Korallenriff-Archen: Ein In-situ-Mesokosmos und ein Toolkit für den Aufbau von Riffgemeinschaften

Korallenarchen können wichtige Fragen darüber beantworten, wie sich Meeresgemeinschaften zusammensetzen, sich im Laufe der Zeit verändern und auf sich ändernde Umweltbedingungen reagieren, einschließlich der Frage, wie die Biologie die abiotische Umwelt verändert. Korallenarchen bieten eine replizierbare, skalierbare und vertikal einstellbare Forschungsplattform für den Aufbau und das Experimentieren mit Korallenriffgemeinschaften in ihrer natürlichen Umgebung und auf Ökosystemebene. Diese Methode der Kombination von ARMS und Archen zum Aufbau von Ökosystem-Mesokosmen kann auf benthische Meeresgemeinschaften angewendet werden, die auf der ganzen Welt leben, insbesondere auf solche, die in Küstengebieten zu finden sind.

Nachdem Sie die Sandschrauben zum Benthos transportiert haben, stellen Sie die Sandschraube aufrecht und vergraben Sie die Sandschraube, indem Sie sie drehen, bis die erste Scheibe mit Sand oder losem Schutt bedeckt ist. Platzieren Sie eine fünf Fuß lange Metallwendestange durch das Auge des Ankers, so dass der größte Teil der Drehstange aus einer Seite des Auges herausragt. Schrauben Sie beim Gehen oder Schwimmen im Kreis auf dem Benthos die Sandschraube in das Substrat, bis nur noch das Auge aus dem Benthos herausragt.

Installieren Sie drei Sandschrauben in einem dreieckigen Muster, das durch ein Kettenzaumzeug verbunden ist, um die Haltekraft zu erhöhen. Um den geodätischen Rahmen zu montieren, schrauben Sie eine Edelstahl-Sechskantmutter auf eine 2,5-Zoll-Edelstahlschraube 3/4 des Weges bis zur Oberseite der Schraube. Führen Sie die Schraube in eines der nach innen gerichteten Löcher am Federbein ein und befestigen Sie sie mit einer Kontermutter, um zu verhindern, dass die Nabe über die Länge des Federbeins rutscht.

Schieben Sie nun das Ende jeder Strebe durch eines der Löcher der Nabe. Befestigen Sie eine weitere Schraube durch das äußere Loch des Federbeins und schließen Sie mit einer Kontermutter ab, um zu verhindern, dass das Federbein aus der Nabe rutscht. Wiederholen Sie diesen Vorgang für alle fünf Federbeine in einer Nabe.

Fügen Sie dann Naben und Streben hinzu, bis die geodätische Kugel zusammengebaut ist. Nachdem Sie das 1/8-Zoll-Edelstahldrahtseil abgewickelt haben, beginnen Sie, es durch die Streben zu fädeln. Erstellen Sie 12 Schlaufen aus Nylon-Kabelbindern von der Größe eines Silberdollars, eine für jeden Hub.

Wenn das Drahtseil durch die Streben gefädelt ist, führen Sie das Seil durch die Kabelbinderschlaufe an der Nabe und fahren Sie dann mit der nächsten Strebe fort. Fädeln Sie das Drahtseil weiter durch alle Streben, die in der Mitte jedes Scheitelpunkts durch die Kabelbinderschlaufe verbunden sind. Nachdem Sie das Kabel wieder zum Ausgangspunkt eingefädelt haben, ziehen Sie mit einer Zange an den Kabelbinderschlaufen, um die Drahtseillängen nahe beieinander zu bringen.

Bringen Sie eine 1/2-Zoll-Edelstahl-Kabelklemme auf alle Drahtseillängen an und ziehen Sie sie sicher fest. Wiederholen Sie diesen Vorgang für alle Scheitelpunkte der Struktur. Stecken und klemmen Sie nun beide Enden des Metalldrahtes mit drei 1/2-Zoll-Kabelklemmen fest.

Fügen Sie das Rigging-System hinzu, das aus zwei Längen von drei mal acht Zoll großen Edelstahlkabeln besteht, die an jedem Ende hydraulisch auf eine Öse gedrückt werden. Führen Sie die unteren Enden des Kabels durch die Ober- und Unterseite der Arche und befestigen Sie die Endkappen mit einem Hammer an den oberen und unteren Naben. Ein Spannschlosssystem in der Mitte verbindet die beiden Längen des Edelstahlkabels.

Schrauben Sie die Ringschrauben in das Spannschloss und ziehen Sie sie fest, bis genügend Spannung auf der Struktur vorhanden ist, um das System steif zu machen. Fügen Sie jedes geformte Glasfasergitter, das in zwei halbe Fünfecke geschnitten ist, mit robusten 250-Pfund-Kabelbindern in das Innere der Arche ein, um die Seiten der Plattform an den Arche-Streben zu verankern. Platzieren Sie eine Länge des Glasfaser-I-Trägers, um beide Hälften der Glasfaserplattform unter der Struktur zu verbinden, und befestigen Sie sie mit zwei U-Bolzen aus Edelstahl an der Unterseite der Plattform und befestigen Sie sie mit Kontermuttern aus Nylon.

Wiederholen Sie dies für die anderen vier I-Träger und verteilen Sie sie gleichmäßig über die Länge der Plattform. Dies verbindet und stützt die beiden Hälften der Plattform, wodurch ein vollständiges Fünfeck entsteht. Ziehen Sie die strapazierfähigen Kabelbinder an den Rändern der Plattform fest und schneiden Sie den Überschuss ab.

Am Ende dieses Schritts ist die interne Plattform fest in die Arche-Struktur integriert. Verwenden Sie Edelstahl-Mausdraht, um die Enden des Spannschlosses und alle Schäkel zu bewegen. Am Ende dieses Schritts wird die Arche über zwei integrierte Plattformen verfügen, obere und untere Befestigungen für die Hardware-Befestigung und ein zentrales Kabel, das den Großteil der Spannkraft trägt, die durch Verankerung und positiven Auftrieb auf die Struktur ausgeübt wird.

Sobald der Rahmen vollständig zusammengebaut ist, installieren Sie den geodätischen Rahmen am Einsatzort. Um das Gewicht der Archen im Wasser zu messen, befestigen Sie die Tauchwägezelle an einem Block und nehmen Sie das Flaschenzugsystem in Angriff, um die Spannung an der Festmacherleine vorübergehend auf das DMS-System zu übertragen. Befestigen Sie die Basis des Blocks und das Gerät an einer sicheren Stelle auf dem Arche-Verankerungssystem, z. B. an einem Zwischenhindernispunkt oder an einem Meeresbodenanker.

Befestigen Sie die Oberseite der Wägezelle an einer sicheren Stelle am Montagerahmen der Arche. Ziehen Sie die Leine durch das Block-and-Tackle- und Flaschenzugsystem, ohne die Verankerungskomponenten an der Arche zu entfernen oder zu verändern, so dass die Spannung vom Arche-Verankerungssystem auf das Flaschenzugsystem übertragen wird, wobei die Leine bei jedem Zug geklemmt wird. Stellen Sie sicher, dass die Festmacherleine vollständig locker ist, damit der Dehnungsmessstreifen Spannungsmessungen erfassen kann.

Übertragen Sie nach mindestens einigen Minuten der Datenerfassung langsam die Spannung vom Block und nehmen Sie das Flaschenzugsystem zurück auf die Festmacherleine der Arche. Stellen Sie sicher, dass die Schäkel und andere Verankerungskomponenten richtig sitzen und sicher sind. Das Ansprechverhalten zweier Granaten-Arche-Strukturen zeigt eine Widerstandskraft von weniger als 10 Kilogramm und einen Nettoauftrieb von 82,7 und 83,0 Kilogramm.

Die aktuellen Geschwindigkeiten während des Messzeitraums waren mit etwa 20 Zentimetern pro Sekunde relativ stabil. Die Umgebung der Arche wies höhere durchschnittliche Tageslichtintensitäten, höhere durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeiten, niedrigere Konzentrationen an gelöstem organischem Kohlenstoff und geringere Schwankungen der Konzentrationen von gelöstem Sauerstoff auf als die benthischen Kontrollstandorte in der gleichen Tiefe. Die Temperaturunterschiede zwischen den Archen und den Kontrollstellen waren unbedeutend.

Die Archen zeigten auch mikrobielle Gemeinschaften mit höheren Virus-Mikroben-Verhältnissen als die Kontrollstellen, angetrieben von einer geringeren Häufigkeit von Mikroben und einer höheren Häufigkeit von freien Viren in der Umgebung der Mittelwasserarche. Die mikrobiellen Gemeinschaften auf den Archen bestanden im Durchschnitt aus physikalisch kleineren Zellen als die mikrobiellen Gemeinschaften am Meeresboden. Das Überleben der experimentell umgesiedelten Korallen wurde alle drei Monate an den Archen und Kontrollstandorten bewertet.

Neun Monate nach der Umsiedlung der ersten Korallenkohorte lebten in den Archen noch mehr Korallen als an den Kontrollstellen. Korallenarchensysteme sind für langfristige ökologische Überwachungsprojekte konzipiert, daher sollten Verankerungssysteme und strukturelle Entwürfe unter Berücksichtigung sowohl normaler als auch extremer Bedingungen an Einsatzorten ausgewählt werden. Abiotische Faktoren, die mit Korallen-Archen-Gemeinschaften assoziiert sind, können durch Veränderung der Tiefe der Systeme angepasst werden, was Untersuchungen darüber ermöglicht, wie virale und mikrobielle Riffgemeinschaften auf sich ändernde Umweltbedingungen reagieren.