البشرية ؛ (2) الحاجة إلى نقل الشعاب المرجانية إلى موقع آخر ، وهو ما قد يحدث ، على سبيل المثال ، عندما تكون هناك متطلبات قانونية لنقل الشعاب المرجانية الحية من عناصر الحطام المقرر إزالتها (في هذه المواقع ، يمكن استخدام Coral Arks بالتعاون مع أو لدعم جهود الاستعادة والزرع الحالية لتحسين نتائج النقل) ؛ (3) تتطلب البحث في تقنيات الحفظ والاستعادة الجديدة باستخدام Coral Arks لتحسين نجاح الجهود المحلية ؛ أو (4) لها ظروف محلية متميزة بما فيه الكفاية (أي حجم مختلف من التأثير البشري) ، مما يعني أن mesocosms الموحدة يمكن أن تسفر عن مقارنات ذات مغزى حول عمليات وتدخلات الشعاب المرجانية. ستختلف النهج المحددة لرصد جوانب النظام البيئي ل Coral Arks مثل النمو البيولوجي والتنوع وكيمياء المياه بين المشاريع بناء على أهداف المشروع والمتغيرات الخاصة بالموقع. ويرد مخطط تمثيلي للرصد العلمي لأركس المرجان الذي أجري حتى الآن في القسم 5 من الملف التكميلي 1.
يمكن أن يستوعب تصميم هياكل Coral Arks الشعاب المرجانية من أي نوع وحجم وعمر تقريبا ويجب أن يوفر ظروفا محسنة بالنسبة لتلك الموجودة على قاع الشعاب المرجانية المضطربة. اعتمادا على معدلات النمو والتكلس التي لوحظت في نظام معين ، قد تكون هناك حاجة لإضافة طفو إيجابي إلى هياكل Arks للتعويض عن النمو البيولوجي وتقليل مخاطر الغرق. يمكن وزن هياكل المياه المتوسطة الطافية بشكل إيجابي باستخدام خلية تحميل التوتر / الضغط ، أو مقياس الإجهاد ، لتحديد ما إذا كان وزن المجتمع في الماء يتزايد (الشكل 5). يمكن أن تكمل القياسات الدورية أو طويلة الأجل باستخدام خلية الحمل مقاييس نمو المرجان الأخرى ذات الدقة الدقيقة لتوليد مقياس للنمو / التكلس على مستوى المجتمع وقد تم تضمينها كمهمة صيانة منتظمة لتحديد ما إذا كان النظام لديه طفو إيجابي كاف للتعويض عن هذا النمو البيولوجي بمرور الوقت. في حالة عدم إمكانية مراقبة أو صيانة الفلك المثبت ، يمكن نقله و / أو إزالة الطفو للسماح بربط الفلك بإحكام بالقاع.
توفر الطرق الموضحة هنا للباحثين مجموعة أدوات متعددة الاستخدامات لتجميع مجتمعات الشعاب المرجانية في المياه الوسطى التي يمكن تحديد موقعها في مواقع ذات جودة مياه محسنة. من خلال تغيير عمق أو موقع هياكل Arks ، يمكن ربط التغييرات في معلمات جودة المياه تجريبيا بالتغيرات في هيكل مجتمع الشعاب المرجانية والمسارات المتتالية. تسمح ميزة التصميم هذه للباحثين باستغلال المساحة الوفيرة وغير المستغلة في بيئة المياه الوسطى لتجميع ودراسة الشعاب المرجانية. ويوفر استخدام نظام إدارة الثروات والمخلفات الزراعية لنقل التنوع البيولوجي الخفي وتقديم “دفعة” للتوظيف الطبيعي لللافقاريات المتنقلة التي ترعى حلا وظيفيا للحد من الحشف الحيوي للطحالب، وبالتالي المنافسة القاعية على الشعاب المرجانية. إن استخدام هياكل أخذ العينات الراسخة والموحدة كمكونات لهذا النظام يوفر قيمة مضافة من خلال تمكين الرصد طويل الأجل للمجتمعات المشفرة على Arks ومقارنتها بمجموعات البيانات التي تم إنشاؤها باستخدام ARMS كأداة عالمية لتعداد التنوع البيولوجي.
يمكن أن تكون Coral Arks بمثابة منصة أكثر شمولية وتكاملا وذاتية التنظيم لنشر الكتلة الحيوية المرجانية واللافقاريات التي يمكن بعد ذلك زرعها في الشعاب المرجانية المتدهورة القريبة ويمكن أن توفر ملاذا آمنا للشعاب المرجانية للنمو والتكاثر في ظروف نوعية المياه المحسنة. كما هو موضح حاليا في بورتوريكو ، يمكن أن تسفر Arks عن نتائج بقاء محسنة لمشاريع التخفيف التي تنطوي على نقل الشعاب المرجانية والتنوع البيولوجي للشعاب المرجانية من عناصر الحطام أو المناطق المتدهورة. الفلك لها أهمية في المشاريع طويلة الأجل كطريقة لاستبدال الموائل لمجموعات الأسماك ، واختبار استراتيجيات الحفظ الجديدة ، والحفاظ على التنوع البيولوجي للشعاب المرجانية الأصلية. في هذه العملية ، توفر Arks أدوات متعددة الاستخدامات لإجراء دراسات في الموقع لتجمعات الشعاب المرجانية والتعاقب البيئي وقد تولد رؤى جديدة حول اتصال الشعاب المرجانية.
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نشكر مارك فيرميج وكريستين مارهافر ومؤسسة أبحاث كارمابي في كوراساو على توفير الموارد والدعم والبصيرة لهذا المشروع. ونشكر برنامج ترميم بييكس الأطلسي التابع للتحالف الوطني لمصائد الأسماك في المحيط الأطلسي وفريق جاكوبس الهندسي على ما قدموه من دعم لوجستي وتقني كبير في تركيب وصيانة ورصد أركس المرجانية في بييكس. نحن ممتنون أيضا لمايك أنغيرا ، وتوني لوك ، وسينثيا سيلفيرا ، وناتاشا فارونا ، وأندريس سانشيز كوينتو ، ولارس تير هورست ، وبن داربي لمساعدتهم ومساهمتهم البناءة في هذا المجال. تم تمويل هذا البحث من قبل جائزة محقق التكافل المائي لمؤسسة جوردون وبيتي مور إلى FLR وبرنامج شهادة تكنولوجيا الأمن البيئي التابع لوزارة الدفاع (RC20-5175).
Materials
| PVC ARMS | |||
| 316 Stainless Steel Hex Head Bolt, Partially Threaded, 8" length, 1/4"-20 Thread Size | McMaster Carr | 92186A569 | Bolts for PVC ARMS assembly Per unit: 4x |
| 316 Stainless Steel Hex Nut, Super-Corrosion-Resistant, 1/4"-20 Thread Size | McMaster Carr | 94805A029 | Nuts for PVC ARMS assembly Per unit: 8x |
| 316 Stainless Steel Nylon-Insert Locknut, Super-Corrosion-Resistant, 1/4"-20 Thread Size | McMaster Carr | 90715A125 | Locknuts for PVC ARMS assembly Per unit: 4x |
| 316 Stainless Steel Washer for 1/4" Screw Size, 0.281" ID, 0.625" OD | McMaster Carr | 90107A029 | Washers for PVC ARMS assembly Per unit: 8x |
| Nylon Unthreaded Spacers – 1/2" Long, 1/2" OD, Black | McMaster Carr | 90176A159 | Nylon spacers for PVC ARMS assembly Per unit: 20x |
| PVC Sheet Type 1, 0.25" Thick, Gray | McMaster Carr | 8747K215 | PVC for ARMS stacking plates. See Supplemental File 1-Figure SI 4. Per unit: 9x Refers to drawing: Yes |
| PVC Sheet Type 1, 0.5" Thick, Gray | McMaster Carr | 8747K217 | PVC for ARMS baseplates. See Supplemental File 1-Figure SI 1. Per unit: 1x Refers to drawing: Yes |
| PVC Sheet Type 1, 0.5" Thick, Gray | McMaster Carr | 8747K217 | PVC for ARMS long cross spacers. See Supplemental File 1-Figure SI 2. Per unit: 4x Refers to drawing: Yes |
| PVC Sheet Type 1, 0.5" Thick, Gray | McMaster Carr | 8747K217 | PVC for ARMS short cross spacers. See Supplemental File 1-Figure SI 3. Per unit: 8x Refers to drawing: Yes |
| Ratcheting Combination Wrench, 7/16" | McMaster Carr | 5163A15 | Wrenches to secure PVC ARMS hardware Per unit: 2x |
| Rebar, 3-ft Lengths, 1/2" Thick | McMaster Carr | 7480N115 | Rebar stakes to secure PVC ARMS to benthos. Mallet required. Per unit: 4x |
| Sequentially Numbered Metal Tags | McMaster Carr | 2208N349 | Numbered tags for ARMS ID Per unit: 1x |
| Limestone ARMS | |||
| DeWalt Wet Tile Saw | Home Depot | D24000S | Cut limestone tile into stackable pieces Per unit: 1x |
| Lift Bag, 50 lb Capacity | Amazon | B07GCNGRDR | Lift bag for transport of Limestone ARMS to benthos Per unit: 1x |
| Milk Crate, Heavy Duty, 13" x 19" x 11" | Amazon | B06XGBDJMD | Crate for transport of Limestone ARMS to benthos Per unit: 1x |
| Natural Limestone or Travertine Tile (Unfilled) – 12" x 12" | Bedrosians Tile & Stone | TRVSIENA1212T | Base material for Limestone ARMS layers and stacking pieces. See Supplemental File 1-Figure SI 7 and Figure SI 8. Per unit: 10x Refers to drawing: Yes |
| PC-11 Epoxy Adhesive Paste, Two-Part Marine Grade | Amazon | B008DZ1864 | Two-part epoxy for Limestone ARMS assembly |
| Shell Ark | |||
| Downline: 1" Nylon, 6' length thimble-to-thimble with stainless sailmaker thimble at top, heavy duty galvanized thimble at bottom | West Marine | Custom | Nylon mooring line for attaching Ark mooring bridle to anchor system. Per unit: 1 |
| Main structure: 105-B Epoxy | West Marine (made by West System) | 318352 | Epoxy to seal foam in struts. |
| Main structure: 205-B Hardener | West Marine (made by West System) | 318378 | Epoxy to seal foam in struts. |
| Mooring bridle: 3-1/8" X 2" small diamond base padeye with 7/8" bail | West Marine (Made by Harken) | 130560 | Padeyes for attaching mooring system to Ark base. Per unit: 5 |
| Main structure: 3/4" H-80 Divinycell Closed-Cell Foam, Plain Sheet 48" x 96" | Fiberglass Supply | L18-1110 | Buoyant foam for struts. Cut foam into 1.5" wide strips, 15.5" long for S1 struts and 19" long for S2 struts, add to struts. Per unit: 120 |
| Downline: 3/4" Stainless Masterlink | Lift-It (Made by Suncor) | S0652-0020 | Masterlink, connects top of swivel to lower portion of 5-point mooring bridle. Per unit: 1 |
| Mooring bridle: 3/8" Stainless Long D Shackles with Captive Self-Locking Pin | West Marine (Made by Wichard) | 116293 | High-strength shackles to connect pad eyes to mooring system. Per unit: 5 |
| Main structure: 316 SS, Pan Head Phillips Screw, 1/4-20, 3" Long | McMaster Carr | 91735A385 | Bolts to attach hull anodes to stainless struts Per unit: 2 |
| ARMS attachments: 316 Stainless Steel Nylon-Insert Locknut, Super-Corrosion-Resistant, 1/2"-13 Thread Size | McMaster | 90715A165 | Locknuts for attaching ARMS to ARMS mounting baseplates (8 per unit) Per unit: 80 |
| ARMS Baseplates: 316 Stainless Steel Nylon-Insert Locknut, Super-Corrosion-Resistant, 1/4"-20 Thread Size | McMaster | 90715A125 | Locknuts for ARMS mounting baseplates (struts and Stars) Per unit: 600 |
| Coral plate baseplates: 316 Stainless Steel Nylon-Insert Locknut, Super-Corrosion-Resistant, 1/4"-20 Thread Size | McMaster | 90715A125 | Locknuts for attaching coral plate baseplates to struts Per unit: 600 |
| Coral plate attach: 316 Stainless Steel Nylon-Insert Locknut, Super-Corrosion-Resistant, 1/4"-20 Thread Size | McMaster | 90715A125 | Locknuts to attach coral plates to baseplates Per unit: 80 |
| Mooring bridle: 316 Stainless Steel Nylon-Insert Locknut, Super-Corrosion-Resistant, 1/4"-20 Thread Size | McMaster | 90715A125 | Padeye locknuts for attaching pad eyes to struts. Per unit: 20 |
| Main structure: 316 Stainless Steel Nylon-Insert Locknut, Super-Corrosion-Resistant, 10-32 Thread Size | McMaster | 90715A115 | Locknuts for star-strut connections Per unit: 475 |
| Main structure: 316 Stainless Steel Pan Head Phillips Screw, 10-32 Thread, 2-1/2" Long | McMaster | 91735A368 | Bolts for star-strut connections Per unit: 475 |
| Mooring bridle: 316 Stainless Steel Phillips Flat Head Screws, 1/4"-20 Thread Size, 2-3/4" Long | McMaster | 91500A341 | Padeye bolts for attaching pad eyes to struts. Per unit: 15 |
| ARMS Baseplates: 316 Stainless Steel Phillips Flat Head Screws, 1/4"-20 Thread Size, 3" Long | McMaster | 91500A554 | Bolts for attaching ARMS mounting baseplates to Stars Per unit: 475 |
| Mooring bridle: 316 Stainless Steel Phillips Flat Head Screws, 1/4"-20 Thread Size, 3" Long | McMaster | 91500A554 | Padeye bolts for attaching pad eyes through struts & Stars. Per unit: 5 |
| Mooring bridle: 316 Stainless Steel Screw-Pin Shackle – for Lifting, 1/2" Thick | McMaster | 3583T15 | Shackles to connect lower bridle thimbles to small links on Masterlink. Per unit: 5 |
| ARMS attachments: 316 Stainless Steel Split Lock Washer for 1/2" Screw Size, 0.512" ID, 0.869" OD | McMaster | 92147A033 | Lock washers for attaching ARMS to ARMS mounting baseplates (4 per unit) Per unit: 40 |
| ARMS attachments: 316 Stainless Steel Washer for 1/2" Screw Size, 0.531" ID, 1.25" OD | McMaster | 90107A033 | Backing washers for attaching ARMS to ARMS mounting baseplates (4 per unit) Per unit: 40 |
| ARMS Baseplates: 316 Stainless Steel Washer for 1/4" Screw Size, 0.281" ID, 0.625" OD | McMaster | 90107A029 | Washers for attaching ARMS mounting baseplates to struts Per unit: 40 |
| Coral plate baseplates: 316 Stainless Steel Washer for 1/4" Screw Size, 0.281" ID, 0.625" OD | McMaster | 90107A029 | Washers for attaching coral plate baseplates to struts Per unit: 40 |
| Coral plate attach: 316 Stainless Steel Washer for 1/4" Screw Size, 0.281" ID, 0.625" OD | McMaster | 90107A029 | Washers to attach coral plates to baseplates Per unit: 160 |
| Main structure: 316 Stainless Steel Washer for Number 10 Screw Size, 0.203" ID, 0.438" OD | McMaster | 90107A011 | Washers for star-strut connections Per unit: 475 |
| Buoyancy: 316 Stainless Steel Washer, 1" Screw Size, 2" OD | McMaster | 90107A038 | Large washers for central rod (2 per float) Per unit: 22 |
| ARMS attachments: 316 Stainless Steel Washer, Oversized, 1/2" Screw, 1.5" OD, 0.052"- 0.072" Thickness | McMaster | 91525A145 | Oversized washers for attaching ARMS to ARMS mounting baseplates (4 per unit) Per unit: 40 |
| Coral plates: 3M Marine Adhesive Sealant – Fast Cure 5200 | McMaster | 67015A44 | Adhesive to glue limestone tiles to PVC coral baseplates. Drill out corners with masonry bit. |
| Buoyancy: 3M Marine Adhesive Sealant – Fast Cure 5200 | McMaster | 67015A44 | Adhesive for securing fiberglass threaded rods into trawl floats Per unit: 2 |
| Mooring bridle: 5/8" Dyneema with Stainless Sailmakers Thimbles at Top and Bottom | West Marine | Custom | 5-leg mooring bridle for attaching Ark to downline. Per unit: 5 |
| Downline: Clevis-to-Clevis Swivel – Not for Lifting, 316 Stainless Steel, 6-7/32" Long | McMaster | 37405T29 | Swivel, bottom connects to top of downline, top connects to large link in Masterlink. Per unit: 1 |
| Buoyancy: Fiberglass Hex Nut, 1"-8 Thread Size | McMaster | 91395A038 | Fiberglass hex nuts for securing fiberglass threaded rods into trawl floats Per unit: 30 |
| Buoyancy: Fiberglass Threaded Rod, 1"-8 Thread Size, 8 Feet Long | McMaster | 91315A238 | Fiberglass threaded rod to attach float to Ark. See Supplemental File 1-Figure SI 16. Per unit: 10 Refers to drawing: Yes |
| Anchor system: Galvanized Alloy Steel Shackle with Screw Pin – for Lifting, 1/2" Thick | McMaster | 3663T42 | Middle shackle from chain to pear link. Per unit: 3 |
| Anchor system: Galvanized Alloy Steel Shackle with Screw Pin – for Lifting, 3/4" Thick | McMaster | 3663T44 | Upper large shackle to connect pear link to lower downline thimble. Per unit: 1 |
| Anchor system: Galvanized Alloy Steel Shackle with Screw Pin – for Lifting, 3/4" Thick | McMaster | 3663T44 | Anchor shackle. Per unit: 3 |
| Anchor system: Galvanized Alloy Steel Shackle with Screw Pin – for Lifting, 3/8" Thick | McMaster | 3663T51 | Shackle to connect chain to upper middle shackle. Per unit: 3 |
| Anchor system: Galvanized Alloy Steel Shackle with Screw Pin – for Lifting, 3/8" Thick | McMaster | 3663T51 | Lower small shackle to connect chain and anchor shackle. Per unit: 3 |
| Install & Tools: HARKEN–57mm Carbo Air® Triple Block | West Marine | 200076 | Top of block and tackle Per unit: 1 |
| Install & Tools: HARKEN–57mm Carbo Air® Triple Block with Becket and Cam | West Marine | 1171644 | Base of block and tackle Per unit: 1 |
| ARMS Baseplates: Heat-Shrink Tubing, 0.50" ID Before Shrinking | McMaster | 7856K47 | Heatshrink for non-slip. Cut into 1.5" lengths, slide over a SS u-bolt bracket and use heat gun to tighten onto bracket. Per unit: 20 |
| Coral plate baseplates: Heat-Shrink Tubing, 0.50" ID Before Shrinking | McMaster | 7856K47 | Heatshrink for non-slip. Cut into 1.5" lengths, slide over a SS u-bolt bracket and use heat gun to tighten onto bracket. Per unit: 40 |
| Buoyancy: Heatshrink for covering threaded rods before mounting in floats, 14" sections | McMaster | 7856K66 | Heatshrink for non-slip. Cut into 14" lengths. Slide onto fiberglass rods with 1" exposed on one end and 2-1/4" exposed on the other. Use heat gun to shrink until snug. Per unit: 11 |
| Anchor system: High-Strength Grade 40/43 Chain-Not for Lifting, Galvanized Steel, 5/16 Trade Size | McMaster | 3588T23 | Chain to connect anchors and downline. Per unit: 3 |
| Install & Tools: LOW-STRETCH ROPE, 7/16" DIAMETER | McMaster | 3789T25 | Rope for block and tackle Per unit: 250 |
| ARMS Baseplates: Marine-Grade Moisture-Resistant HDPE, 48" x 48", 1/2" Thick | McMaster | 9785T82 | Sheeting for ARMS mounting baseplates. See Supplemental File 1-Figure SI 13. Per unit: 10 Refers to drawing: Yes |
| Coral plate baseplates: Marine-Grade Moisture-Resistant HDPE, 48" x 48", 1/2" Thick | McMaster | 9785T82 | Sheeting for coral plate baseplates. See Supplemental File 1-Figure SI 14. Per unit: 20 Refers to drawing: Yes |
| Mooring bridle: Martyr Collar Anode Zinc 3/4" x 2 1/8" x 2 1/8" | West Marine | 5538715 | Sacrificial anodes for Masterlinks on mooring lines Per unit: 2 |
| Main structure: Martyr Hull Anode Zinc 6 1/4" x 2 3/4" x 5/8" | West Marine | 484998 | Sacrificial anodes for stainless struts at Ark base Per unit: 3 |
| ARMS Baseplates: Mounting Plate for 1/4"-20 Thread Size, 2" ID 304 Stainless Steel U-Bolt | McMaster | 8896T156 | Bracket plate w/heatshrink, for attaching ARMS mounting baseplates to struts Per unit: 6 |
| Coral plate baseplates: Mounting Plate for 1/4"-20 Thread Size, 2" ID 304 Stainless Steel U-Bolt | McMaster | 8896T156 | Bracket plate w/heatshrink, for attaching coral plate baseplates to struts Per unit: 40 |
| Main structure: N1 Stars, 316 SS, 5mm Thick Connectors for DIY VikingDome F2 Sphere, modified | Viking Dome | ICO2-AISI | N1 Stars modified for central rod. Machine/weld connections to insert top and bottom of unthreaded fiberglass structural rod. See Supplemental File 1-Figure SI 10. Per unit: 2 |
| Main structure: N1 Stars, 316 SS, 5mm Thick Connectors for DIY VikingDome F2 Sphere, unmodified | Viking Dome | ICO2-AISI | Unmodified N1 Stars for Ark assembly. See Supplemental File 1-Figure SI 10 Per unit: 10 Refers to drawing: Yes |
| Main structure: N2 Stars, 316 SS, 5mm Thick Connectors for DIY VikingDome F2 Sphere, modified | Viking Dome | ICO2-AISI | N2 Stars modified for floats. Drill larger center hole to accommodate 1" threaded fiberglass rod. Per unit: 10 |
| Main structure: N2 Stars, 316 SS, 5mm Thick Connectors for DIY VikingDome F2 Sphere, modified | Viking Dome | ICO2-AISI | N2 Stars modified for pad eyes. Drill larger bolt hole (bit – 1/4") on outer hole of one arm for Padeye connector. Per unit: 5 |
| Main structure: N2 Stars, 316 SS, 5mm Thick Connectors for DIY VikingDome F2 Sphere, unmodified | Viking Dome | ICO2-AISI | Unmodified N2 Stars for Ark assembly Per unit: 15 |
| Anchor system: Pear-Shaped Link – Not for Lifting, Galvanized Steel, 3/4" Thick | McMaster | 3567T34 | Link to connect 3x 1/2" shackles to upper large shackle. Per unit: 1 |
| Install & Tools: Phillips Screwdriver, Size No. 2 | McMaster Carr | 5682A28 | Tighten down locknuts on star-strut bolts Per unit: 1 |
| Coral plates: PVC Sheet Type 1, Gray, 48" x 48", 1/4" Thick | McMaster | 8747K194 | PVC baseplates for coral plates. See Supplemental File 1-Figure SI 4. Per unit: 20 Refers to drawing: Yes |
| Install & Tools: Ratcheting Combination Wrench, 3/4" | McMaster Carr | 5163A21 | Attach ARMS to ARMS mounting baseplates Per unit: 2 |
| Install & Tools: Ratcheting Combination Wrench, 3/8" | McMaster Carr | 5163A14 | Tighten down locknuts on star-strut bolts Per unit: 2 |
| Install & Tools: Ratcheting Combination Wrench, 7/16" | McMaster Carr | 5163A15 | Attach coral plates to coral plate baseplates Per unit: 2 |
| Install & Tools: Round Bend-and-Stay Multipurpose Stainless Steel Wire, 0.012" diameter, 645 feet | McMaster | 9882K35 | Wire for mousing stainless shackles Per unit: 1 |
| Main structure: S1 Struts – Structural FRP Fiberglass Square Tube, 2" Wide x 2" High Outside, 1/4" Wall Thickness | McMaster | 8548K34 | Fiberglass S1 Struts. Cut to 20.905" long (531 mm), drill bolt holes (bit – 7/32"), fill w/ divinycell foam & epoxy. See Supplemental File 1-Figure SI 9 Per unit: 55 Refers to drawing: Yes |
| Main structure: S1 Struts (SS) – Corrosion-Resistant 316/316L Stainless Steel Rectangular Tube, 0.12" Wall Thickness, 2" x 2" Outside | McMaster | 2937K17 | Stainless S1 Struts. Cut to 20.905" long (531 mm), drill bolt holes (bit – 1/4"). See Supplemental File 1-Figure SI 9. Per unit: 5 Refers to drawing: Yes |
| Main structure: S2 Struts – Structural FRP Fiberglass Square Tube, 2" Wide x 2" High Outside, 1/4" Wall Thickness | McMaster | 8548K34 | Fiberglass S2 Struts. Cut to 24.331" long (618 mm), drill bolt holes (bit – 7/32"), fill w/ divinycell foam & epoxy. See Supplemental File 1-Figure SI 9. Per unit: 60 Refers to drawing: Yes |
| Anchor system: Skrew SK2500 | Spade Anchor USA | SK2500 | Two-plate sand screw anchors Per unit: 3 |
| Coral plates: Stainless Steel Washers for 1/4" Screw Size, 0.281" ID, 0.625" OD | McMaster | 90107A029 | Numbered tags for coral plates. Stamp SS washers with numbered stamps and glue to coral plate for later ID. Per unit: 100 |
| Main structure: Structural FRP Fiberglass Rod, 10 Feet Long, 1" Diameter | McMaster | 8543K26 | Central fiberglass rod, cut to Ark diameter Per unit: 1 |
| ARMS attachments: Super-Corrosion-Resistant 316 Stainless Steel Hex Head Screw, 1/2"-13 Thread Size, 1-3/4" Long | McMaster | 93190A718 | Bolts for attaching ARMS to ARMS mounting baseplates (4 per unit) Per unit: 40 |
| Coral plate attach: Super-Corrosion-Resistant 316 Stainless Steel Hex Head Screw, 1/4"-20 Thread Size, 2" Long, Fully Threaded | McMaster | 93190A550 | Bolts to attach coral plates to baseplates Per unit: 80 |
| ARMS Baseplates: Super-Corrosion-Resistant 316 Stainless Steel Hex Head Screw, 1/4"-20 Thread Size, 3-1/2" Long | McMaster | 92186A556 | Bolts for attaching ARMS mounting baseplates to struts Per unit: 40 |
| Coral plate baseplates: Super-Corrosion-Resistant 316 Stainless Steel Hex Head Screw, 1/4"-20 Thread Size, 3" Long, Partially Threaded | McMaster | 92186A554 | Bolts for attaching coral plate baseplates to struts Per unit: 160 |
| Buoyancy: TFLOAT 14" CENTERHOLE OR 437FM, modified | Seattle Marine | YUN12B-8 | 14" trawl floats for mounting to Stars. Slide fiberglass rod with heat shrink through trawl float. Add stainless washer and fiberglass hex nut on both sides. Seal washers with 3M 5200. Tighten nuts down. See Supplemental File 1-Figure SI 16. Per unit: 11 Refers to drawing: Yes |
| Buoyancy: TFLOAT 14" CENTERHOLE OR 437FM, unmodified | Seattle Marine | YUN12B-8 | 14" trawl float Per unit: 2 |
| ARMS Baseplates: Thick-Wall Dark Gray PVC Pipe for Water, Unthreaded, 1/4 Pipe Size, 5 Feet Long | McMaster | 48855K41 | Star standoffs for attaching ARMS mounting baseplates to Stars. Cut to 1.75" long sections. Per unit: 40 |
| Coral plates: Unfilled, Natural Travertine Flooring Tile, 16" x 16" | Home Depot | 304540080 | Limestone tiles for coral plates. Cut to 9" x 9" tiles using wet tile saw. Per unit: 20 |
| Buoyancy: Vibration-Damping Routing Clamp, Weld mount, Polypropylene with Stainless Steel Plates, 1" ID | McMaster | 3015T47 | Attachment for central rod and float Per unit: 1 |
| Buoyancy: Water- and Steam-Resistant Fiberglass Washer for 1" Screw Size, 1.015" ID, 1.755" OD | McMaster | 93493A110 | Fiberglass washers for securing fiberglass threaded rods into trawl floats Per unit: 20 |
| Install & Tools: Zinc-Galvanized Steel Wire, 0.014" diameter, 475 feet long | McMaster | 8872K19 | Wire for mousing galvanized shackles Per unit: 1 |
| Two Platform Ark | |||
| Downline: 1" Nylon, 15' length thimble-to-thimble with SS Sailmaker Thimble spliced at top, galvanized thimble spliced at bottom | West Marine | Custom | Runs from bottom of swivel shackle (SS) to top of anchor system (galvanized) Per unit: 1x |
| Downline: 1/2" Spectra Rope with SS316 Sailmakers Thimbles Spliced at Top and Bottom | West Marine | Custom | Runs from bottom of Ark to top of swivel shackle. Per unit: 2x |
| Buoyancy: 1/2" Spectra Rope with SS316 Sailmakers Thimbles Spliced at Top and Bottom | West Marine | Custom | Connects mooring buoy to top eye on Ark Per unit: 2x |
| Main structure: 3/8 x 36 Inch SS Thimble Eye Swages and 5/8 Jaw-Jaw Turnbuckle Cable Assembly | Pacific Rigging & Loft | Custom | Custom rigging system with turnbuckle, 3/8" SS wire rope swaged into PVC end caps Per unit: 1x |
| Main structure: 304 SS U-Bolt with Mounting Plate, 1/4"-20, 2" ID | McMaster Carr | 8896T123 | For joining fiberglass platforms using I-beams Per unit: 10x |
| Main structure: 316 SS Hex Nut, 1/4"-20 | McMaster Carr | 94804A029 | For locking struts in hubs Per unit: 120x |
| Main structure: 316 SS Nylon-Insert Locknut, 1/4"-20 | McMaster Carr | 90715A125 | For locking struts in hubs Per unit: 240x |
| Main structure: 316 SS Pan Head Phillips Screw, 1/4"-20 Thread, 2.5" Long | McMaster Carr | 91735A384 | For locking struts in hubs Per unit: 120x |
| Downline: 316 SS Safety-Pin Shackle, 1/2" Thick | McMaster Carr | 3860T25 | Connect Ark bottom eye to 1/2" Spectra rope. Per unit: 1x |
| Buoyancy: 316 SS Safety-Pin Shackle, 1/2" Thick | McMaster Carr | 3860T25 | Connects bottom of 1/2" rope to top Ark eye Per unit: 2x |
| Buoyancy: 316 SS Safety-Pin Shackle, 7/16" Thick | McMaster Carr | 3860T24 | Connects mooring buoy to 1/2" rope Per unit: 2x |
| Install & Tools: Arbor with 7/16" Hex for 1-1/2" Diameter Hole Saw | McMaster Carr | 4066A63 | Drill holes in 6" PVC (Hubs) Per unit: 1x |
| Main structure: Clamping U-bolt, 304 SS, 1/4"-20 Thread Size, 9/16" ID | McMaster Carr | 3042T149 | For clamping SS wire rope at Ark vertices Per unit: 15x |
| Downline: Clevis-to-Clevis Swivel, 316 SS, 5-7/16" Long | McMaster Carr | 37405T28 | Swivel shackle between 1/2" spectra rope and 1" nylon downline Per unit: 1x |
| Main structure: Corrosion-Resistant Wire Rope, 316 SS, 1/8" Thick | McMaster Carr | 8908T44 | String through assembled Ark and clamp at vertices Per unit: 250ft |
| Main structure: Fiberglass Molded Grating, Square Grid, 1" Grid Height, 1-1/2" x 1-1/2" Square Grid, Grit Surface, 70% Open Area | McNichols | MS-S-100 | Cut to half pentagon shape, mirror images. See Figure S23. Per unit: 2x Refers to drawing: Yes |
| Anchor system: Galvanized Alloy Steel Screw-Pin Shackle, 1/2" Thick | McMaster Carr | 3663T42 | Connects base of 1" nylon downline to anchor chain Per unit: 1x |
| Anchor system: Galvanized Alloy Steel Screw-Pin Shackle, 3/8" Thick | McMaster Carr | 3663T51 | Connects anchor chain together Per unit: 1x |
| Anchor system: Grade 30 Chain, Galvanized Steel, 1/4 Trade Size | McMaster Carr | 3592T45 | Anchor chain |
| Install & Tools: HARKEN–57 mm Carbo Air Triple Block | West Marine | 200076 | Top of block and tackle Per unit: 1x |
| Install & Tools: HARKEN–57 mm Carbo Air Triple Block with Becket and Cam | West Marine | 1171644 | Base of block and tackle Per unit: 1x |
| Install & Tools: Hole Saw, 1-15/16" Cutting Depth, 1-1/2" Diameter | McMaster Carr | 4066A27 | Drill holes in 6" PVC (Hubs) Per unit: 1x |
| Install & Tools: Low Pressure Inflator Nozzle | Amazon (Made by Trident) | B00KAI940E | Inflate mooring buoys underwater Per unit: 1x |
| Install & Tools: LOW-STRETCH ROPE, 7/16" DIAMETER | McMaster | 3789T25 | Rope for block and tackle Per unit: 100ft |
| Main structure: Nylon Cable Ties, UV Resistant Heavy Duty, 19" long, 250 lb strength | CableTiesAndMore | CT19BK | Use to secure platforms to Ark framework Per unit: 30x |
| Install & Tools: Phillips Screwdriver, Size No. 3 | McMaster Carr | 5682A29 | For locking struts in hubs Per unit: 1x |
| Buoyancy: Polyform Buoy, A-5 Series All-Purpose Buoy, 27" | West Marine (Made by PolyformUS) | 11630142 | Mooring buoy for buoyancy. Per unit: 2x |
| Main structure: PVC Pipe, Schedule 80, 1" diameter | McMaster Carr | 48855K13 | Struts. Cut to 1.2 m (4 ft) lengths, drill to accommodate bolts Per unit: 30x |
| Main structure: PVC Pipe, Schedule 80, 6" diameter | McMaster Carr | 48855K42 | Hubs. Cut into 4" lengths, drill 5 holes symmetrically around midline using 1-1/2" hole saw. See Supplemental File 1-Figure S22. Per unit: 12x Refers to drawing: Yes |
| Main structure: PVC Thick Wall Pipe Fitting, End Cap, Schedule 80, 6 " diameter, Female | PRMFiltration (Made by ERA) | PVC80CAP600X | End caps for top and bottom of Ark. Cut off bottom 2 inches. Per unit: 2x |
| Install & Tools: Ratcheting Combination Wrench, 7/16" | McMaster Carr | 5163A15 | For locking struts in hubs Per unit: 1x |
| Install & Tools: Ratcheting PVC Cutter, 1-1/4" | McMaster Carr | 8336A11 | Cut 1" PVC into struts Per unit: 1x |
| Main structure: Ring, 18-8 SS, for 5/32 Chain Trade Size, 3/4" Inside Length | McMaster Carr | 3769T71 | Substitute for 1/2" SS wire rope clamps. Per unit: 12x |
| Install & Tools: Round Bend-and-Stay Multipurpose Stainless Steel Wire, 0.012" diameter, 645 feet | McMaster | 9882K35 | Wire for mousing stainless shackles Per unit: 1 |
| Main structure: Structural FRP Fiberglass I-Beam, 1/4" Wall Thickness, 1-1/2" Wide x 3" High, 5 ft long | McMaster Carr | 9468T41 | Cut to 5 1-ft long sections. Per unit: 1x |
| Install & Tools: Underwater Lift Bag, 220 lbs Lift Capacity | Subsalve Commercial | C-200 | Transport Ark to deployment site Per unit: 1x |
| Install & Tools: Zinc-Galvanized Steel Wire, 0.014" diameter, 475 feet long | McMaster | 8872K19 | Wire for mousing galvanized shackles Per unit: 1x |
| Strain Gauge | |||
| 316 Stainless Steel Eyebolt, for Lifting, M16 x 2 Thread Size, 27 mm Thread Length | McMaster Carr | 3130T14 | For strain gauge eyebolts Per unit: 2x |
| Bridge101A Data Logger, 30 mV | MadgeTech | Bridge101A-30 | Collect voltage data from load cell. Per unit: 1x |
| Chemical-Resistant PVC Rod, 2" Diameter | McMaster Carr | 8745K26 | For datalogger housing endcap. See Supplemental File 1-Figure S32. Per unit: 1x Refers to drawing: Yes |
| Clamping U-Bolt, 304 SS, 5/16"-18 Thread Size, 1-3/8" ID | McMaster Carr | 3042T154 | For attachment of datalogger housing to strain gauge. Per unit: 1x |
| Dow Corning Molykote 44 Medium Grease Lubricant | Amazon (Made by Dow Corning) | B001VY1EL8 | For mating male and female underwater connectors. Per unit: 1x |
| STA-8 Stainless Steel S Type Tension and Compression Load Cell | LCM Systems | STA-8-1T-SUB | Load cell instrument for assessment of in-water weight. Per unit: 1x |
| Standard-Wall Clear Blue Rigid PVC Pipe for Water, Unthreaded, 1-1/2 Pipe Size, 2 ft | McMaster Carr | 49035K47 | For datalogger housing. See Supplemental File 1-Figure S31. Per unit: 1x Refers to drawing: Yes |
| Standard-Wall PVC Pipe Fitting for Water, Cap, White, 1-1/2 Pipe Size Socket Female | McMaster Carr | 4880K55 | For datalogger housing. Per unit: 2x |
| Structural FRP Fiberglass Sheet, 12" Wide x 12" Long, 3/16" Thick | McMaster Carr | 8537K24 | For attachment of datalogger housing to strain gauge. Per unit: 1x |
| SubConn Micro Circular Connector, Female, 4-port | McCartney (Made by SubConn) | MCBH4F | Install into machined housing endcap. Per unit: 1x |
| SubConn Micro Circular Connector, Male, 4-contact | McCartney (Made by SubConn) | MCIL4M | Splice to load cell wiring and waterproof connection. Per unit: 1x |
| Threadlocker, Loctite 262, 0.34 FL. oz Bottle | McMaster Carr | 91458A170 | For strain gauge eyebolts Per unit: 1x |
| Vibration-Damping Routing Clamp, Weld-Mount, Polypropylene with Zinc-Plated Steel Top Plate, 1-7/8" ID | McMaster Carr | 3015T39 | For attachment of datalogger housing to strain gauge. Per unit: 1x |
References
- Pandolfi, J. M., et al. Global trajectories of the long-term decline of coral reef ecosystems. Science. 301 (5635), 955-958 (2003).
- Hughes, T. P., et al. Phase shifts, herbivory, and the resilience of coral reefs to climate change. Current Biology. 17 (4), 360-365 (2007).
- McManus, J. W., Polsenberg, J. F. Coral-algal phase shifts on coral reefs: Ecological and environmental aspects. Progress in Oceanography. 60 (2-4), 263-279 (2004).
- Haas, A. F., et al. Global microbialization of coral reefs. Nature Microbiology. 1, 16042 (2016).
- Dinsdale, E. A., et al. Microbial ecology of four coral atolls in the Northern Line Islands. PLoS One. 3 (2), 1584 (2008).
- Zaneveld, J. R., et al. Overfishing and nutrient pollution interact with temperature to disrupt coral reefs down to microbial scales. Nature Communications. 7, 11833 (2016).
- Estes, J. A., et al. Trophic downgrading of planet earth. Science. 333 (6040), 301-306 (2011).
- Houk, P., Musburger, C. Trophic interactions and ecological stability across coral reefs in the Marshall Islands. Marine Ecology Progress Series. 488, 23-34 (2013).
- Pearman, J. K., Anlauf, H., Irigoien, X., Carvalho, S. Please mind the gap – Visual census and cryptic biodiversity assessment at central Red Sea coral reefs. Marine Environmental Research. 118, 20-30 (2016).
- Stella, J. S., Pratchett, M. S., Hutchings, P. A., Jones, G. P., Gibson, R. N., Atkinson, R. J. A., Gordon, J. D. M. Coral-associated invertebrates: Diversity, ecological importance and vulnerability to disturbance. Oceanography and Marine Biology: An Annual Review, edited by. , (2011).
- Stewart, H. L., Holbrook, S. J., Schmitt, R. J., Brooks, A. J. Symbiotic crabs maintain coral health by clearing sediments. Coral Reefs. 25 (4), 609-615 (2006).
- Williams, S. M. The reduction of harmful algae on Caribbean coral reefs through the reintroduction of a keystone herbivore, the long-spined sea urchin Diadema antillarum. Restoration Ecology. 30 (1), 13475 (2022).
- Francis, F. T., Filbee-Dexter, K., Yan, H. F., Côté, I. M. Invertebrate herbivores: Overlooked allies in the recovery of degraded coral reefs. Global Ecology and Conservation. 17, 00593 (2019).
- De Goeij, J. M., et al. Surviving in a marine desert: The sponge loop retains resources within coral reefs. Science. 342 (6154), 108-110 (2013).
- Rix, L., et al. Differential recycling of coral and algal dissolved organic matter via the sponge loop. Functional Ecology. 31 (3), 778-789 (2017).
- Plaisance, L., Caley, M. J., Brainard, R. E., Knowlton, N. The diversity of coral reefs: What are we missing. PLoS One. 6 (10), 25026 (2011).
- Leray, M., Knowlton, N. DNA barcoding and metabarcoding of standardized samples reveal patterns of marine benthic diversity. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (7), 2076-2081 (2015).
- Pearman, J. K., et al. Disentangling the complex microbial community of coral reefs using standardized Autonomous Reef Monitoring Structures (ARMS). Molecular Ecology. 28 (15), 3496-3507 (2019).
- Pearman, J. K., et al. Cross-shelf investigation of coral reef cryptic benthic organisms reveals diversity patterns of the hidden majority. Scientific Reports. 8, 8090 (2018).
- Carvalho, S., et al. Beyond the visual: Using metabarcoding to characterize the hidden reef cryptobiome. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 286 (1896), 20182697 (2019).
- Hartmann, A. C., et al. Meta-mass shift chemical profiling of metabolomes from coral reefs. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (44), 11685-11690 (2017).
- Ransome, E., et al. The importance of standardization for biodiversity comparisons: A case study using autonomous reef monitoring structures (ARMS) and metabarcoding to measure cryptic diversity on Mo’orea coral reefs, French Polynesia. PLoS One. 12 (4), 0175066 (2017).
- Pennesi, C., Danovaro, R. Assessing marine environmental status through microphytobenthos assemblages colonizing the Autonomous Reef Monitoring Structures (ARMS) and their potential in coastal marine restoration. Marine Pollution Bulletin. 125 (1-2), 56-65 (2017).
- Bartley, R., et al. Relating sediment impacts on coral reefs to watershed sources, processes and management: A review. Science of the Total Environment. 468-469, 1138-1153 (2014).
- Häder, D. P., et al. Anthropogenic pollution of aquatic ecosystems: Emerging problems with global implications. Science of the Total Environment. 713, 136586 (2020).
- Bianchi, D., Carozza, D. A., Galbraith, E. D., Guiet, J., DeVries, T. Estimating global biomass and biogeochemical cycling of marine fish with and without fishing. Science Advances. 7 (41), (2021).
- Rogers, C. S. Responses of coral reefs and reef organisms to sedimentation. Marine Ecology Progress Series. 62, 185-202 (1990).
- Fabricius, K. E. Effects of terrestrial runoff on the ecology of corals and coral reefs: Review and synthesis. Marine Pollution Bulletin. 50 (2), 125-146 (2005).
- Littler, M. M., Littler, D. S., Brooks, B. L. Harmful algae on tropical coral reefs: Bottom-up eutrophication and top-down herbivory. Harmful Algae. 5 (5), 565-585 (2006).
- Scofield, V., Jacques, S. M. S., Guimarães, J. R. D., Farjalla, V. F. Potential changes in bacterial metabolism associated with increased water temperature and nutrient inputs in tropical humic lagoons. Frontiers in Microbiology. 6, 310 (2015).
- Cárdenas, A., et al. Excess labile carbon promotes the expression of virulence factors in coral reef bacterioplankton. ISME Journal. 12, 59-76 (2018).
- Johnson, M. D., et al. Rapid ecosystem-scale consequences of acute deoxygenation on a Caribbean coral reef. Nature Communications. 12, 4522 (2021).
- Altieri, A. H., et al. Tropical dead zones and mass mortalities on coral reefs. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (14), 3660-3665 (2017).
- Timmers, M. A., et al. Biodiversity of coral reef cryptobiota shuffles but does not decline under the combined stressors of ocean warming and acidification. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 118 (39), 2103275118 (2021).
- Enochs, I. C., et al. Shift from coral to macroalgae dominance on a volcanically acidified reef. Nature Climate Change. 5 (12), 1083-1088 (2015).
- Nelson, H. R., Altieri, A. H. Oxygen: The universal currency on coral reefs. Coral Reefs. 38, 177-198 (2019).
- Wallace, R. B., Baumann, H., Grear, J. S., Aller, R. C., Gobler, C. J. Coastal ocean acidification: The other eutrophication problem. Estuarine, Coastal and Shelf Science. 148, 1-13 (2014).
- Haas, A. F., et al. Effects of coral reef benthic primary producers on dissolved organic carbon and microbial activity. PLoS One. 6 (11), 27973 (2011).
- Shafir, S., Van Rijn, J., Rinkevich, B. A mid-water coral nursery. Proceedings of the 10th International Coral Reef Symposium. , 1674-1679 (2006).
- Rinkevich, B. The active reef restoration toolbox is a vehicle for coral resilience and adaptation in a changing world. Journal of Marine Science and Engineering. 7 (7), 201 (2019).
- Nakamura, T., Van Woesik, R. Water-flow rates and passive diffusion partially explain differential survival of corals during the 1998 bleaching event. Marine Ecology Progress Series. 212, 301-304 (2001).
- Dennison, W. C., Barnes, D. J. Effect of water motion on coral photosynthesis and calcification. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 115 (1), 67-77 (1988).
- Mass, T., Genin, A., Shavit, U., Grinstein, M., Tchernov, D. Flow enhances photosynthesis in marine benthic autotrophs by increasing the efflux of oxygen from the organism to the water. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (6), 2527-2531 (2010).
- Finelli, C. M., Helmuth, B. S., Pentcheff, N. D., Wethey, D. S. Intracolony variability in photosynthesis by corals is affected by water flow: Role of oxygen flux. Marine Ecology Progress Series. 349, 103-110 (2007).
- Nakamura, T., Yamasaki, H., Van Woesik, R. Water flow facilitates recovery from bleaching in the coral Stylophora pistillata. Marine Ecology Progress Series. 256, 287-291 (2003).
- Nakamura, T., Yamasaki, H. Requirement of water-flow for sustainable growth of Pocilloporid corals during high temperature periods. Marine Pollution Bulletin. 50 (10), 1115-1120 (2005).
- McDole, T., et al. Assessing coral reefs on a Pacific-wide scale using the microbialization score. PLoS One. 7 (9), 43233 (2012).
- Haas, A. F., Jantzen, C., Naumann, M. S., Iglesias-Prieto, R., Wild, C. Organic matter release by the dominant primary producers in a Caribbean reef lagoon: Implication for in situ O2 availability. Marine Ecology Progress Series. 409, 27-39 (2010).
- Haas, A. F., et al. Influence of coral and algal exudates on microbially mediated reef metabolism. PeerJ. 1, 108 (2013).
- Silveira, C. B., et al. Microbial processes driving coral reef organic carbon flow. FEMS Microbiology Reviews. 41 (4), 575-595 (2017).
- Knowles, B., et al. Lytic to temperate switching of viral communities. Nature. 531 (7595), 466-470 (2016).
- Szmit, R. Geometry design and structural analysis of steel single-layer geodesic domes. 2017 Baltic Geodetic Congress (BGC Geomatics). , 205-209 (2017).
- Laila, T., Arruda, A., Barbosa, J., Moura, E. The constructive advantages of Buckminster Fuller’s geodesic domes and their relationship to the built environment ergonomics. Advances in Ergonomics in Design. Proceedings of the AHFE 2017 International Conference on Ergonomics in Design, July 17-21, 2017. , (2018).
- Graham, N. A. J., Nash, K. L. The importance of structural complexity in coral reef ecosystems. Coral Reefs. 32, 315-326 (2013).
- Alldredge, A. L., King, J. M. Distribution, abundance, and substrate preferences of demersal reef zooplankton at Lizard Island Lagoon, Great Barrier Reef. Marine Biology. 41, 317-333 (1977).
- Scheffers, S. R., Nieuwland, G., Bak, R. P. M., Van Duyl, F. C. Removal of bacteria and nutrient dynamics within the coral reef framework of Curaçao (Netherlands Antilles). Coral Reefs. 23 (3), 413-422 (2004).
- Van Duyl, F. C., Scheffers, S. R., Thomas, F. I. M., Driscoll, M. The effect of water exchange on bacterioplankton depletion and inorganic nutrient dynamics in coral reef cavities. Coral Reefs. 25, 23-36 (2006).
- Reidenbach, M. A., Stocking, J. B., Szczyrba, L., Wendelken, C. Hydrodynamic interactions with coral topography and its impact on larval settlement. Coral Reefs. 40 (2), 505-519 (2021).
- Reidenbach, M. A., Koseff, J. R., Koehl, M. A. R. Hydrodynamic forces on larvae affect their settlement on coral reefs in turbulent, wavedriven flow. Limnology and Oceanography. 54 (1), 318-330 (2009).
