JoVE Journal > Environment
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Resultados
Discussion
Declarações
Acknowledgements
Materials
Referências
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Ambiente

Mercan Resif Arkları: Resif Topluluklarını Birleştirmek için Bir Yerinde Mezokozmos ve Araç Seti

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

Coral Arks adı verilen demirli orta su jeodezik yapıları, açık deniz de dahil olmak üzere daha önce çalışmayan alanlarda mercan resif topluluklarını oluşturmak, izlemek ve rahatsız etmek için kullanılabilecek modüler, ölçeklenebilir ve dikey olarak ayarlanabilir bir araştırma platformu sağlar.

Abstract

Mercan resifleri, çok seviyeli trofik bir yapıyı desteklediklerinde ve yüksek ışık seviyelerini, hızlı su akışını ve düşük besin seviyelerini içeren uygun su kalitesi koşullarında büyüdüklerinde gelişir ve maksimum ekosistem hizmetleri sunar. Düşük su kalitesi ve diğer antropojenik stresörler, son yıllarda mercan ölümlerine neden olmuş, bu da trofik düşüşe ve birçok resifte biyolojik karmaşıklık kaybına neden olmuştur. Trofik düşüşün nedenlerini tersine çevirmek için çözümler zor olmaya devam etmektedir, çünkü kısmen resifleri restore etme çabaları genellikle ilk etapta mercan ölümlerine neden olan aynı azalmış koşullarda denenmektedir.

Mercan Arkları, pozitif yüzdürücü, orta su yapıları, uzun vadeli araştırma platformları olarak kullanılmak üzere sağlıklı resif mezokozmoslarını bir araya getirmek için translokasyonlu ve doğal olarak işe alınmış mercanlar için iyileştirilmiş su kalitesi koşulları ve destekleyici kriptik biyoçeşitlilik sağlamak üzere tasarlanmıştır. Pasif yerleşim cihazları olan Özerk Resif İzleme Yapıları (ARMS), şifreli resif biyoçeşitliliğini Mercan Arklarına taşımak için kullanılır, böylece doğal işe alıma “destek” sağlar ve mercan sağlığına ekolojik desteğe katkıda bulunur. Yapıların sürtünme özelliklerini değerlendirmek ve hidrodinamik kuvvetlere tepkilerine dayanarak orta sudaki uzun vadeli stabilitelerini değerlendirmek için iki Arks tasarımını modelledik ve deneysel olarak test ettik.

Daha sonra iki Karayip resif alanına iki Arks yapısı tasarımı kurduk ve zaman içinde Arks ortamıyla ilişkili çeşitli su kalitesi ölçümlerini ölçtük. Konuşlandırmada ve 6 ay sonra, Coral Arks, daha yüksek akış, ışık ve çözünmüş oksijen, translokasyonlu mercanların daha yüksek hayatta kalması ve aynı derinlikteki yakındaki deniz tabanı alanlarına göre azaltılmış çökeltme ve mikrobiyalizasyon dahil olmak üzere resif fonksiyonunun gelişmiş metriklerini sergiledi. Bu yöntem, araştırmacılara, derinlik ve saha gibi dağıtım parametrelerini değiştirerek yerel su kalitesi koşullarının ayarlanabileceği resif toplulukları oluşturmak için uyarlanabilir, uzun vadeli bir platform sağlar.

Introduction

Dünya genelinde, mercan resif ekosistemleri, yüksek biyolojik çeşitlilikli, mercan ağırlıklı bentik topluluklardan, çim ve etli makroalglerin hakim olduğu daha düşük çeşitlilikli topluluklara geçişler geçirmektedir 1,2,3. Mercan resifi bozulma mekanizmalarını karakterize etmede on yıllardır kaydedilen ilerleme, mikrobiyal ve makroorganizma toplulukları arasındaki bağlantıların bu geçişlerin hızını ve şiddetini nasıl artırdığını ortaya koymuştur. Örneğin, resiflerin insan popülasyonları tarafından aşırı avlanması, aşırı fotosentetik olarak türetilmiş şekerlerin resif mikrobiyal topluluklarına enerji şönt verdiği, böylece patogenezi yönlendirdiği ve mercan düşüşüne neden olduğu trofik bir kaskad başlatır 4,5,6. Bu trofik düşüş, su kalitesinin düşmesinden kaynaklanan resiflerdeki biyolojik çeşitlilik kaybı ile güçlendirilmiştir 7,8. Mezokozmos düzeyindeki deneyler, biyolojik çeşitliliği artırarak ve su kalitesini iyileştirerek mercan resif topluluklarının trofik düşüşünü daha iyi anlamak ve hafifletmek için kullanılabilir, ancak lojistik zorluklar bu çalışmaların yerinde uygulanmasını zorlaştırmaktadır.

Resiflerdeki trofik düşüşün bir sonucu, çoğu karakterize edilmemiş 7,9 olan kriptik biyolojik çeşitliliğin yaygın kaybıdır. Mercanlar, avcı savunması 10, temizlik 11, rakip algleri otlatma12,13 ve resif suyu kimyasının düzenlenmesi 14,15’te ayrılmaz roller oynayarak sağlıklarını destekleyen çeşitli şifreli resif organizmalarına (“kriptobiyota”) güvenirler. Yakın zamana kadar ve görsel araştırmaların metodolojik sınırlamaları nedeniyle, resif kriptobiyotası resif ekolojisi bağlamında yeterince temsil edilmemiş ve yeterince anlaşılmamıştır ve bu nedenle resifleri restore etme veya yeniden inşa etme çabalarında nadiren dikkate alınmaktadır. Son on yılda, Otonom Resif İzleme Yapıları (ARMS) adı verilen standartlaştırılmış yerleşim birimlerinin yüksek verimli dizileme yaklaşımlarıyla birlikte kullanılması, resif kriptobiyotasının daha iyi toplanmasını ve karakterize edilmesini sağlamıştır16,17. ARMS, bilinen hemen hemen tüm mercan resifi biyoçeşitliliğinin temsilcilerini pasif olarak işe alır ve resif ölçeğindeki süreçlerde kriptik organizmaların sayısız işlevsel rolünün ortaya çıkarılmasına yardımcı olmuştur 9,18,19,20,21,22,23. Bu nedenle, bu yerleşim birimleri, trofik yapının korunması için gerekli olan otlatma, savunma ve yerel su kalitesinin iyileştirilmesi gibi biyolojik olarak aracılı mekanizmalara sahip daha sağlam resif topluluklarını bir araya getirmek için mercanların yanında kriptik resif biyotasının yerini değiştirmek için bir mekanizma sağlar.

Mercan baskın resifler yüksek ışıklı, düşük besleyici ve iyi oksijenli ortamlarda gelişir. Kentleşme, tarım ve aşırı avlanma gibi insan faaliyetleri,24,25 akışındaki tortuları, besinleri, metalleri ve diğer bileşikleri artırarak ve biyojeokimyasal döngüyü değiştirerek birçok mercan resifindeki su kalitesini düşürmüştür 26. Buna karşılık, bu faaliyetler resif topluluklarını boğma, enerji tükenmesi, çökeltme ile ilişkili kirleticilerin verilmesi27,28, mercanlarla rekabet eden makroalglerin büyümesini arttırma 29, mikrobiyal patojenlerin bolluğunu arttırma6,30,31 ve şifreli omurgasızları öldüren hipoksik bölgeler oluşturma yoluyla bozar32,33 . Bu ve diğer “yerel etkiler”, artan sıcaklıklar ve azalan pH, mercanlar ve diğer resif organizmaları için koşulları daha da kötüleştiren dahil olmak üzere okyanus koşullarındaki bölgesel ve küresel değişikliklerle birleşmektedir34,35. Bentik-su arayüzünde, özellikle, bentik toplulukların solunum ve fotosentetik dinamikleri, pH ve çözünmüş oksijende diel dalgalanmalarına neden olur, bu da yüksek oranda bozulmuş resiflerde daha belirgin hale gelir, böylece bentik omurgasızların tahammül edemeyeceği koşullar yaratır32,36,37,38 . Bu nedenle, uygun su kalitesi koşullarının sağlanması, işleyen resif topluluklarının bir araya getirilmesi için esastır, ancak artan sayıda resif, çeşitli bozulma durumlarında sıkışıp kaldığı için bu zor olmaya devam etmektedir.

Mercanların ve benthos üzerindeki temel kriptik taksonların karşılaştığı zorlukların çoğu, burada okyanus yüzeyi ile deniz tabanı arasındaki su sütunu ayarı olarak tanımlanan orta suya taşınma yoluyla aşılabilir. Orta su ortamında, su kalitesi39,40 artar, çökelme azalır ve deniz tabanından uzaklık, bentik metabolizma ile ilişkili parametrelerdeki dalgalanmaları azaltır. Bu özellikler, karasal olarak türetilmiş akıntı gibi kara tabanlı antropojenik etkilerin kıyıdan uzaklıkla giderek daha fazla seyreltildiği açık denizde hareket ederek daha da geliştirilir. Burada, orta sudaki iyileştirilmiş su kalitesi koşullarından yararlanan ve mercan resif topluluklarının montajı için demirli, pozitif yüzdürücü yapılar üzerinde şifreli biyolojik çeşitliliği içeren bir yaklaşım olan Coral Reef Arks’ı inşa etmek, dağıtmak ve izlemek için protokoller tanıtıyor ve sağlıyoruz.

Coral Reef Arks sistemleri veya “Arks” iki ana bileşenden oluşur: (1) benthos’un üzerinde yükselen askıya alınmış sert bir jeodezik platform ve (2) resif kriptobiyotasını yakındaki bentik alanlardan değiştiren organizma kaplı veya “tohumlanmış” ARMS, böylece translokasyonlu mercanlara daha çeşitli ve işlevsel bir resif topluluğu sağlamak için doğal işe alım süreçlerini tamamlar. Mukavemeti en üst düzeye çıkarmak ve yapı malzemesini (ve dolayısıyla ağırlığı) en aza indirmek ve resif matrisine benzer iç, türbülanslı bir akış ortamı oluşturmak için jeodezik bir yapı seçildi.

İki Karayip saha sahasına iki Arks tasarımı başarıyla kuruldu ve şu anda resif topluluğunun kurulması ve ekolojik ardıllık üzerine araştırmalar için kullanılıyor (Şekil 1). Coral Arks yapılarının uzun vadeli araştırma platformları olması amaçlanmıştır ve bu nedenle, bu makalenin birincil odak noktası, orta su ortamında stabilitelerini ve uzun ömürlerini en üst düzeye çıkarmak için bu yapıları yerleştirmek, kurmak, izlemek ve sürdürmek için protokolleri tanımlamaktır. Yapıların sürtünme özelliklerini değerlendirmek ve tasarımı beklenen hidrodinamik kuvvetlere dayanacak şekilde ayarlamak için modelleme ve su içi testlerin bir kombinasyonu kullanılmıştır. Kurulumdan sonra, resif toplulukları Arks’ta ve yakındaki bentik kontrol alanlarında, aktif translokasyon (mercanlar ve tohumlanmış ARMS birimleri) ve doğal işe alımın bir kombinasyonu ile aynı derinlikte kuruldu. Su kalitesi koşulları, mikrobiyal topluluk dinamikleri ve Arks’taki mercan hayatta kalma, erken ardışık dönem boyunca çeşitli zaman noktalarında belgelendi ve bentik kontrol bölgeleriyle karşılaştırıldı. Bugüne kadar, orta su Mercan Arks ortamı ile ilişkili koşullar, mercanlar ve bunlarla ilişkili şifreli konsorsiyumlar için aynı derinliklerdeki komşu bentik kontrol bölgelerine göre sürekli olarak daha elverişli olmuştur. Aşağıdaki yöntemler, sitelerin nasıl seçileceği ve Coral Arks yapılarının nasıl tasarlanacağı ve dağıtılacağı da dahil olmak üzere Coral Arks yaklaşımını çoğaltmak için gereken adımları açıklamaktadır. Coral Arks’ı izlemek için önerilen yaklaşımlar Ek Dosya 1’e dahil edilmiştir.

Protocol

NOT: Teknik çizimler, diyagramlar ve fotoğraflar dahil olmak üzere ARMS ve Coral Arks yapılarının üretimi, dağıtımı ve izlenmesi ile ilgili ayrıntılı bilgiler Ek Dosya 1’de verilmiştir. Arks ve ARMS yapılarının kurulumu da dahil olmak üzere su altı çalışmalarını içeren protokolün bölümlerinin, üç dalgıç (SCUBA’da) ve iki yüzey destek personelinden oluşan bir ekip tarafından yürütülmesi önerilir. 1. SİLAHLARIN montajı ve konuşlandırılması NOT: ARMS, resif sert tabanlı substratların üç boyutlu karmaşıklığını taklit eden PVC veya kireçtaşı taban malzemelerinden yapılmış yaklaşık 1 ft3 (30cm3) yapılardır. Tablo 1 , farklı proje değerlendirmeleri göz önüne alındığında ARMS için iki tasarımı tartışmaktadır. ARMS’nin, kriptik biyota ile kolonizasyonu en üst düzeye çıkarmak için Arks’a transferden önce 1-2 yıl boyunca konuşlandırılması önerilir. PVC KOLLARNOT: Bu protokolde atıfta bulunulan (ve Malzeme Tablosunda listelenen) kullanıma hazır bileşenler, emperyal birimler kullanılarak açıklanmıştır. Fabrikasyon malzemeler metrik birimler kullanılarak tanımlanır. Bileşenlerin üretimi için teknik çizimler de dahil olmak üzere ayrıntılı imalat talimatları, Ek Dosya 1’in Bölüm 1’inde verilmiştir.MeclisDört adet 1/4 in-20, 8 inç uzunluğunda, altıgen başlı cıvataları merkez deliklerinden 1/2 kalınlığında PVC taban plakası üzerine yerleştirin; Ardından, cıvatalar dikey olarak yukarı bakacak şekilde ters çevirin. Her cıvataya bir naylon ara parça ekleyin ve ardından plakaya 1/4 kalınlığında, PVC 9 inç x 9 ekleyin. Bu, taban plakası ile ilk istifleme plakası arasında açık bir tabaka oluşturur. Zıt köşelerdeki iki cıvata üzerine uzun bir çapraz ara parça ekleyin ve ardından kalan cıvataların üzerine bir “X” oluşacak şekilde iki kısa çapraz ara parça ekleyin. Kapalı bir tabaka oluşturmak için başka bir PVC istifleme plakası ekleyin. Cıvatalara yedi ila dokuz plaka katmanı eklenene kadar açık ve kapalı katmanlar arasında geçiş yaparak adım 1.1.1.2 ve adım 1.1.1.3’ü tekrarlayın (Ek Dosya 1-Şekil S5). Her cıvatanın üstüne bir yıkayıcı, bir altıgen somun ve bir naylon uç kilit somunu ekleyin ve güvenli bir şekilde sıkın. Dağıtım için, monte edilmiş PVC ARM’leri hedef dağıtım bölgesine taşıyın, küçük mobil omurgasızları tutmak için aktarım sırasında ARMS’yi 100 μm ağ ile kaplayın (Ek Dosya 1-Şekil S6). Sağlıklı mercan resif topluluklarına yakın bir yerde resif sert tabanlı substratın bir parçasını bulun.NOT: Belirli konuşlandırma alanları, ABD sularında Nesli Tükenmekte Olan Türler Yasası listelenen türler için kritik habitatlardan kaçınmak gibi yerel düzenlemeler ve izin şartları göz önünde bulundurularak seçilmelidir.İnşaat demiri ve bir tokmakta 1/2 uzunluğunda 3 tane kullanarak, inşaat demirini hafifçe dışa doğru açılı olarak taban kireçtaşına vurarak ARMS’yi dört köşedeki benthos’a sabitleyin, böylece inşaat demiri taban plakasının kenarına karşı gerginlik oluşturur (Şekil 2A, B). Alternatif olarak, ARMS’nin zincirlerini ağır hizmet tipi kablo bağları kullanarak bağlayın ve zincirlerin uçlarını sertleştirilmiş beton torbalarla sabitleyin (Şekil 2C ve Ek Dosya 1-Şekil S6). Kireçtaşı KOLLARIMontaj için, bitmemiş kireçtaşı veya traverten karolarda 12 inç x 12 ile başlayın (Şekil 2). Kireçtaşı ARMS’nin iç kısmının istenen karmaşıklığını belirleyin.NOT: 2cm3 küp kullanılması tavsiye edilir. Alternatif tasarımlar ve dikkat edilmesi gereken noktalar Ek Dosya 1’in 2. Bölümünde verilmiştir.Islak bir karo testeresi kullanarak, birkaç bitmemiş fayansı 2 cm2 kare ara parçaya (~ 250) kesin. Traverten karoları ARMS katmanları için istenilen şekle kesin. PVC ARMS’ye benzer şekilde, karelerde 12 inç x 12 kullanın ve 1 ft3 küp oluşturmak için bunları ara parçalarla katmanlayın (Ek Dosya 1-Şekil S8). İki parçalı, toksik olmayan bir deniz sınıfı epoksi kullanarak, daha küçük traverten parçalarını önceden çizilmiş bir ızgara deseni boyunca daha büyük bir traverten katmanlama plakasına yapıştırın. Bir araya getirildiğinde istenen ARMS yüksekliğine ulaşan birkaç katman hazırlayın. Epoksinin üreticinin tavsiyelerine göre sertleşmesine izin verin. ARMS istifleme plakalarını, her katmanı üstündekine yapıştırmak için epoksi kullanarak monte edin.NOT: ARMS yüksekliği, istenen ağırlığa ve dahili karmaşıklığa bağlı olarak değişecektir. Yaklaşık 1 ft3’lük bir son boyut önerilir. Epoksinin yerleştirmeden önce 24 saat boyunca doğrudan güneş ışığından kurtulmasına izin verin. Dağıtım için, monte edilen Kireçtaşı ARMS’yi hedef dağıtım bölgesine taşıyın. Sağlıklı mercan resif topluluklarına yakın bir yerde resif sert tabanlı substratın bir parçasını bulun.NOT: Belirli konuşlandırma alanları, ABD sularında Nesli Tükenmekte Olan Türler Yasası’nda listelenen türlerin kritik yaşam alanlarından kaçınmak gibi yerel düzenlemeler ve izin şartları göz önünde bulundurularak seçilmelidir.ARMS’yi bir süt kasası ve kaldırma torbası kullanarak benthos’a taşıyın. Kireçtaşı ARMS’ı ölü resif matrisine (canlı kaya) takın. Kumlu dip habitatlarından ve çim algleri veya bentik siyanobakteriyel paspaslar tarafından yoğun şekilde kolonize edilenlerden kaçının. Kireçtaşı ARMS’ı dalga hareketlerinden ve fırtına dalgalanmalarından korumak için kayalık çıkıntıların ve çıkıntıların yanına yerleştirin. 2. Coral Arks montajı ve dağıtımı NOT: Tablo 2 , farklı proje parametreleri göz önüne alındığında Coral Arks’ın tasarım hususlarını tartışmaktadır. Alt elemanların boyutları (destekler, göbekler, platformlar, demirleme bileşenleri ve pozitif yüzdürme), nihai Coral Ark yapılarının istenen boyutuna ve ağırlığına bağlı olarak değiştirilebilir. Ankraj sisteminin montajıNOT: Ankraj sistemini, Ark tasarımı, fırtına frekansı, alt tip, sahaya maruz kalma, projenin süresi ve sürükleme, akımlar ve kaldırma kuvveti nedeniyle beklenen kuvvetler gibi sahaya ve projeye özgü hususlara göre seçin. Bağlama sistemi seçimiyle ilgili bilgiler için PADI41’e bakın.Kumlu tabanda ve gevşek moloz habitatlarında kum vidaları kullanın.Kum vidalarını benthos’a taşıyın. Kum vidasını dik durun, ilk disk kum veya gevşek molozlarla kaplanana kadar kum vidasını bükün ve gömün. Ankrajın gözünden 5 fit uzunluğunda bir metal dönüş çubuğu yerleştirin, böylece dönme çubuğunun çoğunluğu gözün bir tarafından yapışır. Benthos üzerinde daireler çizerek yürürken veya yüzerken, kum vidasını sadece göz benthos’tan yapışana kadar substrata vidalayın (Ek Dosya 1-Şekil S20). Daha fazla tutma gücü için bir zincir dizginle bağlanmış üçgen bir desende üç kum vidası takın (Ek Dosya 1-Şekil S20). Halas çapalarını sert taban ve karbonat bazlı kaya habitatlarında kullanın.9-12’yi göz cıvatalarında ve dalgıç bir matkapla (elektrikli veya pnömatik) ankraj alanına taşıyın. Dalgıç matkabı ve 1 çapında bir duvar deliği testeresini kullanarak taban kayasına 9 inç derinliğinde ve 1 geniş deliği delikli bir delik açın. Bir hindi basteri kullanarak fazla substratı delikten periyodik olarak temizleyin. Deliği Portland çimentosu veya deniz sınıfı epoksi ile doldurun. Göz cıvatası milini deliğe itin ve kalan boşlukları çimento veya epoksi ile doldurun. Çimento / epoksi 5 gün boyunca kürlenmesini bekleyin. Daha fazla tutma gücü için, bir zincir dizgini ile bağlanmış üçgen bir desende üç Halas ankrajı takın. Mevcut demirleme blokları veya ağır enkaz elemanları olan alanlarda blok tipi demirleme kullanın.NOT: Yeni bir bağlama bloğunun montajı, mavnaya monte edilmiş vinç gibi ticari sınıf kurulum ekipmanı gerektirir ve daha küçük kapsamlı projeler için önerilmez.Bağlama sistemini mevcut ağır enkaz elemanlarına (batık kaplar, motor blokları) veya mevcut demirleme bloğu gözlerine donanım ve mücadele yoluyla takın. Metal bağlama bileşenlerinin benzer metallerden yapıldığından ve kurban anotlar kullanılarak galvanik korozyona karşı korunduğundan emin olun. 1V frekans yapısı (İki Platform)NOT: Bileşenlerin üretimi için teknik çizimler de dahil olmak üzere ayrıntılı imalat talimatları Bölüm 4 in Ek Dosya 1. Bu protokolde atıfta bulunulan kullanıma hazır bileşenler (ve Malzeme Tablosu) emperyal birimler kullanılarak tanımlanmıştır.1V jeodezik çerçevenin montajı1/4-20 paslanmaz çelik altıgen somunu, cıvatanın tepesine giden yolun 3/4’ünde 1/4-20 2,5 paslanmaz çelik cıvata üzerine vidalayın. Cıvatayı, gergi üzerindeki içeriye bakan deliklerden birine yerleştirin. Bir kilit somununu vidanın diğer tarafına sabitleyin ve göbeğin dikme uzunluğundan aşağı kaymasını önlemek için PVC ile güvenli bir şekilde eşleşene kadar sıkın. Dikmenin karşı tarafı ve kalan 29 dikme için tekrarlayın. Her bir payandanın ucunu göbeklerdeki deliklerden birinden itin ve gergi üzerindeki dış delikten başka bir cıvata sabitleyin, gerginin göbeğin dışına kaymasını önlemek için bir kilit somunu ile bitirin (Ek Dosya 1-Şekil S24). Bir göbekteki beş dikmenin tümü için tekrarlayın ve ardından jeodezik küre monte edilene kadar göbekler ve destekler eklemeye devam edin (Ek Dosya 1-Şekil S24). 1/8’i paslanmaz çelik tel halattan çıkarın ve desteklerden geçirmeye başlayın. Naylon kablo bağlarından yaklaşık gümüş dolar büyüklüğünde 12 döngü oluşturun – her göbek için bir tane. Tel halat desteklerden geçirilirken, ipi göbekteki fermuar bağı halkasından geçirin ve ardından bir sonraki payandaya devam edin.NOT: Bazı destekler tekrarlanacaktır. Tel halat, her köşenin ortasına fermuarlı bağ halkası ile bağlanan tüm desteklerden geçirilene kadar diş açmaya devam edin. Kabloyu başlangıç noktasına geri takın. Penseleri kullanarak, fermuar bağı halkalarını mümkün olan en küçük boyuta küçültmek için çekin, tel halatın uzunluklarını birbirine yaklaştırın. Tüm tel halat uzunluklarına 1/2 paslanmaz çelik kablo kelepçesi takın ve güvenli bir şekilde sıkın. Yapının tüm köşeleri için tekrarlayın. Tel halatın başlangıç uzunluğunu uç uzunluğuyla eşleştirin ve kablo kelepçelerinde üç 1/2 kullanarak bunları birbirine kenetleyin.NOT: Tel halat (kopma mukavemeti: 2.000 lb) artık yapıya yerleştirilen yükün çoğunu desteklemeli ve önemli ölçüde güçlendirmelidir. Her iki ucunda bir göz üzerine hidrolik olarak kaydırılmış paslanmaz çelik kabloda 3/8’lik iki uzunluktan oluşan arma sistemini ekleyin. PVC uç kapaklarını, kablonun tüm Ark uzunluğu boyunca geçeceği şekilde, bağlama / şamandıra hattı ataşmanları için üstte ve altta gözler olacak şekilde salıncaklar arasına yerleştirin. Ortadaki bir turnbuckle sistemi, iki uzunluktaki paslanmaz kabloyu birbirine bağlar. Kablonun alt uçlarını Ark’ın üst ve alt kısımlarından geçirin ve uç kapakları bir tokmak kullanarak üst ve alt göbeklere takın. Göz cıvatalarını döner tokaya vidalayın ve sistemi sert hale getirmek için yapı üzerinde yeterli gerginlik olana kadar sıkın (Ek Dosya 1-Şekil S24). Platformun kenarlarını Ark desteklerine sabitlemek için ağır hizmet tipi 250 lb fermuarlı bağlar kullanarak iki yarım beşgen halinde kesilmiş her bir kalıplanmış fiberglas ızgarayı Ark’ın iç kısmına ekleyin (Ek Dosya 1-Şekil S24). Yapının altına, fiberglas platformun her iki yarısını birleştirecek şekilde bir uzunlukta fiberglas I-beam yerleştirin. İki adet 1/4 in-20 paslanmaz çelik U-cıvata kullanarak platformun alt tarafına sabitleyin. Diğer dört I-beam için tekrarlayın, bunları platformun uzunluğuna eşit olarak dağıtın. Bu, platformun iki yarısını birleştirir ve destekler ve tam bir beşgen oluşturur. Platformun kenarlarındaki ağır hizmet tipi fermuar bağlarını sıkın ve fazlalıkları kesin. Bu adımın sonunda, dahili platform Ark yapısına sıkıca entegre edilmiştir (Ek Dosya 1-Şekil S24). Döner tokanın uçlarını ve tüm prangaları fareyle kullanmak için paslanmaz çelik biçme teli kullanın. Bu adımın sonunda, Ark iki entegre platforma, donanım bağlantısı için üst ve alt ataşmanlara ve ankraj ve pozitif yüzdürme yoluyla yapılara yerleştirilen gerilim kuvvetinin büyük kısmını taşıyan merkezi bir kabloya sahip olacak. Demirleme hattının jeodezik çerçeveye tutturulmasıNOT: Bağlama sistemleri, tüm bireysel demirleme bileşenlerinin kopma mukavemeti, ortam ve aşırı çevre koşulları nedeniyle beklenen maksimum yükü aşacak şekilde tasarlanmalıdır. Demirleme sistemi tasarımında hidrodinamik modellemenin kullanımının açıklaması için temsili sonuçlara bakınız. Yükün Ark ve deniz tabanı ankraj sistemindeki birden fazla bağlantı noktasına dağıtılması önerilir, çünkü bu, bireysel elemanların arızalanması durumunda sisteme artıklık ekler.Ark tabanı ile ankraj sistemi arasında güvenli bağlantılar sağlamak için bağlama hatlarını ve donanımını tasarlayın (örnek için bkz. Şekil 1 ).NOT: Bağlama sisteminin, Ark yapısının orta çizgisi 30 m derinlikte konumlandırılacak şekilde tasarlanması önerilir. Çift eklenmiş bir çizginin üst kısmını bir zincirle Ark’ın temel gözüne bağlayın. Bu hattın tabanına yüksek mukavemetli, paslanmaz çelik döner bir pranga bağlayın (Şekil 1 ve Ek Dosya 1-Şekil S25). Çift eklenmiş bir çizginin üst kısmını döner kelepçenin tabanına bağlayın. Bu satırın alt kısmı bağlantı sistemine bağlanacaktır (Şekil 1 ve Ek Dosya 1-Şekil S25). Sandığın konuşlanma bölgesine taşınmasıArk’ı düz yataklı bir kamyonla konuşlandırma alanına bitişik bir plaja (kum girişi ile kıyıya yakın konuşlandırma) veya bir tekne fırlatma alanına (gemi konuşlandırması) taşıyın. 220 lb’lik bir kaldırma torbasını, 1/2 pranga kullanarak Sandığın üst paslanmaz gözüne takın. Deniz tabanı ankrajına tutturmak için donanım da dahil olmak üzere bir demirleme hattını Sandığın tabanına takın. A-şasisi veya daviti olmayan bir gemiden konuşlandırmak için, Ark’ı tekneden ve suya kolayca yuvarlanabilecek şekilde gemiye yükleyin (yüksek tabancalı yaylardan veya dıştan takma motorlu kıçlardan kaçının). Kıyıdan konuşlandırmak için, Ark’ı, kaldırma torbasının hava ile doldurulabileceği yeterli bir derinliğe kadar suya yuvarlayın (Şekil 3). Sandığı yüzmek, çekmek veya yüzeydeki demirleme alanına taşımak (Şekil 3). Arkların demirleme sistemine bağlanmasıNOT: Bu aşamada, Ark sistemi bir kaldırma çantası ile ankraj sahasının üzerindeki yüzeyde yüzmektedir. Aşağıdaki görevler SCUBA üzerinde su altında gerçekleştirilir ve en az üç dalgıçtan oluşan bir ekip gerektirir.Havayı kaldırma çantasından yavaşça havalandırarak, ankraj sistemine kontrollü bir iniş gerçekleştirin. Sandığın tabanındaki demirleme donanımını ankraj sistemine takın. Kaldırma torbasını hava ile doldurarak Arks sisteminin pozitif kaldırma kuvvetini artırın ve izleme bileşenlerini yapısal bütünlük açısından kontrol edin. Prangaların düzgün bir şekilde oturduğundan ve ankrajların sıkıca yerine oturduğundan emin olun. Tüm prangaları farelemek için fare teli kullanın. Kısa, çift eklenmiş bir çizgi uzunluğunun gözünü Arks sisteminin üst gözüne bir pranga ile bağlayın. Bu hattın diğer ucuna bir poliform, şişirilebilir demirleme şamandırasını bir pranga ile bağlayın (Ek Dosya 1-Şekil S25). Bir midilli şişesine bağlı standart bir düşük basınçlı hava nozulu adaptörü kullanarak bağlama şamandırasını yaklaşık oranında hava dolana kadar hava ile doldurun. Havayı kaldırma çantasından yavaşça boşaltın ve sistemden çıkarın. Kireçtaşı ARMS kullanan Arks sistemleri için veya biyolojik kütle birikimini telafi etmek için daha büyük veya daha fazla sayıda demirleme şamandırası ekleyin. ARMS’ın Arklara BağlanmasıARMS’yi tohumlama yerinden alın ve ARMS içinde yaşayan küçük mobil omurgasızların kaybını önlemek için 100 μm ağ ile kaplı süt kasalarına yerleştirin. ARMS’yi gölgeli, serin deniz suyu küvetlerinde Arks alanlarına aktarın. ARMS’yi Arks’ın üst veya alt platformuna yerleştirin ve ağırlığı platform boyunca eşit olarak dağıtın. Ağır hizmet tipi kablo bağlarını hem kalıplanmış fiberglas platformdan hem de PVC veya Kireçtaşı ARMS’nin tabanından geçirin ve ARMS’yi Ark çerçevesine sabitlemek için sıkın (Ek Dosya 1-Şekil S25). 2V frekans yapısı (Shell)NOT: Bileşenlerin üretimi için teknik çizimler de dahil olmak üzere ayrıntılı imalat talimatları Bölüm 3 in Ek Dosya 1.2V jeodezik çerçevenin montajıArk montaj çerçevesini VikingDome’dan sağlanan kılavuza göre monte edin (Ek Dosya 1-Şekil S11). 2,5 inç uzunluğunda, 10/32 paslanmaz cıvataya bir yıkayıcı ekleyin. Cıvatayı bir dikmenin ucundaki iki delikten birine yerleştirin, iç yüze bir STAR konektörü ekleyin (S1 veya S2 desteklerine özgü delik) ve bir kilit somunuyla sabitleyin. İkinci cıvata deliği için bu işlemi tekrarlayın. Yapı tamamen monte edilene kadar kilit somunlarını sıkmadan devam edin (Ek Dosya 1-Şekil S12). Ark montaj çerçevesini sıkın. Adım 2.3.1.1’in sonunda, gergi-STAR bağlantıları gevşek ve dövülebilir olacaktır. Bir soket anahtarı (sokette 10 mm veya 3/8 soket) ve bir Philips başlı tornavida kullanarak kilit somunlarını sıkmaya başlayın. Tüm kilit somunları sıkılana kadar yapı boyunca devam edin, kilit somununun naylon eki cıvataların dişlerine tam olarak tutturulmuştur. Bağlama dizgininin tutturulması için ped gözleri ekleyin. Ark’ın tabanındaki paslanmaz S1 payandasına bir ped gözü ekleyin ve dört adet 3 inç tava başlı paslanmaz çelik cıvata ile sabitleyin. 1/4 in-20 kilit somunu ekleyin ve sıkın. Toplam beş bağlama bağlantı noktası için bu işlemi tekrarlayın (Ek Dosya 1-Şekil S17). 10 ARMS taban plakasını ortaya bakan N2 STAR konektörlerine monte edin. ARMS taban plakasındaki orta delikten 3’lü bir tava başlı cıvata yerleştirin. Cıvata miline gri bir PVC standoff ekleyin ve taban plakası yapının içinde olacak şekilde N2 STAR konektörünün orta deliğinden yerleştirin. Bir yıkayıcı ve bir kilit somunu ekleyin ve sıkın. İki braket ekleyin ve ARMS taban plakasını desteklere sabitlemek için altıgen başlı cıvatalarda ve kilit somunlarında dört adet 3 1/4 kullanın. Tüm kilit somunlarını sıkın. Tüm ARMS taban plakaları için aynı yönü koruyun (Ek Dosya 1-Şekil S15). 20 mercan plakası taban plakasını üste bakan desteklere monte edin. Mercan plakası taban plakasındaki deliklerden altıgen başlı cıvatalara dört adet 3 yerleştirin ve bir braket ve bir kilit somunu kullanarak payandaya sabitleyin. Diğer taraf için tekrarlayın. Sabitlemek için kilit somunlarını sıkın (Ek Dosya 1-Şekil S15). Ark’ın merkezi omurgasına merkezi bir çubuk ve trol şamandırası ekleyin. Ark’ın tabanında kaynaklı bir boru segmenti ile modifiye edilmiş STAR konektörlerine 8 feet uzunluğunda, dişsiz bir fiberglas çubuk yerleştirin. Çubuğu Ark’ın üst STAR konektöründen geçirmeyi bitirin. Cıvataları modifiye edilmiş STAR konektörlerindeki metal borudan ve kilit somunlarından Ark’ın içindeki kilit çubuğuna takın. trol şamandırasının altına (Sandığın üstü) sıkıca yeşil bir tüp kelepçesi ekleyin ve sıkın. Modifiye edilmiş trol monte etmek, üste bakan N2 ve N1 STAR konektörlerinin içinde yüzer ve 1 inç orta delikle değiştirilir. Açıkta kalan dişli fiberglas çubuğun uzun ucuna bir fiberglas yıkayıcı ekleyin. Trol yüzerinin yapının içine bakması için modifiye edilmiş STAR konektör deliğinden sabitleyin. Başka bir fiberglas yıkayıcı ve bir fiberglas altıgen somun ekleyin. Bir anahtar kullanarak ve şamandıraları bükerek sıkın (Ek Dosya 1-Şekil S16). Demirleme sisteminin jeodezik çerçeveye bağlanmasıArk tabanı ile ankraj sistemi arasında güvenli bağlantılar sağlamak için bağlama hatlarını ve donanımını tasarlayın (örneğin bkz. Şekil 1 ).NOT: Demirleme sisteminin, Ark yapısının orta çizgisi 10 m derinlikte konumlandırılacak şekilde tasarlanması önerilir. Ark yapısının tabanındaki her bir ped gözünü, spektrum çizgisinde 3/4’lük çift eklenmiş bir uzunluğun sonundaki eklenmiş göze yüksek mukavemetli, 7/16 paslanmaz çelik pranga ile bağlayın (Ek Dosya 1-Şekil S17). 1/2 vidalı pim kelepçesi kullanarak, her spektrum hattının diğer ucunu iki paslanmaz çelik Masterlink’ten birine bağlayın, böylece her bağlantının iki veya üç bağlantısı vardır. 3/4 döner kelepçeyi Masterlink’in altına ve paslanmaz çelik bir zımba ile eklenmiş naylon çizgide 1’in gözüne takın. Göze 3/4 pranga takın ve naylon çizginin diğer ucunda çırpın. Bu pranga bağlantı sistemine bağlanacaktır (Ek Dosya 1-Şekil S17). 2V Ark’ın konuşlandırma sahasına taşınmasıNOT: Shell Ark’ın konuşlandırılması, Ark’ın tekne güvertesinden suya yuvarlanabilmesi için düz bir kıç ve içten takma motora sahip bir gemi veya büyük bir davit veya A-şasisine sahip bir gemi gerektirir.Ark’ı düz yataklı bir kamyonla rıhtıma veya yat limanına taşıyın. Ark’ı uygun büyüklükte bir forklift kullanarak gemiye yükleyin (Ek Dosya 1-Şekil S21). Deniz tabanı ankraj sistemine takmak için alt hatlar ve donanım da dahil olmak üzere demirleme hatlarını ve donanımını Sandığın tabanına takın. Sandığı demirleme yerine taşıyın (Şekil 3). Bir ucunda bir pranga ve diğer ucunda bir şamandıra ile ankraj sisteminin derinliği ile yaklaşık olarak aynı uzunlukta bir çizgi hazırlayın. Hattın kelepçe ucunu, şamandıra ucu yüzeyde yüzecek şekilde ankraj sistemine takın. Sandığı kıç güvertesinden güvenli bir şekilde suya yuvarlayın veya Ark’ı bir davit veya A-frame ile suya yerleştirin. Hattın şamandıra ucunu, yapı ankraj sisteminin üzerinde yüzecek şekilde pozitif yüzdürücü Ark’a takın. Sandığın demirleme sistemine bağlanmasıNOT: Bu aşamada, Ark yapısı, yüzdürme sağlayan entegre yüzdürme elemanları (şamandıralar) ile ankraj sahasının üzerindeki yüzeyde yüzmektedir. Aşağıdaki görevler SCUBA’da su altında tamamlanır ve en az üç dalgıç ve iki yüzey destek personelinden oluşan bir ekip gerektirir.Bir bloğun üst bloğunu takın ve kasnak sistemini Sandığın tabanındaki güvenli bir bağlantı noktasına tutun, deniz tabanına doğru inerken kasnağı biriktirin ve ardından alt bloğu ankraj sistemine takın (Ek Dosya 1-Şekil S19). Kasnağı devreye sokmak için çizgiyi alt bloktan çekin ve Ark’ı derinliğe çekin. Çizgi, her çekişte kelepçeye kilitlenmelidir (Ek Dosya 1-Şekil S19).NOT: Yüksek başlangıç pozitif kaldırma kuvvetine sahip Arks sistemleri için, maksimum satın alma için 6:1 blok ve mücadele sistemi kullanın. Ağırlıklar, yapıyı batırmak için gereken kaldırma kuvvetini azaltmak için geçici olarak Arks sistemine de bağlanabilir. Alt hat ve bağlama bağlantı donanımı ankraj sistemine bağlanana kadar Ark’ı derinliğe çekmeye devam edin. Tüm prangaları farelemek için tel kullanın. Tüm bağlama bileşenlerini bütünlük açısından kontrol edin. Prangaların düzgün bir şekilde oturduğundan ve ankrajların sıkıca yerine oturduğundan emin olun. Gerginliği yavaşça bloktan aktarın ve bağlama sistemine tutun. Bloğu çıkarın ve topuz, ağırlıklar ve şamandıra çizgisi ile mücadele edin. ARMS’ın Arklara BağlanmasıARMS’yi tohumlama yerinden alın ve ARMS içinde yaşayan küçük mobil omurgasızların kaybını önlemek için 100 μm ağ ile kaplı süt kasalarına yerleştirin. ARMS’yi gölgeli, serin deniz suyu küvetlerinde Arks alanlarına aktarın. ARMS’yi, Ark’ın orta çizgisine yakın daha büyük üçgen açıklıklardan birinden, ARMS’nin yapının içinde olacak şekilde manevra yapın. ARMS’yi Ark çerçevesinin içine monte edilmiş beyaz taban plakalarından birine sıkıca tutun. 1/2 in-13, 1,75 inç uzun, paslanmaz çelik altıgen başlı cıvatayı ARMS taban plakasının açık bir köşe deliğinden ve altta yatan beyaz, HDPE taban plakasından sabitleyin, diğer taraftan çıkıntı yapan cıvataya paslanmaz çelik bir kilit somunu takın ve sıkışana kadar sıkın. Diğer üç taraf için tekrarlayın (Şekil 2D). Sıkı bir şekilde bağlandığından emin olmak için ARMS’yi ileri geri itin. Mercanların Arklara bağlanmasıKireçtaşı karosuna epoxied mercan içeren mercan plakalarını, 2 inç uzun, 1/4 in-20, paslanmaz çelik altıgen başlı cıvatalar, bir yıkayıcı ve dört köşede bir kilit somunu kullanarak Ark’ın dışındaki mercan plakası HDPE taban plakalarına sabitleyin. Mercan plakasını yerine sabitlemek için bir soket anahtarı kullanarak kilit somunlarını sıkın. 3. Coral Arks izleme ve bakım NOT: Bileşenlerin üretimi için teknik çizimler de dahil olmak üzere ayrıntılı imalat talimatları, Ek Dosya 1’in 7. Bölümünde verilmiştir. Arkların su içindeki ağırlığının ölçülmesiDalgıç yük hücresini bir bloğa takın ve bağlama hattındaki gerilimin gerinim ölçer sistemine geçici olarak aktarılmasında kullanılmak üzere kasnak sistemini ele alın. Bloğun tabanını takın ve Ark demirleme sisteminde ara zincirleme noktası veya deniz tabanı ankrajı gibi güvenli bir yere tutun. Yük hücresinin üst kısmını Ark montaj çerçevesi üzerinde güvenli bir konuma takın (Ek Dosya 1-Şekil S33). Ark üzerindeki demirleme bileşenlerini çıkarmadan veya değiştirmeden, hattı bloktan çekin ve kasnak sistemini, gerilimin Ark demirleme sisteminden kasnak sistemine aktarılacağı şekilde tutun ve her çekişte hattı sıkıştırın (Ek Dosya 1-Şekil S33). Gerinim ölçerin gerilim ölçümlerini toplamasına izin vermek için bağlama hattının tamamen gevşetildiğinden emin olun (Ek Dosya 1-Şekil S33). Gerginliği bloktan yavaşça aktarın ve kasnak sistemini Ark bağlama hattına tutun, prangaların ve diğer demirleme bileşenlerinin düzgün bir şekilde oturduğundan ve sabitlendiğinden emin olmak için kontrol edin. Uzun vadeli veri toplama için, bir yük hücresini bağlama sistemine “sıralı” bir bileşen olarak entegre edin. Verileri almak için dataloggerları düzenli aralıklarla değiştirin. Arkların uzun süreli bakımıArks bağlama sisteminin rutin denetimlerini yapın ve gerektiğinde bakım çalışmaları yapın.NOT: Örnek bir bakım kontrol listesi için Ek Dosya-Şekil S18’e bakın. İki yılda bir bakım önerilir. Ankrajların maksimum tutma gücü sağlamaya devam ettiğinden emin olun (yani, alt tabakadan geri çekilmeyin). Hatların bütünlüğünü istila edebilecek ve tehlikeye atabilecek kirlenen organizmaların demirleme hatlarını temizleyin. Kurban anotlar, prangalar ve bağlama hatları gibi bozunan bileşenleri gerektiği gibi değiştirin (Ek Dosya-Şekil S18). Biyolojik kütle birikimini telafi etmek için mevcut demirleme şamandıralarına sabit yüzdürme şamandıraları veya hava ekleyerek gerektiğinde ek yüzdürme kuvveti ekleyin.

Representative Results

Yukarıdaki yöntemler, Coral Arks sistemlerinin iki tasarımı için montaj ve kurulum talimatları sağlar. Her tasarım için prototipler, sürtünme özelliklerini değerlendirmek ve modellenmiş ve ampirik mukavemet değerlerine dayanan yapısal bütünlüğü optimize etmek için uzun vadeli dağıtımdan önce San Diego, ABD’de monte edildi ve sahada test edildi. Rüzgar tüneli testlerinden elde edilen sonuçlar, hidrodinamik simülasyonlar ve prototip yapılar kullanılarak modellenen değerlerin su içi doğrulanması da dahil olmak üzere, burada sunulan her iki Arks geometrisinin seçilmesi ve iyileştirilmesi için etkili olan modelleme çabaları, Ek Dosya 1’in 6. Bölümünde ayrıntılı olarak açıklanmaktadır. “Shell” Arks tasarımının modelleme ve su içi testlerinden elde edilen sonuçlar burada gösterilmektedir. Her tasarımın iki yapısı daha sonra Porto Riko ve Curaçao’daki Karayip saha sahalarında konuşlandırıldı (toplam dört Arks yapısı kuruldu) ve mercanlar yapılara taşındı. “Shell” Arks tasarımı ile ilişkili su kalitesi, mikrobiyal topluluk ve mercan hayatta kalma metrikleri ve iki deniz tabanı kontrol alanı, doğal işe alım ve tohumlanmış ARMS’nin eklenmesini takiben Arks yapılarıyla ilişkili çevresel parametrelerdeki ve mercan sağlığındaki değişiklikleri karakterize etmek ve belirlemek için 6 aya yayılan çeşitli zaman noktalarında toplanmıştır. Coral Arks’ın sürtünme özellikleriHedef ortamda hayatta kalacak bir yapı ve demirleme tasarlamak için Coral Arks’ın sürtünme özelliklerini anlamak önemlidir. Yapısal açıdan bakıldığında, hidrodinamik sürükleme, ağ kaldırma kuvveti ile birlikte, yapı içinde, özellikle demirleme ve ankraj sistemine yükler yükler. Arks yapılarının sürtünme özelliklerini tahmin etmek için modelleme ve deneysel ölçümler yaptık. Arks yapılarının “Shell” tasarımı için yapılan bu testlerin sonuçları aşağıda detaylandırılmıştır. Modelleme, yapının tek tek elemanlarının sürüklenmesini tahmin ederek, bunları toplayarak ve daha sonra sonucu denklem (1) ve denklem (2)’de gösterildiği gibi etkili bir sürükleme katsayısında birleştirerek gerçekleştirildi: (1) (2) burada D toplamı, D i elemanının sürüklediği toplamdan tahmin edilen yapının toplam sürüklenmesidir, CD genel yapı sürükleme katsayısıdır, akışkan yoğunluğudur, U, nesnenin akışkana göre akış hızıdır ve A, yapının ön alanıdır. Bu hesaplamalarda, elemanların hepsinin silindir olduğu varsayıldı ve akışa yönelimleri Ark yapısının dik geometrisi tarafından dikte edildi. Modelleme, nihai saha sistemlerinin inşasından önce çekme testi için kullanılan (aşağıda açıklanmıştır) aynı prototip “Kabuk” sistemi (2V jeodezik küre) için gerçekleştirildi. Prototipin toplam ön alanı yaklaşık 2.10 m2’ydi ve modelleme sonuçları yaklaşık 0.12’lik tüm yapı için etkili bir sürtünme katsayısı gösterdi. Yapının hızın bir fonksiyonu olarak model tarafından tahmin edilen sürüklenmesi Şekil 4’te gösterilmiştir. Farklı akış hızları altında deneyimlenecek yapının sürüklenme kuvvetinin deneysel tahminleri, Ark yapısını, çekme hattı ile aynı hizada eklenmiş bir yük hücresine sahip bir teknenin arkasına çekerek ve bir eğim sensörü ile Ark’ın dikey eksene göre oryantasyonundaki değişiklikleri bir dizi çekme hızında kaydetmek için elde edilmiştir. Çekmeden önce, yapının su içi ağırlığı belirlendi ve yaklaşık 200 kg’lık bir net kaldırma kuvvetini simüle etmek için yapıya yeterli ek ağırlık eklendi (sistem için ilk hedef). Çekme kablosundaki gerilime ve Sandığın eğim açısına bağlı olarak, her hızdaki sürtünme (Dçekme) denklemi (3) kullanılarak belirlendi: (3) burada T , yük hücresinden ölçülen gerilimdir ve dikey eksene göre eğim açısıdır. Ortaya çıkan sürükleme ve hız ilişkisi Şekil 4’te gösterilmiştir. Ön alan ve su yoğunluğunun tahminleriyle birlikte en uygun sürükleme eğrisi ( Dçekme αU2; bkz. Şekil 4), daha sonra 0.13’lük ampirik sürükleme katsayısını belirlemek için kullanıldı. Çekme testi sırasındaki Reynolds sayısı (ve modelleme için kullanılan aralık), genellikle çalkantılı akış rejimlerinde 105-10 6 aralığındaydı. Bu Reynolds sayı aralığındaki bir küre için sürükleme katsayısının tipik değerleri 0,2 ile 0,4 arasındadır. Karşılaştırma amacıyla, sürükleme katsayısı 0,3 olan bir küre için sürükleme eğrisinin bir grafiği Şekil 4’te gösterilmiştir. Bu nedenle, sürükleme katsayısının modellenmiş ve deneysel tahminleri, yapının daha açık karakteriyle tutarlı olan bir küreden iki ila üç kat daha küçüktür. Bu modellenmiş sonuçları doğrulamak için, iki “Shell” Arks yapısının akışa tepkisinin saha ölçümlerini de yaptık. Bunu başarmak için, aynı yük hücresi geçici olarak Ark ana demirleme hattına uygun olarak kuruldu, Ark’a bir eğim sensörü takıldı ve aynı anda su hızını izlemek için sahaya bir akım ölçer takıldı. Gerilimin kaldırma kuvveti ve sürtünme bileşenleri daha sonra eğim açısı ve yük hücresi ölçümlerinden hesaplandı (Şekil 5). Ölçüm periyodu boyunca mevcut hızlar yaklaşık 20 cm / s’de nispeten kararlıydı ve veri seti nispeten kısaydı; Bu nedenle, verilerin dönem boyunca ortalaması alındı ve alan sürtünme ve hız tepkisini modellenmiş ve deneysel çekme tahminleriyle karşılaştırmak için kullanıldı. Bu sonuçlar, konuşlandırma sahasında beklenen koşullar altında (tipik bir fırtına olayı sırasında 1,3 m/sn’ye kadar akış hızları), sistemdeki sürükleme kuvvetinin 300 kg’dan az olmasının beklendiğini göstermektedir. Porto Riko, Vieques’teki her iki “Kabuk” yapısı, Eylül 2022’de Kategori 1 Kasırgası Fiona’dan doğrudan bir darbe aldı ve yapılara, demirlemeye veya demirleme sistemine belirgin bir zarar vermeden hayatta kaldı ve tasarımı destekleyen yerinde bir test sağladı. Yakındaki bir şamandıra (CARICOOS), konuşlandırma sahasında 10 m derinlikte 1,05 m/sn akım hızlarını kaydetti ve bu da demirleme sistemlerinde yaklaşık 160 kg’lık bir sürükleme kuvvetine karşılık geldi. Sistemler 1.600 kg kuvvete dayanacak şekilde tasarlanmıştır (ankraj kapasitesi ve bileşen kırılma mukavemeti göz önüne alındığında) ve bu nedenle ortam veya tipik fırtına koşullarında arızalanması beklenmemektedir. Coral Arks için net kaldırma kuvveti izlemeArk yapılarının sürtünme özelliklerini doğrulamak için açıklanan aynı yaklaşım, Arkların net kaldırma kuvvetini izlemek için bir yöntem geliştirmek için de kullanıldı. Sandığın fiziksel yapısı sabit kaldığı sürece, net yüzdürme kuvveti, genel topluluk kalsifikasyonunu ve dolayısıyla mercan büyümesini izlemek için kaba bir vekil ve sistemin zaman içinde biyolojik büyümeyi telafi etmek için yeterli pozitif yüzdürme kabiliyetine sahip olup olmadığını belirlemek için bir bakım metriği sağlar. Bağlama geriliminin kaldırma kuvveti bileşeni (B), denklemdeki gerinim ölçer ve eğim sensörü verileri kullanılarak hesaplanmıştır (4): (4) burada T , yük hücresinden ölçülen gerilimdir ve eğim açısıdır. Net kaldırma kuvvetinin ortaya çıkan zaman serisi Şekil 5’te gösterilmiştir. Saha izleme olayları sırasında mevcut olan nispeten istikrarlı mevcut koşullar altında, Porto Riko, Vieques’te konuşlandırılan iki “Shell” Arks yapısının, tüm mercanlar ve tohumlanmış ARMS birimleri ilk yapı dağıtımından 6 ay sonra yapılara taşındıktan sonra, izleme süresi boyunca (± bir standart sapma) ortalamaya alındığında 82.7 kg ± 1.0 kg (Ark 1) ve 83.0 kg ± 0.9 kg (Ark 2) benzer net buoyansilere sahip olduğunu bulduk. Sonuçlar, nispeten istikrarlı su akışı dönemlerinde kısa süreli izlemenin, sahadaki net kaldırma kuvvetini ~ 1 kg içinde belirlemek için kullanılabileceğini ve bunun biyokütledeki değişiklikleri izlemek için uzun vadede yararlı olduğunu kanıtlaması gerektiğini göstermektedir. Su kalitesi ve mikrobiyal topluluk dinamikleriSu kalitesi ve su sütunu ile ilişkili mikrobiyal topluluklarla ilişkili metrikler, Porto Riko’daki Isla Vieques açıklarında, 25 ft derinlikte Arks’ın tepesi ile 55 ft suya demirlenmiş iki orta su “Kabuk” Arkı üzerinde ölçülmüştür (Şekil 6C). Su kalitesi ölçümleri, mikrobiyal ve viral bolluklar ve iki Ark’tan ortalama mikrop büyüklüğü, aynı zamanda 25 ft derinlikte ancak kıyıya çok daha yakın olan yakındaki iki deniz tabanı “kontrol” bölgesinden elde edilen aynı metriklerle karşılaştırılmıştır (Şekil 6D). Gösterilen ölçümler, Arks’ın ilk yer değiştirmiş mercan grubuyla (Kasım 2021) kurulmasından hemen sonra ve 6 ay sonra ikinci bir mercan ve tohumlanmış ARMS partisinin Arks’a taşınmasından sonra (Mayıs 2022) toplanmıştır; Daha sonra karşılaştırma için her iki sitede (Arks ve kontrol siteleri) ortalamaları alındı. Tohumlanan ARMS, konuşlandırıldıktan sonraki 6 ayda Arks’a aktarıldığından, ilk 6 aylık dönemde yapılarda biyolojik toplulukların birikmesi, biyolojik kirlenme ve doğal işe alım ile ilişkilendirildi. Arks ortamı, bentik kontrol bölgelerinden daha yüksek ortalama gündüz ışık yoğunlukları (Şekil 6A), daha yüksek ortalama akış hızları (Şekil 6C), daha düşük çözünmüş organik karbon konsantrasyonları (Şekil 6F) ve çözünmüş oksijen konsantrasyonlarında (Şekil 6G) daha düşük diel dalgalanmaları sergilemiştir. Arks ayrıca, kontrol bölgelerinden (Şekil 7A) daha yüksek virüs-mikrop oranlarına sahip, daha yüksek miktarda serbest virüs (Şekil 7C) ve orta su Arks ortamında daha düşük miktarda mikrop (Şekil 7B) tarafından yönlendirilen mikrobiyal topluluklar sergiledi. Arks’taki mikrobiyal topluluklar, ortalama olarak, deniz tabanı alanlarındaki mikrobiyal topluluklardan fiziksel olarak daha küçük hücrelerden oluşuyordu (Şekil 7D). Arklar ve kontrol bölgeleri arasındaki sıcaklık farkları anlamlı değildi (Şekil 6E). Yukarıdaki eğilimlerin tümü, Arks’taki kontrol alanlarından daha iyi su kalitesi ve daha sağlıklı mikrobiyal topluluklarla tutarlıdır. Bu koşullar, konuşlandırmanın ilk 6 ayı boyunca devam etti; bu süre zarfında, hem mercan nubbinlerinin yer değiştirmesi hem de su sütunundan doğal olarak işe alım yoluyla Arks’ta yeni ortaya çıkan bir biyolojik topluluk gelişti ve ardışık değişiklikler yaşadı, ayrıca 6. ayda yapılara tohumlanmış ARM’lerin eklenmesiyle de devam etti. Mercan hayatta kalmaSekiz tür ve çeşitli morfolojilerden oluşan bir mercan kohortu, hem Arks’ın kurulmasından sonra (ay 0) hem de tohumlanmış ARMS’nin 6. ayda eklenmesini takiben Arks ve bentik kontrol bölgelerine dağıtıldı. Her mercan türünün orijinal ana kolonileri, nubbinlere (belirli bir boyutta 2-8 cm) bölündü ve hem Arks hem de kontrol bölgelerinde eşit olarak dağıtılan kireçtaşı mercan plakalarına (20cm2 plaka başına dört ila beş nubbin) tutturuldu ve aynı türlerin ve genotiplerin hem orta su Arks bölgelerinde hem de kontrol bölgelerinde temsil edilmesini sağladı. Bu translokasyonlu mercanların hayatta kalması, Arks ve kontrol bölgelerinde her 3 ayda bir değerlendirildi. İlk mercan kohortunun yer değiştirmesinden dokuz ay sonra, kontrol bölgelerine kıyasla (% 42, Şekil 8) Arks’ta (% 80, Şekil 8) daha fazla mercan hala yaşıyordu. Şekil 1: Tam kurulu iki Coral Ark yapısının yapısal bileşenlerini gösteren diyagram. Solda, “Kabuk” ve “İki Platformlu” (sağda) Coral Arks yapıları, pozitif yüzdürme sağlamak için iki yöntem ve demirleme için iki yöntemle birlikte gösterilmektedir. Kısaltma: ARMS = Otonom Resif İzleme Yapıları. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın. Şekil 2: ARMS birimlerinin tasarımı, dağıtımı ve transferi. (A-D) PVC ARMS ve (E-H) Deniz tabanı ekim alanlarından Coral Arks’a kadar Kireçtaşı ARMS. (A) Michael Berumen’e ait fotoğraf kredisi. (B) David Littschwager’a ait fotoğraf kredisi. Kısaltmalar: PVC = polivinil klorür; ARMS = Otonom Resif İzleme Yapıları. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın. Şekil 3: Sahaya taşıma ve tam kurulum dahil olmak üzere Coral Arks’ın dağıtım aşamalarını temsil eden görüntüler. (A-C) Kabuk tipi ve (D-F) İki Platformlu tip sistemler. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın. Şekil 4: “Kabuk” Ark yapılarının modelleme, deneysel çekme testi ve aynı yaklaşık ölçekteki bir kürenin sürüklenmesine göre alan doğrulamasına dayanan sürtünme özellikleri. “ARK1” ve “ARK2”, Porto Riko, Vieques’te aynı bölgeye kurulan aynı “Shell” Ark yapılarıdır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın. Şekil 5: Porto Riko, Vieques’teki iki “Kabuk” Gemisi için ölçülen net kaldırma kuvveti değerleri. “Kabuk” Ark 1 (mavi) ve “Kabuk” Ark 2 (yeşil) için su hızı (sağ eksen, orta renkler), net kaldırma kuvveti (sol eksen, açık renkler) ve demirleme hattında hesaplanan sürükleme/gerilim (sol eksen, koyu renkler) gösterilmektedir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın. Şekil 6: Porto Riko, Vieques’teki “Shell” Arks ve deniz tabanı kontrol tesisleriyle ilişkili su kalitesi ölçümleri, kurulumdan hemen sonra ve 6 ay sonra. (A) Gündüz ışık yoğunluğu, (B) akım hızı, (C,D) kurulumdan 6 ay sonra çekilen fotoğraflar, (E) sıcaklık, (F) çözünmüş organik karbon, (G) Arks’taki çözünmüş oksijen seviyelerindeki değişiklikler, 6 ay boyunca kontrol sahalarına karşı. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın. Şekil 7: Porto Riko, Vieques’teki “Shell” Arks ve deniz tabanı kontrol sahalarındaki su sütunuyla ilişkili mikrobiyal topluluklarla ilgili metrikler, kurulumdan hemen sonra ve 6 ay sonra . (A) Virüs-mikrop oranı, (B) bakteri hücresi bolluğu, (C) serbest virüs bolluğu ve (D) ortalama bakteri hücresi boyutu. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın. Şekil 8: Porto Riko, Vieques’teki “Shell” Arks ve deniz tabanı kontrol sahalarında translokasyondan sonraki ilk 9 ay boyunca hayatta kalan mercanların oranı. Görüntüler, translokasyondan hemen sonra (solda) ve translokasyondan 6 ay sonra (sağda) Arks’ta (üstte) ve bentik kontrol bölgelerinde (altta) tek bir mercan plakasının durumunu temsil etmektedir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın. Tablo 1: ARMS yapımı ve tasarımıyla ilgili hususlar. Kısaltmalar: ARMS = Otonom Resif İzleme Yapıları; PVC = polivinil klorür. Bu Tabloyu indirmek için lütfen tıklayınız. Tablo 2: Coral Arks tasarım hususları. Kısaltmalar: PVC = polivinil klorür; ARMS = Otonom Resif İzleme Yapıları; HDPE = yüksek yoğunluklu polietilen. Bu Tabloyu indirmek için lütfen tıklayınız. Ek Dosya. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın. 

Discussion

Yukarıda sunulan temsili sonuçlar, Coral Arks’ın resif topluluklarını istikrarlı, yerinde araştırma platformlarında bir araya getirmek için bir yaşam alanı ve gelişmiş su kalitesi koşulları sağladığını göstermektedir. Aynı derinlikteki arklar ve deniz tabanı kontrol alanları, sürekli olarak farklı su kalitesi profilleri sergiledi. Daha yüksek ortalama akım hızları ve kıyıdan daha uzak mesafe, Arks bölgelerindeki orta su ortamında çökelmeyi ve bulanıklığı azalttı (Şekil 6B), muhtemelen Arks’taki daha düşük ölçülen çözünmüş organik karbon konsantrasyonlarına katkıda bulundu (Şekil 6F). Ayrıca, su berraklığındaki bu gelişmeler, kontrol alanlarına göre Arks’ta gündüz ışık yoğunluklarının artmasına neden olmuştur (Şekil 6A). Çözünmüş oksijendeki daha düşük diel dalgalanmaları, özellikle geceleri benthoslara kıyasla Arks’taki mercanlar için gelişmiş oksijen mevcudiyetini gösterir (Şekil 6G). Bu metriklerin tümü, geçmiş çalışmalarda mercan sağkalım 42, büyüme 43,44,45 ve stresten kurtulma 46,47’deki gelişmelerle ilişkilendirilmiştir ve bentik kontrol bölgelerine kıyasla Arks’a nakledilen mercanların gelişmiş hayatta kalma sonuçlarıyla bağlantılı olabilir (Şekil 8 ). Bu koşulların, biyolojik kirlenme yoluyla önemli miktarda biyokütlenin birikmesinden sonra bile devam etmesi, doğal işe alım süreçlerinin orta su ortamının iyileştirilmiş su kalitesi özelliklerini azaltmadığını göstermektedir. Arklar, bentik kontrol alanlarının 3 km açıklarında konuşlandırıldı ve muhtemelen karasal olarak türetilmiş tortu, besin maddeleri ve muhtemelen kıyı bölgelerine meydan okuyan balıkçılık basınçlarının azalan girdilerinden yararlandı. Temiz su ve düşük insan etkisine sahip bölgelerde (açık deniz gibi) bulunan Arks, mezokozmos düzeyinde deneyler için resif biyoçeşitliliğini yaymak için ağır etkilenen kıyı bölgelerinden daha iyi bir ortam sağlayabilir.

Ön bulgular ayrıca, orta su Arks’ın, bentik resif habitatlarının bozulmasıyla ilişkili merkezi bir resif süreci olan daha az mikrobiyalizasyon yaşadığını ileri sürdü 4,48. Yüksek besin girdileri ve aşırı avlanma, enerjik olarak dengesizleştirilmiş mikrobiyal toplulukların çoğaldığı, metabolik olarak mevcut oksijenin solunum yoluyla çekilmesine ve benthos 6,49,50,51’de mercan patojenlerinin insidansının artmasına neden olan resif çapında trofik geri besleme döngülerinin itici güçleri olarak tanımlanmıştır . Mikrobiyal topluluk büyümesi üzerinde birincil litik kontrol görevi gören mikrobiyalize resiflerdeki serbest virüslerin bolluğunun azalması, daha fazla mikrobiyal genişlemeyi destekleyen trofik yapıda bir bozulmaya işaret eder52. Arklardaki su sütunu ile ilişkili mikroplar, deniz tabanı alanlarından hem daha az miktarda (Şekil 7B) hem de fiziksel olarak daha küçüktü (Şekil 7D). Arks ayrıca daha yüksek virüs-mikrop oranları (Şekil 7A), bol miktarda serbest virüs (Şekil 7C) ve özellikle geceleri çözünmüş oksijen mevcudiyeti (Şekil 6G) göstermiştir. Birlikte ele alındığında, bu bulgular orta su ortamının deniz tabanı alanlarına göre mikrobiyalizasyon için daha az potansiyel gösterdiğini göstermektedir. Arks, çevresel koşulların sadece su sütunundaki dikey ayarlama ile değiştirilebildiği mezokozmoslar olarak, resif bozulmasının mikrobiyal ve moleküler mekanizmalarını hafifletmek ve daha fazla keşfetmek için bir fırsat sunmaktadır.

Burada sunulan Mercan Arklarının tasarımı için iki farklı frekansta jeodezik küreler seçilmiştir (Şekil 1). Jeodezik frekans (1V, 2V, 3V), jeodezik bir küredeki tekrarlayan alt elemanların sayısını, daha yüksek sayıda üçgen alt elemana karşılık gelen daha yüksek frekanslarla gösterir. Yapısal açıdan bakıldığında, jeodezik polihedra, yapı boyunca mekanik stresi dağıtır vebu da boyutları 53,54 için yüksek bir doğuştan gelen mukavemet ile sonuçlanır. Bu özellikler yüksek dayanıklılık ve uzun ömür sağlar, ancak bağlama sisteminde daha yüksek yüklere neden olabilecek daha yüksek hidrodinamik sürtünme pahasına gelir. Bir habitat perspektifinden bakıldığında, bir Ark sistemi tarafından üretilen sürtünme, yapı içindeki momentumun yayılmasının ve dolayısıyla iç ortam akışının ne dereceye kadar azaldığının bir göstergesidir. Modellenmiş ve deneysel olarak doğrulanmış sonuçlar, yapıların içindeki türbülanslı akışın oluşması nedeniyle “Kabuk” Arklarının içindeki akış hızında, çevredeki akış alanına göre% 40 -% 70’lik bir azalma olduğunu göstermektedir (Ek Dosya 1’in 6. Bölümüne bakınız). İç akış azaltmanın optimal seviyesi net olmasa da (ve jeodezik frekansa göre farklılık gösterse de), yapı içindeki azaltılmış akış alanları, niş habitatlar55,56, besinleri remineralize etmek57,58 ve larvaların tutulmasını ve yerleşmesini teşvik etmek için önemlidir 59,60 . Genel olarak, daha büyük ve daha yüksek frekanslı jeodezik yapılar, özellikle daha fazla maruz kalan kurulum sahalarında, yapısal tasarıma dahil edilen daha yüksek tutma gücüne ve daha fazla yedekliliğe sahip ankraj sistemleri gerektirir.

“Shell” Ark demirleme sistemindeki gerilimin sürtünme bileşeninin saha bazlı ölçümlerinden elde edilen sonuçlar, modellenmiş ve deneysel çekme tahminlerinden (Şekil 4) elde edilen sonuçlarla yakından eşleşti ve beklenen tasarım aralıkları dahilindeydi. Bu sonuçlar, hidrodinamik modelin varsayımlarının geçerli olduğunu ve modelin arka plan akım aralıkları üzerindeki sürükleme kuvvetlerini tahmin edebileceğini göstermektedir. Bununla birlikte, modellenmiş ve deneysel verilerdeki sapmalar küçük olsa da, test süresi boyunca, sahadaki ortamsal, fırtınasız akış hızlarının tipik bir örneği olan akış aralığı, tam modelleme spektrumu üzerinde titiz bir doğrulama sağlamamıştır. Coral Arks sistemlerinin tasarım gereksinimlerini tahmin ederken, modelleme çabaları, beklenen hidrodinamik kuvvetlere dayanabilecek yapılar ve demirleme sistemleri tasarlamak için planlanan konuşlandırma sahalarında fırtına sıklığı ve maruziyeti hakkındaki bilgilerle birleştirilmelidir. Burada sunulan modelleme çalışması, demirleme ve ankraj sisteminde sürüklenme katsayıları ve beklenen maksimum kuvvetleri sağlayarak minimum girdilerle (istenen Ark boyutu, frekansı ve dağıtım sahasındaki ortalama akım hızları) diğer sahalardaki Ark sistemlerini tasarlamak için kullanılabilir.

Arks ve ARMS sistemleri modülerdir ve burada açıklananlardan farklı ölçeklerde ve alternatif malzemelerle inşa edilebilir. Nihai ömürleri henüz belirlenmemiş olsa da, Coral Arks yaklaşık 10 yıllık bir yaşam döngüsüne sahip olacak şekilde tasarlanmıştır. Arks ve ARMS’nin malzeme bileşimi, yapıların ömrünü, sistemlerin ağırlığını ve dolayısıyla ağırlığı dengelemek için gerekli kaldırma kuvvetini etkiler ve erken kirlenme topluluklarının tepkisini etkileyebilir (Ek Dosya 1-Şekil S7). Örneğin, kireçtaşı, ARMS’deki biyolojik kolonizasyon için daha doğal bir substrat sağlar ve çoğu karbonat resif adasında kolayca ve ucuz bir şekilde tedarik edilir, ancak PVC ve fiberglas gibi diğer malzemelerden daha kırılgan ve ağırdır. Bu faktörler, istenen proje sonuçlarını en iyi şekilde ele alan ARMS, Arks ve demirleme sistemlerini tasarlamak için sahaya özgü özelliklere karşı düşünülmelidir.

Coral Arks için dağıtım alanları, amaçlanan proje hedeflerine (yani araştırma, azaltma veya restorasyon) göre de seçilmelidir. Yer seçimi için dikkate alınması gereken faktörler arasında malzemelere erişim, resif durumu veya durumu, topluluk yatırımı / katılımı, kaynak sınırlaması, kurumsal destek ve izin gereklilikleri bulunmaktadır. Coral Arks, (1) nispeten kötü durumda olan canlı mercan resifleri içeren ve mercan işe alımını, mercan örtüsünü, kıyı korumasını veya insan gıda kaynaklarını geliştirmek için restorasyon faaliyetlerinden yararlanacak alanlarda belirli ihtiyaçları karşılamak için fırsatlar sağlayabilir; (2) mercanların başka bir yere taşınmasına ihtiyaç duymak, örneğin, canlı mercanları kaldırılması planlanan enkaz maddelerinden taşımak için yasal gereklilikler olduğunda ortaya çıkabilir (bu alanlarda, Coral Arks, translokasyon sonuçlarını iyileştirmek için mevcut restorasyon ve dikim çabalarıyla işbirliği içinde veya bunları desteklemek için kullanılabilir); (3) yerel çabaların başarısını artırmak için Coral Arks’ı kullanan yeni koruma ve restorasyon teknolojilerine yönelik araştırmalar yapılmasını gerektirmek; veya (4) yeterince farklı yerel koşullara (yani, antropojenik etkinin farklı büyüklüklerine) sahip olmak, yani standartlaştırılmış mezokozmosların resif süreçleri ve müdahaleleri hakkında anlamlı karşılaştırmalar yapabileceği anlamına gelir. Coral Arks ekosisteminin biyolojik büyüme, çeşitlilik ve su kimyası gibi yönlerini izlemek için özel yaklaşımlar, proje hedeflerine ve sahaya özgü değişkenlere dayanan projeler arasında değişecektir. Bugüne kadar yürütülen Coral Arks’ın bilimsel olarak izlenmesi için temsili bir taslak, Ek Dosya 1’in 5. Bölümünde verilmiştir.

Coral Arks yapılarının tasarımı, hemen hemen her türden, boyuttan ve yaştan mercanları barındırabilir ve rahatsız edici bir resif benthos’undakilere göre daha iyi koşullar sağlamalıdır. Belirli bir sistemde gözlenen büyüme ve kireçlenme oranlarına bağlı olarak, biyolojik büyümeyi telafi etmek ve batma riskini azaltmak için Arks yapılarına pozitif kaldırma kuvvetinin eklenmesi gerekebilir. Pozitif yüzen orta su yapıları, topluluğun su içi ağırlığının artıp artmadığını belirlemek için bir gerilim/sıkıştırma yük hücresi veya gerinim ölçer kullanılarak tartılabilir (Şekil 5). Yük hücresini kullanan periyodik veya uzun vadeli ölçümler, topluluk düzeyinde büyüme / kalsifikasyon metriği oluşturmak için diğer daha ince çözünürlüklü mercan büyüme metriklerini tamamlayabilir ve sistemin zaman içinde bu biyolojik büyümeyi telafi etmek için yeterli pozitif kaldırma kuvvetine sahip olup olmadığını belirlemek için düzenli bir bakım görevi olarak dahil edilmiştir. Kurulu bir Sandığın artık izlenememesi veya bakımının yapılamaması durumunda, Ark’ın benthos’a sıkıca tutturulmasına izin vermek için yeri değiştirilebilir ve / veya kaldırma kuvveti kaldırılabilir.

Burada açıklanan yöntemler, araştırmacılara, su kalitesinin iyileştirildiği yerlere yerleştirilebilecek orta su resif topluluklarını bir araya getirmek için çok yönlü bir araç seti sağlar. Arks yapılarının derinliğini veya yerini değiştirerek, su kalitesi parametrelerindeki değişiklikler deneysel olarak resif topluluk yapısındaki ve ardışık yörüngelerdeki değişikliklerle ilişkilendirilebilir. Bu tasarım özelliği, araştırmacıların mercan resifi mezokozmoslarını bir araya getirmek ve incelemek için orta su ortamındaki bol ve az kullanılan alandan yararlanmalarını sağlar. Tohumlanmış ARMS’nin şifreli biyolojik çeşitliliği yer değiştirmek ve mobil otlatma omurgasızlarının doğal olarak işe alınmasına bir “destek” sağlamak için kullanılması, alg biyolojik kirlenmesini ve dolayısıyla mercanlar için bentik rekabeti azaltmak için işlevsel bir çözüm sunar. Bu sistemin bileşenleri olarak yerleşik ve standartlaştırılmış örnekleme yapılarının kullanılması, Arks’taki şifreli toplulukların uzun vadeli izlenmesini ve küresel bir biyolojik çeşitlilik sayım aracı olarak ARMS kullanılarak oluşturulan veri kümeleriyle karşılaştırılmasını sağlayarak katma değer sağlar.

Coral Arks, mercan ve omurgasız biyokütlesinin yayılması için daha bütünsel, entegre ve kendi kendini düzenleyen bir platform olarak hizmet edebilir ve daha sonra yakındaki bozulmuş resiflere ekilebilir ve mercanların gelişmiş su kalitesi koşullarında büyümesi ve çoğalması için güvenli bir sığınak sağlayabilir. Şu anda Porto Riko’da gösterildiği gibi, Arks, mercanların ve resif biyoçeşitliliğinin enkaz maddelerinden veya bozulmuş alanlardan taşınmasını içeren azaltma projeleri için daha iyi hayatta kalma sonuçları sağlayabilir. Arklar, balık popülasyonları için habitatların yerini almak, yeni koruma stratejilerini test etmek ve yerli resif biyoçeşitliliğini korumak için bir yöntem olarak uzun vadeli projelerde alaka düzeyine sahiptir. Bu süreçte, Arks, resif montajları ve ekolojik ardıllık üzerine yerinde çalışmalar yürütmek için çok yönlü araçlar sağlar ve resif bağlantısı hakkında yeni bilgiler üretebilir.

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Mark Vermeij, Kristen Marhaver ve Curaçao’daki CARMABI Araştırma Vakfı’na bu proje için kaynak, destek ve içgörü sağladıkları için teşekkür ederiz. NAVFAC Atlantic Vieques Restorasyon Programı’na ve Jacobs Engineering ekibine, Vieques’teki Mercan Arklarının kurulumu, bakımı ve izlenmesindeki önemli lojistik ve teknik destekleri için teşekkür ederiz. Ayrıca Mike Anghera, Toni Luque, Cynthia Silveira, Natascha Varona, Andres Sanchez-Quinto, Lars ter Horst ve Ben Darby’ye sahadaki yardımları ve yapıcı katkıları için minnettarız. Bu araştırma, FLR ‘a Gordon ve Betty Moore Vakfı Su Simbiyozu Araştırmacısı Ödülü ve Savunma Bakanlığı Çevre Güvenliği Teknolojisi Sertifika Programı (RC20-5175) tarafından finanse edildi.

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

Referências

  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
Citar este artigo
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).
Baixar citação
Reimpressões e Permissões

View Video

✖

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

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image