תיבות שונית אלמוגים: מזוקוסמוס באתרו וארגז כלים להרכבת קהילות שוניות

ברחבי העולם, מערכות אקולוגיות של שוניות אלמוגים עוברות מעברים מקהילות בנטיות בעלות מגוון ביולוגי גבוה, הנשלטות על ידי אלמוגים, לקהילות בעלות מגוון נמוך יותר הנשלטות על ידי מאקרו-אצות דשא ובשרניות ^1,2,3. עשרות שנים של התקדמות באפיון מנגנוני השפלת שוניות האלמוגים חשפו כיצד קשרים בין קהילות מיקרוביאליות ומקרו-אורגניזם מגבירים את הקצב והחומרה של מעברים אלה. לדוגמה, דיג יתר של שוניות על ידי אוכלוסיות אנושיות יוצר מפל טרופי שבו עודף סוכרים שמקורם פוטוסינתטי מאצות לא מרוסקות מזרים אנרגיה לתוך קהילות המיקרואורגניזמים בשונית, ובכך מניעים פתוגנזה וגורמים לירידה באלמוגים ^4,5,6. הורדת דירוג טרופית זו מתחזקת על ידי אובדן המגוון הביולוגי בשוניות הנובע מירידת איכות המים ^7,8. ניתן להשתמש בניסויים ברמת מזוקוסמוס כדי להבין טוב יותר ולמתן את הירידה בדרגה הטרופית של קהילות שוניות האלמוגים על ידי שיפור המגוון הביולוגי ושיפור איכות המים, אך אתגרים לוגיסטיים מקשים על יישום מחקרים אלה באתרם.

אחת התוצאות של הורדת הדירוג הטרופי בשוניות היא אובדן נרחב של מגוון ביולוגי מסתורי, שחלק גדול ממנו נותר בלתי מאופיין ^7,9. אלמוגים מסתמכים על מערך מגוון של אורגניזמים בשונית מסתורית ("קריפטוביוטה") התומכים בבריאותם בכך שהם ממלאים תפקידים אינטגרליים בהגנה מפני טורפים 10, ניקוי¹¹, רעיית אצות מתחרות 12,13 וויסות כימיית מי השונית ^14,15. עד לאחרונה ובשל המגבלות המתודולוגיות של סקרים חזותיים, קריפטוביוטה של שוניות לא הייתה מיוצגת מספיק ולא הובנה כראוי בהקשר של אקולוגיה של שוניות, ולכן הן כמעט ולא נלקחות בחשבון במאמצים לשקם או לבנות מחדש שוניות. בעשור האחרון, השימוש ביחידות התיישבות סטנדרטיות הנקראות מבני ניטור שוניות אוטונומיות (ARMS) בשילוב עם גישות ריצוף בתפוקה גבוהה אפשרו איסוף ואפיון טובים יותר של קריפטוביוטה של שונית^16,17. ARMS מגייסים באופן פסיבי נציגים של כמעט כל המגוון הביולוגי הידוע של שוניות האלמוגים וסייעו לחשוף תפקידים פונקציונליים רבים של אורגניזמים מסתוריים בתהליכים בקנה מידה של שוניות 9,18,19,20,21,22,23. יחידות התיישבות אלה, אם כן, מספקות מנגנון להעברת ביוטה של שונית מסתורית לצד אלמוגים על מנת להרכיב קהילות שוניות שלמות יותר עם מנגנונים מתווכים ביולוגית, כגון מרעה, הגנה ושיפור איכות המים המקומית, החיוניים לשמירה על המבנה הטרופי.

שוניות הנשלטות על ידי אלמוגים משגשגות בסביבות בעלות אור גבוה, חומרים מזינים נמוכים ומחומצנות היטב. פעילויות אנושיות כגון עיור, חקלאות ודיג יתר הפחיתו את איכות המים בשוניות אלמוגים רבות על ידי הגדלת המשקעים, חומרי המזון, המתכות ותרכובות אחרות במי נגר^24,25 ועל ידי שינוי מחזור ביו-גיאוכימי ²⁶. בתורו, פעילויות אלה פוגעות בקהילות שוניות באמצעות חניקה, דלדול אנרגיה, אספקת מזהמים הקשורים לשקיעה^27,28, שיפור הצמיחה של מאקרו-אצות המתחרות באלמוגים²⁹, הגדלת שפע הפתוגנים המיקרוביאליים^6,30,31, ויצירת אזורים היפוקסיים שהורגים חסרי חוליות מסתוריים^32,33 . אלה ו"השפעות מקומיות" אחרות מתווספות לשינויים אזוריים וגלובליים בתנאי האוקיינוס, כולל עליית טמפרטורות וירידה ברמת החומציות, מה שמחמיר עוד יותר את התנאים של אלמוגים ואורגניזמים אחרים בשונית^34,35. בממשק הבנטי-מים, באופן ספציפי, הדינמיקה הנשימתית והפוטוסינתטית של קהילות בנטיות גורמות לתנודות ב-pH ובחמצן המומס, אשר הופכות בולטות יותר בשוניות מפורקות מאוד, ובכך יוצרות תנאים שחסרי חוליות בנתיים אינם יכולים לסבול^32,36,37,38 . לפיכך, אספקת תנאי איכות מים הולמים חיונית להרכבת קהילות שוניות מתפקדות, אך הדבר נותר מאתגר מכיוון שמספר גדל והולך של שוניות לכודות במצבי השפלה שונים.

ניתן להתגבר על רבים מהאתגרים העומדים בפני אלמוגים וטקסים מסתוריים בסיסיים על הבנת'ואים באמצעות מעבר לאמצע המים, המוגדר כאן כמיקום עמודת המים בין פני השטח של האוקיינוס לקרקעית הים. בסביבת אמצע המים, איכות המים משופרת^39,40, השקיעה מופחתת^, והמרחק מקרקעית הים מפחית תנודות בפרמטרים הקשורים למטבוליזם בנתי. מאפיינים אלה משתפרים עוד יותר על ידי מעבר מהחוף, שם השפעות אנתרופוגניות יבשתיות, כגון נגר שמקורו יבשתי, הופכות מדוללות יותר ויותר עם המרחק מהחוף. כאן, אנו מציגים ומספקים פרוטוקולים לבנייה, פריסה וניטור של תיבות שונית האלמוגים, גישה הממנפת תנאי איכות מים משופרים במרכז המים ומשלבת מגוון ביולוגי מסתורי על מבנים מעוגנים וציפה חיובית להרכבת קהילות שוניות אלמוגים.

מערכות תיבות שונית האלמוגים, או "תיבות", מורכבות משני מרכיבים עיקריים: (1) פלטפורמה גיאודזית קשיחה תלויה המוגבהת מעל הבנתוס, ו-(2) זרועות מכוסות אורגניזמים או "זרעים" המעבירות קריפטוביוטה של שונית מאזורים בנטיים סמוכים, ובכך משלימות את תהליכי הגיוס הטבעיים כדי לספק לאלמוגים המועברים קהילת שוניות מגוונת ומתפקדת יותר. מבנה גיאודזי נבחר כדי למקסם את החוזק ולמזער את חומר הבנייה (ולכן את המשקל), וכן כדי ליצור סביבת זרימה פנימית וטורבולנטית המקבילה למטריצת השונית.

שני עיצובים של תיבות הותקנו בהצלחה בשני אתרי שדה בקריביים, וכיום הם משמשים למחקר על הקמת קהילות שוניות ורצף אקולוגי (איור 1). מבני תיבות האלמוגים נועדו להיות פלטפורמות מחקר ארוכות טווח, וככאלה, המוקד העיקרי של כתב יד זה הוא לתאר פרוטוקולים לאתר, להתקין, לפקח ולתחזק מבנים אלה כדי למקסם את יציבותם ואת תוחלת החיים שלהם בסביבת המים הבינוניים. נעשה שימוש בשילוב של מודלים ובדיקות בתוך המים כדי להעריך את מאפייני הגרר של המבנים ולהתאים את התכנון כך שיעמוד בכוחות ההידרודינמיים הצפויים. לאחר ההתקנה, הוקמו קהילות שוניות על התיבות ועל אתרי בקרה בנתיים סמוכים באותו עומק באמצעות שילוב של טרנסלוקציה פעילה (אלמוגים ויחידות זרוע זרעים) וגיוס טבעי. תנאי איכות המים, דינמיקה של קהילות מיקרוביאליות והישרדות אלמוגים בתיבות תועדו בכמה נקודות זמן לאורך תקופת הרצף המוקדמת והושוו מול אתרי הבקרה הבנטיים. עד כה, התנאים הקשורים לסביבת תיבות האלמוגים במים הבינוניים היו באופן עקבי נוחים יותר עבור אלמוגים והקונסורציום המסתורי הקשור אליהם ביחס לאתרי הבקרה הבנטיים השכנים באותם עומקים. השיטות שלהלן מתארות את השלבים הנדרשים כדי לשכפל את גישת תיבות האלמוגים, כולל כיצד לבחור אתרים ולתכנן ולפרוס מבני תיבות אלמוגים. גישות מוצעות לניטור תיבות אלמוגים כלולות בקובץ משלים 1.

הערה: מידע מפורט בנוגע לייצור, פריסה וניטור של מבני ARMS ותיבות אלמוגים, כולל שרטוטים טכניים, דיאגרמות ותמונות, מופיע בקובץ משלים 1. חלקים מהפרוטוקול הכוללים עבודה מתחת למים, כולל התקנת ארונות ומבני ARMS, מומלצים לביצוע על ידי צוות של שלושה צוללנים (על SCUBA) ושני אנשי תמיכה על פני השטח.

1. הרכבה ופריסה של נשק

הערה: זרועות הן כ-1 רגל 3 (30 ס"מ³) מבנים העשויים מחומרי בסיס PVC או אבן גיר המחקים את המורכבות התלת-ממדית של מצעי תחתית קשה בשונית. טבלה 1 דנה בשני עיצובים עבור ARMS בהתחשב בשיקולי פרויקט שונים. מומלץ לפרוס ARMS במשך 1-2 שנים לפני העברתו לתיבות כדי למקסם את ההתיישבות על ידי ביוטה מוצפנת.

1. זרועות PVC
   הערה: רכיבי המדף המוזכרים בפרוטוקול זה (ומפורטים בטבלת החומרים) מתוארים באמצעות יחידות אימפריאליות. החומרים המפוברקים מתוארים באמצעות יחידות מטריות. הוראות ייצור מפורטות, לרבות שרטוטים טכניים לייצור הרכיבים, מופיעות בסעיף 1 לקובץ משלים 1.
   1. הרכבה
      1. הכנס ארבעה ברגים ארוכים של 1/4 ב-20, 8 אינץ' דרך החורים המרכזיים על לוח בסיס PVC עבה של 1/2 אינץ'; לאחר מכן, הפוך אותו כך שהברגים פונים כלפי מעלה אנכית.
      2. הוסף ספייסר ניילון לכל בורג, ולאחר מכן הוסף 1/4 אינץ ', PVC 9 אינץ 'x 9 אינץ 'בצלחת. הדבר יוצר שכבה פתוחה בין לוח הבסיס ללוח הערימה הראשון.
      3. הוסף מרווח קרוס ארוך לשני ברגים בפינות מנוגדות, ולאחר מכן הוסף שני ספייסרים צולבים קצרים על הברגים הנותרים כך שייווצר "X". הוסיפו לוח ערימה PVC נוסף ליצירת שכבה סגורה.
      4. חזור על שלב 1.1.1.2 ושלב 1.1.1.3, לסירוגין בין שכבות פתוחות וסגורות, עד שנוספו שבע עד תשע שכבות לוח לברגים (קובץ משלים 1-איור S5).
      5. הוסיפו מכונת כביסה, אום משושה ואגוז ניילון לחלק העליון של כל בורג, והדקו היטב כלפי מטה.
   2. לצורך פריסה, העבירו את ה-PVC ARMS המורכב לאתר פריסת המטרה, וכסו את ה-ARMS ברשת של 100 מיקרומטר במהלך ההעברה כדי לשמור על חסרי חוליות ניידים קטנים (קובץ משלים 1-איור S6). אתר חלקת מצע של קרקעית קשה בשונית בסמיכות לקהילות שונית אלמוגים בריאות.
      הערה: יש לבחור את אתרי הפריסה הספציפיים תוך התחשבות בתקנות המקומיות ובהתניות ההיתר, כגון הימנעות מבתי הגידול הקריטיים עבור מינים בסכנת הכחדה הרשומים במימי ארה"ב.
      1. באמצעות 3 באורכים של 1/2 מוטות ומאלט, הצמידו את ה-ARMS לבנט'ואים בכל ארבע הפינות על-ידי חבטת המוט, בזווית קלה כלפי חוץ, לתוך אבן הגיר הבסיסית כך שהמוט יוצר מתח כנגד קצה לוח הבסיס (איור 2A, B).
      2. לחלופין, חברו את שרשראות ה-ARMS באמצעות אזיקונים כבדים, ועגנו את קצות השרשראות בשקי בטון קשוחים (איור 2C וקובץ משלים 1-איור S6).
2. זרועות אבן גיר
   1. להרכבה, התחילו עם 12 אינץ' x 12 באריחי אבן גיר או טרוורטין לא גמורים (איור 2). זהה את המורכבות הרצויה של פנים ARMS מאבן גיר.
      הערה: מומלץ להשתמש 2 ס"מ³ קוביות. עיצובים ושיקולים חלופיים מפורטים בסעיף 2 לקובץ המשלים 1.
      1. באמצעות מסור אריח רטוב, לחתוך כמה אריחים לא גמורים לתוך 2 ס"מ² ספייסרים מרובעים (~ 250).
      2. גזור אריחי טרוורטין לצורה הרצויה עבור שכבות ARMS. בדומה ל-PVC ARMS, השתמש ב-12 אינץ' x 12 בריבועים, ושכב אותם במרווחים כדי ליצור 1 רגל³ קוביות (קובץ משלים 1-איור S8).
      3. באמצעות אפוקסי בעל שני חלקים, לא רעיל ברמה ימית, הדביקו את חתיכות הטרוורטין הקטנות יותר ללוח שכבות טרוורטין גדול יותר לאורך תבנית רשת מצוירת מראש.
      4. הכינו מספר שכבות שכאשר נערמו יחד, השיגו את גובה ה-ARMS הרצוי. לאפשר לאפוקסי להירפא על סמך המלצות היצרן.
      5. הרכיבו את לוחות הערימה של ARMS באמצעות אפוקסי כדי להדביק כל שכבה לזו שמעליה.
         הערה: גובה ה-ARMS ישתנה בהתאם למשקל הרצוי ולמורכבות הפנימית. מומלץ גודל סופי של כ-1 רגל³ .
      6. אפשרו לאפוקסי להחלים מאור שמש ישיר למשך 24 שעות לפני הפריסה.
   2. לצורך הפריסה, העבירו את זרועות אבן הגיר שהורכבו לאתר פריסת המטרה. אתר חלקת מצע של קרקעית קשה בשונית בסמיכות לקהילות שונית אלמוגים בריאות.
      הערה: יש לבחור את אתרי הפריסה הספציפיים תוך התחשבות בתקנות המקומיות ובהתניות ההיתר, כגון הימנעות מבתי הגידול הקריטיים של מינים בסכנת הכחדה הרשומים במימי ארה"ב.
      1. העבירו את ה-ARMS אל הבנט'ואים באמצעות ארגז חלב ותיק הרמה. תקעו את זרועות אבן הגיר במטריצת שונית מתה (סלע חי). הימנעו מבתי גידול חוליים בקרקעית ומבתי גידול המאוכלסים בכבדות על ידי אצות דשא או מחצלות ציאנובקטריאליות בנטיות.
      2. מקם את זרועות אבן הגיר ליד שלוחות סלעיות ומחשופים כדי להגן עליהם מפני פעולת גלים ונחשולי סערה.

2. הרכבה ופריסה של תיבות אלמוגים

הערה: טבלה 2 דנה בשיקולי התכנון של תיבות אלמוגים בהינתן פרמטרים שונים של הפרויקט. ניתן לשנות את מידות תתי-האלמנטים (פסים, רכזות, פלטפורמות, רכיבי עגינה וציפה חיובית) בהתאם לגודל ולמשקל הרצויים של מבני תיבת האלמוגים הסופיים.

1. התקנת מערכת העיגון
   הערה: בחר את מערכת העיגון בהתבסס על שיקולים ספציפיים לאתר ולפרויקט, כגון עיצוב התיבה, תדירות הסערה, הסוג התחתון, חשיפת האתר, משך הפרויקט והכוחות הצפויים עקב גרר, זרמים וציפה. ראה PADI⁴¹ לקבלת תובנות לגבי בחירת מערכת עגינה.
   1. השתמש ברגי חול בקרקעית חולית ובתי גידול רופפים של הריסות.
      1. העבירו את ברגי החול אל הבנטוס. עומדים בורג החול זקוף, מסובבים וקוברים את בורג החול עד שהדיסק הראשון מכוסה בחול או בהריסות רופפות.
      2. הניחו מוט סיבוב מתכת באורך 1.5 מטרים דרך עין העוגן כך שרוב מוט הסיבוב יבלוט מצד אחד של העין.
      3. הליכה או שחייה במעגלים על הבנתוס, מברגים את בורג החול לתוך המצע עד שרק העין נשארת מבצבצת מתוך הבנטוס (קובץ משלים 1-איור S20).
      4. התקן שלושה ברגי חול בתבנית משולשת, המחוברים באמצעות רסן שרשרת, לקבלת כוח אחיזה מוגבר (קובץ משלים 1-איור S20).
   2. השתמש בעוגני Halas בבתי גידול סלעיים בעלי תחתית קשה וקרבונט.
      1. הובלה 9-12 בברגים ומקדחה טבולה (חשמלית או פנאומטית) לאתר העיגון.
      2. השתמש במקדח הטבול ובמסור בנייה בקוטר 1 כדי לקדוח חור בעומק 9 אינץ' וחור ברוחב 1 בסלע הבסיס. מעת לעת לנקות את המצע העודף מן החור באמצעות בסטר הודו.
      3. מלאו את החור במלט פורטלנד או אפוקסי ימי. דוחפים את מוט העין לתוך החור, וממלאים את הרווחים הנותרים במלט או אפוקסי.
      4. תנו למלט/אפוקסי לרפא במשך 5 ימים.
      5. להגדלת כוח האחיזה, התקינו שלושה עוגני Halas בתבנית משולשת, המחוברים באמצעות רסן שרשרת.
   3. השתמש בעגינה מסוג בלוק באתרים עם בלוקי עגינה קיימים או אלמנטים של פסולת כבדה.
      הערה: התקנת בלוק עגינה חדש דורשת ציוד התקנה ברמה מסחרית כגון מנוף המותקן על דוברה ואינה מומלצת לפרויקטים בעלי היקף קטן יותר.
      1. חבר את מערכת העגינה לאלמנטים קיימים של פסולת כבדה (כלי שיט שקועים, בלוקי מנוע) או לעיני בלוק עגינה קיימות באמצעות חומרה ותיקול.
      2. ודא שרכיבי העגינה של המתכת עשויים ממתכות דומות ומוגנים מפני קורוזיה גלוונית באמצעות אנודות הקרבה.
2. מבנה תדרי 1V (שתי פלטפורמות)
   הערה: הוראות ייצור מפורטות, כולל שרטוטים טכניים לייצור הרכיבים, מסופקות ב סעיף 4 של קובץ משלים 1. רכיבי המדף המוזכרים בפרוטוקול זה (ומפורטים ב טבלת חומרים) מתוארים באמצעות יחידות אימפריאליות.
   1. הרכבה של מסגרת גיאודזית 1V
      1. הברג אגוז משושה מנירוסטה 1/4-20 על בורג נירוסטה 1/4-20 2.5 בבורג נירוסטה 3/4 מהדרך לחלק העליון של הבורג. הכנס את הבורג לאחד החורים הפונים פנימה ברצועה.
      2. הדקו את המנעול לצד השני של הבורג, הדקו אותו עד שהוא מזדווג היטב עם ה-PVC כדי למנוע מהרכזת להחליק לאורך הבורג.
      3. חזור על הפעולה עבור הצד הנגדי של הרצועה ועבור 29 הפסים הנותרים.
      4. דחפו את הקצה של כל רצועה דרך אחד החורים ברכזות והדקו בורג נוסף דרך החור החיצוני של הרצועה, וסיימו עם אגוז נעילה כדי למנוע מהרצועה להחליק החוצה מהרכזת (קובץ משלים 1-איור S24).
      5. חזור על הפעולה עבור כל חמשת הפסים ברכזת אחת, ולאחר מכן המשך להוסיף רכזות ופסים עד להרכבת הכדור הגיאודזי (קובץ משלים 1-איור S24).
      6. שחררו את ה-1/8 בחבל תיל מנירוסטה והתחילו להשחיל אותו דרך הקווים. צור 12 לולאות, בערך בגודל של דולר כסף, מתוך אזיקוני ניילון - אחד לכל רכזת. כאשר חבל התיל מושחל דרך הרצועות, העבר את החבל דרך לולאת האזיקון ברכזת, ולאחר מכן המשך לרצועה הבאה.
         הערה: חלק מהצעדים יחזרו על עצמם.
      7. ממשיכים להשחיל עד שחבל התיל מושחל דרך כל הקווים, המחוברים באמצע כל קודקוד על ידי לולאת האזיקון.
      8. השחיל את הכבל בחזרה לנקודת ההתחלה. בעזרת צבת, משכו את לולאות האזיקונים כדי לכווץ אותן לגודל הקטן ביותר האפשרי, וקירבו ביניהן את אורכי חבל התיל. הכנס כבל נירוסטה בגודל 1/2 אינץ', הידק לכל אורכי חבל התיל והדק היטב.
      9. חזור על הפעולה עבור כל קודקודי המבנה.
      10. קשרו את אורך ההתחלה של חבל התיל עם אורך הסוף, והדקו אותם יחד באמצעות שלושה וחצי מהדקי כבלים.
          הערה: חבל התיל (חוזק שבירה: 2,000 ליברות) אמור כעת לתמוך ברוב העומס המוטל על המבנה, ולחזק אותו במידה ניכרת.
      11. הוסף את מערכת החפירה, המורכבת משני אורכים של 3/8 בכבל נירוסטה המוצמד הידראולית לעין בכל קצה. התאימו את קצוות ה-PVC בין הביוב כך שהכבל יעבור לכל אורך התיבה, עם עיניים למעלה ולמטה עבור חיבורי קו העגינה/מצוף. מערכת מסתובבת באמצע מחברת בין שני אורכי כבל הנירוסטה.
      12. העבירו את הקצוות התחתונים של הכבל דרך החלק העליון והתחתון של התיבה, והתאימו את מכסי הקצוות לרכזות העליונות והתחתונות באמצעות מלט. הבריגו את הברגים לתוך האבזם המסתובב והדקו, עד שיהיה מספיק מתח על המבנה כדי להפוך את המערכת לנוקשה (קובץ משלים 1-איור S24).
      13. הוסף כל סורג פיברגלס יצוק, חתוך לשני מחומשים למחצה, לתוך פנים התיבה באמצעות אזיקוני רוכסן כבדים של 250 ליברות כדי לעגן את דפנות הפלטפורמה לפסי התיבה (קובץ משלים 1-איור S24).
      14. מתחת למבנה, הניחו קורת I מפיברגלס באורך אחד כך שתצטרף לשני חצאי פלטפורמת הפיברגלס. מאובטח לחלק התחתון של הפלטפורמה באמצעות שני ברגי U מפלדת אל-חלד 1/4 in-20.
      15. חזור על הפעולה עבור ארבע קורות ה- I האחרות, ופזר אותן באופן שווה לאורך הרציף. זה מצטרף ותומך בשני חצאי הפלטפורמה, ויוצר מחומש מלא.
      16. הדקו את האזיקונים הכבדים בשולי הרציף, וגזרו את העודפים. בסוף שלב זה, הפלטפורמה הפנימית משולבת היטב במבנה התיבה (קובץ משלים 1-איור S24).
      17. השתמש בחוט מניע מפלדת אל-חלד כדי לעכבר את קצות האבזם המסתובב ואת כל האזיקים. בסוף שלב זה, לארון יהיו שתי פלטפורמות משולבות, אביזרים עליונים ותחתונים לחיבור חומרה, וכבל מרכזי הנושא את עיקר כוח המתח המופעל על המבנים באמצעות עיגון וציפה חיובית.
   2. חיבור קו העגינה למסגרת הגיאודזית
      הערה: יש לתכנן מערכות עגינה כך שחוזק השבירה של כל רכיבי העגינה הבודדים יעלה על העומס המרבי הצפוי עקב תנאי סביבה ותנאי סביבה קיצוניים. ראה את התוצאות המייצגות לתיאור השימוש במידול הידרודינמי בתכנון מערכות עגינה. מומלץ לפזר את העומס על פני נקודות חיבור מרובות בתיבה ובמערכת העיגון של קרקעית הים, שכן הדבר מוסיף יתירות למערכת במקרה של כשל של אלמנטים בודדים.
      1. תכננו את קווי העגינה והחומרה כך שיבטיחו חיבורים מאובטחים בין בסיס התיבה למערכת העוגן (ראו איור 1 לדוגמה).
         הערה: מומלץ לתכנן את מערכת העגינה כך שקו האמצע של מבנה התיבה ימוקם בעומק של 30 מ'.
      2. חבר את החלק העליון של קו שחבור כפול לעין הבסיס של התיבה באמצעות אזיק. חברו אזיק מסתובב מפלדת אל-חלד חזק לבסיס קו זה (איור 1 וקובץ משלים 1-איור S25).
      3. חבר את החלק העליון של קו שחבור כפול לבסיס האזיק המסתובב. תחתית שורה זו תתחבר למערכת העוגן (איור 1 וקובץ משלים 1-איור S25).
   3. הובלת התיבה לאתר הפריסה
      1. הובלת התיבה באמצעות משאית שטוחה לחוף הסמוך לאתר הפריסה (פריסה קרובה לחוף עם כניסת חול) או לאתר שיגור סירות (פריסת כלי שיט).
      2. חברו שקית הרמה במשקל 220 ליברות לעין הנירוסטה העליונה של התיבה באמצעות 1/2 באזיק.
      3. חבר קו עגינה, כולל החומרה לחיבור לעוגן קרקעית הים, לבסיס התיבה.
      4. לפריסה מכלי שיט ללא מסגרת A או דוויט, יש להעמיס את התיבה על כלי השיט כך שניתן יהיה לגלגל אותו בקלות מהסירה אל תוך המים (הימנעות מקשתות עם תותחים גבוהים או ירכתיים עם מנועים חיצוניים).
      5. לפריסה מהחוף, גלגלו את התיבה לתוך המים עד לעומק מספיק שבו ניתן למלא את שק ההרמה באוויר (איור 3).
      6. שחו, גררו או הובילו את התיבה לאתר העגינה שעל פני השטח (איור 3).
   4. חיבור הארונות למערכת העגינה
      הערה: בשלב זה, מערכת התיבה צפה על פני השטח מעל אתר העיגון עם שק הרמה. המשימות הבאות מבוצעות מתחת למים על SCUBA ודורשות צוות של לפחות שלושה צוללנים.
      1. אוורור איטי של האוויר מתיק ההרמה, בצע ירידה מבוקרת למערכת העיגון.
      2. חבר את חומרת העגינה בבסיס התיבה למערכת העגינה.
      3. הגדל את הציפה החיובית של מערכת Arks על ידי מילוי שקית ההרמה באוויר, ובדוק את רכיבי הניטור לשלמות המבנית. ודא שהאזיקים יושבים כראוי ושהעוגנים נמצאים היטב במקומם. השתמש בחוט מניע כדי לעכבר את כל האזיקים.
      4. חבר את העין של קו קצר בעל חיבור כפול לעין העליונה של מערכת הארונות באמצעות אזיק. חבר מצוף עגינה פוליפורמי ומתנפח לקצה השני של קו זה באמצעות אזיק (קובץ משלים 1-איור S25).
      5. מלא את מצוף העגינה באוויר באמצעות מתאם זרבובית אוויר סטנדרטי בלחץ נמוך המחובר לבקבוק פוני של אוויר דחוס עד שהוא מלא בערך 75% אוויר.
      6. אווררו באיטיות את האוויר משקית ההרמה, והוציאו אותו מהמערכת.
      7. הוסף מצופים גדולים יותר או רבים יותר עבור מערכות Arks המשתמשות בזרועות גיר או כדי לפצות על הצטברות מסה ביולוגית.
   5. הצמדת הנשק לתיבות
      1. שלפו את ה-ARMS ממקום הזריעה, והכניסו לארגזי חלב מרופדים ברשת של 100 מיקרומטר כדי למנוע אובדן של חסרי חוליות ניידים קטנים החיים בתוך ה-ARMS.
      2. מעבירים את ה-ARMS לאתרי התיבות בגיגיות של מי ים מוצלים וצוננים.
      3. הניחו את ה-ARMS על הפלטפורמה העליונה או התחתונה של הארונות, וחלקו את המשקל באופן שווה על פני הרציף.
      4. העבירו אזיקוני כבלים כבדים הן דרך פלטפורמת הפיברגלס המעוצבת והן דרך בסיס זרועות ה-PVC או אבן הגיר והדקו כדי לאבטח את ה-ARMS למסגרת התיבה (קובץ משלים 1-איור S25).
3. מבנה תדר 2V (מעטפת)
   הערה: הוראות ייצור מפורטות, כולל שרטוטים טכניים לייצור הרכיבים, מסופקות ב סעיף 3 של קובץ משלים 1.
   1. הרכבה של מסגרת גיאודזית 2V
      1. הרכיבו את מסגרת הרכבה של התיבה בהתאם למדריך המצורף מ- VikingDome (קובץ משלים 1-איור S11).
      2. הוסיפו מכונת כביסה לבורג נירוסטה באורך 2.5 אינץ' 10/32. הכנס את הבורג דרך אחד משני החורים בקצה הרצועה, הוסף מחבר STAR לפנים הפנימי (חור ספציפי לפסי S1 או S2), וחבר באמצעות מנעול.
      3. חזור על הפעולה עבור חור הבורג השני. ממשיכים ללא הידוק המנעולנים עד להרכבה מלאה של המבנה (קובץ משלים 1-איור S12).
      4. הדקו את מסגרת ההרכבה של התיבה. בסוף שלב 2.3.1.1, חיבורי strut-STAR יהיו רופפים וגמישים. התחל להדק את הנעילה באמצעות מפתח ברגים (10 מ"מ או 3/8 אינץ ') ומברג ראש פיליפס.
      5. ממשיכים לאורך כל המבנה עד להידוק כל המנעולים, כאשר הכנסת הניילון של המנעולן מעורבת במלואה על חוטי הברגים.
      6. הוסף עיני כרית לחיבור רסן העגינה. הוסף עין פד לרצועת הנירוסטה S1 בבסיס התיבה, וחבר באמצעות ארבעה ברגי נירוסטה 3 בראש המחבת.
      7. מוסיפים 1/4 מתוך 20 מנעולנים ומהדקים. חזור על הפעולה עבור סך כולל של חמש נקודות חיבור עגינה (קובץ משלים 1-איור S17).
      8. הרכבה של לוחות בסיס 10 ARMS על מחברי N2 STAR האמצעיים. יש להניח בורג ראש מחבת בגודל 3 אינץ' דרך החור המרכזי בלוח הבסיס של ARMS. הוסף מעמד PVC אפור למוט הבורג ומקם אותו דרך החור המרכזי של מחבר N2 STAR, עם לוח הבסיס בתוך המבנה. מוסיפים מכונת כביסה ומנעולן ומהדקים.
      9. הוסף שני סוגריים והשתמש בארבעה ברגי ראש משושה ומנעולים של 3 1/4 אינץ' כדי לאבטח את לוחית הבסיס של ARMS לרצועות. הדקו את כל המנעולים. שמור על אותו כיוון עבור כל לוחות הבסיס של ARMS (קובץ משלים 1-איור S15).
      10. הרכיבו 20 לוחות בסיס של לוחות אלמוגים לפסים הפונים למעלה. מניחים 4 ברגי ראש משושה 3 אינץ' דרך החורים בלוח הבסיס של לוחית האלמוגים ומהדקים לרצועה באמצעות תושבת ומנעולן. חזור על הפעולה עבור הצד השני. הדקו את המנעולים לאבטחה (קובץ משלים 1-איור S15).
      11. הוסף מוט מרכזי וציפה מכמורת לעמוד השדרה המרכזי של התיבה. הכנס מוט פיברגלס באורך 2.5 מטרים למחברי STAR שהותאמו עם קטע צינור מרותך בבסיס התיבה. הוסף מכונת כביסה 1 פנימה וציפה מכמורת ללא שינוי על מוט הפיברגלס הלא מושחל בתוך המבנה. סיים להכניס את המוט דרך מחבר הכוכב העליון של התיבה.
      12. הכנס את הברגים דרך צינור המתכת על מחברי STAR ששונו ואת המנעולים למוט הנעילה בתוך התיבה. הוסף מהדק צינור ירוק צמוד מתחת לצוף המכמורת (ראש התיבה), ומהדק כלפי מטה.
      13. מכמורת מסוג Mount Modified צפה בתוך החלק העליון הפונה למחברי N2 ו-N1 STAR ששונו עם חור מרכזי של 1. הוסיפו מכונת כביסה מפיברגלס לקצה הארוך יותר של מוט הפיברגלס החשוף.
      14. אבטח דרך חור מחבר STAR שהשתנה, כך שפני הציפה של המכמורת בתוך המבנה. הוסיפו מכונת כביסה נוספת מפיברגלס ואגוז משושה מפיברגלס. הדקו כלפי מטה באמצעות מפתח ברגים ועל ידי סיבוב המצופים (קובץ משלים 1-איור S16).
   2. חיבור מערכת העגינה למסגרת הגיאודזית
      1. תכננו את קווי העגינה והחומרה כך שיבטיחו חיבורים מאובטחים בין בסיס התיבה למערכת העוגן (ראו איור 1 לדוגמה).
         הערה: מומלץ לתכנן את מערכת העגינה כך שקו האמצע של מבנה התיבה ימוקם בעומק של 10 מ'.
      2. חבר כל עין פד בבסיס מבנה התיבה לעין שחבור בקצה אורך שחבור כפול של קו ספקטרום 3/4 עם אזיק נירוסטה 7/16 בחוזק גבוה (קובץ משלים 1-איור S17).
      3. באמצעות 1/2 באזיק פין בורג, חבר את הקצה השני של כל קו ספקטרום לאחד משני קישורי מאסטר מפלדת אל-חלד, כך שלכל חוליה יש שניים או שלושה חיבורים.
      4. חברו את ה-3/4 באזיק מסתובב לתחתית המאסטרלינק ואת העין של קו ניילון 1 עם אצבעון מפלדת אל-חלד.
      5. מצמידים 3/4 באזיק לעין ואצבעון בקצה השני של קו הניילון. אזיק זה יתחבר למערכת העוגן (קובץ משלים 1-איור S17).
   3. הובלת תיבת 2V לאתר הפריסה
      הערה: פריסת ארון המעטפת דורשת כלי שיט עם ירכתיים שטוחים ומנועים פנימיים, כך שניתן לגלגל את התיבה מסיפון הסירה אל תוך המים, או כלי עם דביט גדול או מסגרת A.
      1. הובילו את התיבה באמצעות משאית שטוחה לרציף או למרינה.
      2. העמיסו את התיבה על הכלי באמצעות מלגזה בגודל מתאים (קובץ משלים 1-איור S21).
      3. חבר את קווי העגינה והחומרה, כולל הקווים התחתונים והחומרה לחיבור למערכת העוגן של קרקעית הים, לבסיס התיבה.
      4. העבירו את התיבה לאתר העוגן (איור 3). הכינו קו בערך באותו אורך כמו עומק מערכת העיגון עם אזיק בקצה אחד ומצוף בקצה השני.
      5. חברו את קצה האזיקים של הקו למערכת העיגון, כאשר קצה המצוף צף על פני השטח.
      6. גלגלו את התיבה בבטחה מסיפון הירכתיים לתוך המים או פרסו את התיבה לתוך המים עם דביט או מסגרת A. חברו את קצה המצוף של הקו לארון הציפה החיובי כך שהמבנה ירחף מעל מערכת העיגון.
   4. חיבור התיבה למערכת העגינה
      הערה: בשלב זה, מבנה התיבה צף על פני השטח מעל אתר העיגון עם רכיבי הציפה המשולבים (צפים) המספקים ציפה. המשימות הבאות מתבצעות מתחת למים ב-SCUBA ודורשות צוות של לפחות שלושה צוללנים ושני אנשי תמיכה על פני השטח.
      1. חבר את הבלוק העליון של בלוק והתמודד עם מערכת גלגלות לנקודת חיבור מאובטחת בבסיס התיבה, שחרר את הגלגלת תוך כדי ירידה לכיוון קרקעית הים, ולאחר מכן חבר את הבלוק התחתון למערכת העיגון (קובץ משלים 1-איור S19).
      2. משוך את הקו דרך הבלוק התחתון כדי להפעיל את הגלגלת, למשוך את התיבה לעומק. יש לנעול את הקו בתוך המחשוף עם כל משיכה (קובץ משלים 1-איור S19).
         הערה: עבור מערכות Arks עם ציפה חיובית ראשונית גבוהה, השתמש במערכת בלוק והתמודדות 6:1 לרכישה מרבית. ניתן גם לחבר משקולות באופן זמני למערכת הארונות כדי להפחית את כוח הציפה הדרוש להטבעת המבנה.
      3. המשיכו למשוך את התיבה לעומק עד שניתן יהיה לחבר את חומרת החיבור למטה והעגינה למערכת העוגן. השתמש בחוט כדי לעכבר את כל האזיקים.
      4. בדוק את כל רכיבי העגינה לתקינות. ודא שהאזיקים יושבים כראוי והעוגנים נמצאים היטב במקומם.
      5. העבירו לאט לאט את המתח מהבלוק והתמודדו עם מערכת העגינה. הסר את הבלוק ואת התיקול, המשקולות וקו המצופים.
   5. הצמדת הנשק לתיבות
      1. שלפו את ה-ARMS ממקום הזריעה, והכניסו לארגזי חלב מרופדים ברשת של 100 מיקרומטר כדי למנוע אובדן של חסרי חוליות ניידים קטנים החיים בתוך ה-ARMS. מעבירים את ה-ARMS לאתרי התיבות בגיגיות של מי ים מוצלים וצוננים.
      2. תמרנו את ה-ARMS דרך אחד הפתחים המשולשים הגדולים יותר בסמוך לקו האמצע של התיבה, כך שה-ARMS נמצא בתוך המבנה. החזיקו את ה-ARMS בחוזקה לאחד מלוחות הבסיס הלבנים המותקנים בתוך מסגרת התיבה.
      3. אבטחו בורג ראש משושה מפלדת אל-חלד באורך 1/2 in-13, 1.75 אינץ' דרך חור פינתי פתוח של לוחית הבסיס ARMS ולוח הבסיס HDPE הלבן שמתחתיו, חברו מנעול מפלדת אל-חלד לבורג הבולט דרך הצד השני, והדקו כלפי מטה עד להתכווצות. חזרו על הפעולה עבור שלושת הצדדים האחרים (איור 2D).
      4. דחפו את הזרועות קדימה ואחורה כדי להבטיח התקשרות איתנה.
   6. חיבור האלמוגים לתיבות
      1. הדקו את לוחות האלמוגים המכילים אלמוגים אפוקסי לאריח אבן הגיר ללוחות הבסיס HDPE של לוח האלמוגים בחלק החיצוני של התיבה באמצעות ברגי ראש משושה מפלדת אל-חלד באורך 2 אינץ', 1/4 ב-20, מכונת כביסה ומנעולן בכל ארבע הפינות.
      2. הדקו את המנעולים באמצעות מפתח ברגים כדי לאבטח את צלחת האלמוגים במקומה.

3. ניטור ותחזוקת תיבות אלמוגים

הערה: הוראות ייצור מפורטות, כולל שרטוטים טכניים לייצור הרכיבים, מופיעות בסעיף 7 של קובץ משלים 1.

1. מדידת משקלן בתוך המים של התיבות
   1. חבר את תא העומס השקוע לבלוק והתמודד עם מערכת גלגלות לשימוש בהעברה זמנית של מתח בקו העגינה למערכת מד המאמץ.
   2. חבר את בסיס הבלוק והתמודד למיקום מאובטח במערכת העגינה של התיבה, כגון נקודת אזיק בינונית או לעוגן קרקעית הים. חבר את החלק העליון של תא העומס למיקום מאובטח במסגרת ההרכבה של Ark (קובץ משלים 1-איור S33).
   3. מבלי להסיר או לשנות את רכיבי העגינה בתיבה, משוך את הקו דרך הבלוק והתמודד עם מערכת הגלגלות כך שהמתח מועבר ממערכת העגינה של התיבה למערכת הגלגלת, תוך הצמדת הקו בכל משיכה (קובץ משלים 1-איור S33).
   4. ודא שקו העגינה רפוי לחלוטין כדי לאפשר למד המאמץ לאסוף מדידות מתח (קובץ משלים 1-איור S33).
   5. העבירו באיטיות את המתח ממערכת הגלגלות של הבלוק והתמודדו עם קו העגינה של התיבה, בדקו כדי לוודא שהאזיקים ורכיבי העגינה האחרים יושבים כראוי ומאובטחים.
   6. לאיסוף נתונים לטווח ארוך, שלב תא עומס במערכת העגינה כרכיב "in-line". החלף מעת לעת את אוגרי הנתונים כדי לאחזר את הנתונים.
2. תחזוקה ארוכת טווח של הארונות
   1. לבצע בדיקות שגרתיות של מערכת העגינה של הארונות ולבצע עבודות תחזוקה לפי הצורך.
      הערה: ראה קובץ משלים איור S18 לקבלת רשימת פעולות לביצוע לתחזוקה לדוגמה. תחזוקה דו-שנתית מומלצת.
   2. ודא שהעוגנים ממשיכים לספק כוח אחיזה מרבי (כלומר, לא לסגת מהמצע).
   3. נקו את קווי העגינה מאורגניזמים עכורים שיכולים לפלוש ולסכן את שלמות הקווים.
   4. החלף רכיבים משפילים, כגון אנודות הקרבה, אזיקים וקווי עגינה, לפי הצורך (קובץ משלים-איור S18).
   5. הוסף ציפה משלימה לפי הצורך על ידי הוספת ציפה קבועה צפה או אוויר למצופים הקיימים כדי לפצות על הצטברות מסה ביולוגית.

השיטות הנ"ל מספקות הוראות הרכבה והתקנה לשני עיצובים של מערכות תיבות אלמוגים. אבות טיפוס לכל תכנון הורכבו ונבדקו בשטח בסן דייגו, ארה"ב, לפני פריסה ארוכת טווח כדי להעריך את מאפייני הגרר ולייעל את שלמות המבנה בהתבסס על מודלים וערכים אמפיריים של חוזק. מאמצי המידול המסייעים לבחירה ולשכלול של שתי הגיאומטריות של התיבה המוצגות כאן, כולל התוצאות מבדיקות מנהרת רוח, סימולציות הידרודינמיות ותיקוף בתוך המים של הערכים המעוצבים באמצעות מבני אב-טיפוס, מתוארים בפירוט בסעיף 6 של קובץ משלים 1. התוצאות של מידול ובדיקות בתוך המים של עיצוב תיבות "מעטפת" מוצגות כאן. שני מבנים מכל תכנון נפרסו באתרי שדה בקריביים בפורטו ריקו ובקוראסאו (ארבעה מבני ארק בסך הכל הותקנו), ואלמוגים הועברו למבנים. מדדי איכות המים, הקהילה המיקרוביאלית והישרדות האלמוגים הקשורים לתכנון תיבות "מעטפת" ושני אתרי בקרה על קרקעית הים נאספו במספר נקודות זמן שנמשכו 6 חודשים כדי לאפיין ולקבוע את השינויים בפרמטרים הסביבתיים ובריאות האלמוגים הקשורים למבני הארקס בעקבות גיוס טבעי והוספת ARMS זרעים.

מאפייני הגרירה של תיבות אלמוגים
חשוב להבין את מאפייני הגרר של תיבות האלמוגים על מנת לתכנן מבנה ומעגן שישרוד את סביבת המטרה. מבחינה מבנית, הגרר ההידרודינמי, בשילוב עם הציפה נטו, מטיל עומסים בתוך המבנה, במיוחד על העגינה ומערכת העיגון שלו. ערכנו מידול ומדידות ניסיוניות כדי להעריך את מאפייני הגרר של מבני הארונות. תוצאות בדיקות אלה לתכנון "מעטפת" של מבני ארונות מפורטות להלן. המידול בוצע על ידי הערכת הגרר של האלמנטים הבודדים של המבנה, סיכום אלה, ולאחר מכן שילוב התוצאה למקדם גרר אפקטיבי כפי שמוצג במשוואה (1) ובמשוואה (2):

(1)

(2)

כאשר D total הוא הגרר הכולל של המבנה המוערך מסכום הגרירה של אלמנט D i, CD הוא מקדם הגרר הכולל של המבנה, הוא צפיפות הזורם, U היא מהירות הזרימה של האובייקט ביחס לזורם, ו- A הוא השטח הקדמי של המבנה. בחישובים אלה, כל היסודות הונחו כגלילים, כאשר כיוונם לזרימה מוכתב על ידי הגיאומטריה הזקופה של מבנה התיבה. המידול בוצע עבור אותו אב טיפוס של מערכת "מעטפת" (כדור גיאודזי 2V) ששימש לבדיקות גרירה (המתוארות להלן) לפני בניית מערכות השדה הסופיות. לאב הטיפוס היה שטח חזיתי כולל של כ-2.10מ"ר, ותוצאות המידול הצביעו על מקדם גרר אפקטיבי לכל המבנה של כ-0.12. הגרר החזוי של המבנה כפונקציה של מהירות מוצג באיור 4.

הערכות ניסיוניות של כוח הגרר של המבנה שייחוו במהירויות זרימה שונות התקבלו על ידי גרירת מבנה התיבה מאחורי כלי שיט עם תא מטען שחבור בקו עם קו הגרירה וחיישן הטיה כדי לתעד את השינויים בכיוון התיבה ביחס לציר האנכי בטווח מהירויות גרירה. לפני הגרירה נקבע משקל בתוך המים של המבנה, ונוסף לו משקל מספיק נוסף כדי לדמות ציפה נטו של כ-200 ק"ג (יעד ראשוני למערכת). בהתבסס על המתח בכבל הגרירה וזווית הנטייה של התיבה, הגרר (גרירה D) בכל מהירות נקבע באמצעות משוואה (3):

(3)

כאשר T הוא המתח הנמדד מתא העומס, ו- היא זווית ההטיה ביחס לציר האנכי. יחסי הגרר והמהירות המתקבלים מוצגים באיור 4. עקומת גרר המתאימה ביותר (בצורת גרירה D α U2; ראו איור 4), בשילוב עם הערכות של השטח הקדמי וצפיפות המים, שימשה לאחר מכן לקביעת מקדם הגרר האמפירי של 0.13.

מספר ריינולדס במהלך בדיקת הגרירה (והטווח ששימש למידול) היה בטווח של 105-10 6, בדרך כלל במשטרי הזרימה הסוערת. ערכים אופייניים של מקדם הגרר לכדור בטווח מספרים זה של ריינולדס הם בין 0.2 ל-0.4. לשם השוואה, תרשים של עקומת הגרר עבור כדור עם מקדם גרר של 0.3 מוצג באיור 4. לפיכך, האומדנים המודלים והניסיוניים של מקדם הגרר קטנים פי שניים עד שלושה מאשר לכדור, מה שעולה בקנה אחד עם אופיו הפתוח יותר של המבנה.

כדי לאמת את תוצאות המודלים הללו, ערכנו גם מדידות שדה של התגובה של שני מבני תיבות "מעטפת" לזרימה. כדי להשיג זאת, אותו תא עומס הותקן באופן זמני בקו העגינה הראשי של התיבה, חיישן הטיה הותקן על התיבה, ומד זרם הותקן באתר כדי לפקח בו זמנית על מהירות המים. רכיבי הציפה והגרר של המתח חושבו לאחר מכן מזווית ההטיה וממדידות תאי העומס (איור 5). המהירויות הנוכחיות בתקופת המדידה היו יציבות יחסית ועמדו על כ-20 ס"מ לשנייה, ומערך הנתונים היה קצר יחסית; לפיכך, הנתונים היו ממוצעים לאורך התקופה ושימשו להשוואת גרר השדה ותגובת המהירות לאומדני הגרירה הניסיוניים והניסיוניים. תוצאות אלה מראות כי בתנאים הצפויים באתר הפריסה (מהירויות זרימה של עד 1.3 מטר לשנייה במהלך אירוע סערה טיפוסי), כוח הגרר של המערכת צפוי להיות פחות מ-300 ק"ג.

שני מבני "של" בוויאקס, פורטו ריקו, שרדו פגיעה ישירה מהוריקן פיונה בקטגוריה 1 בספטמבר 2022 ללא נזק נראה לעין למבנים, לעגינה או למערכת העגינה, מה שמספק בדיקה באתרו התומכת בתכנון . מצוף סמוך (CARICOOS) רשם מהירות נוכחית של 1.05 מטר לשנייה בעומק של 10 מטר באתר הפריסה, המקביל לכוח גרר של כ -160 ק"ג על מערכות העגינה. המערכות תוכננו לעמוד בכוח של 1,600 ק"ג (בהתחשב בקיבולת העוגן ובחוזק שבירת הרכיבים) ולכן אינן צפויות להיכשל בתנאי סביבה או סערה אופייניים.

ניטור ציפה נטו עבור תיבות אלמוגים
אותה גישה שתוארה לאימות מאפייני הגרר של מבני התיבה שימשה גם לפיתוח שיטה לניטור הציפה נטו של התיבה. כל עוד המבנה הפיזי של התיבה נשאר קבוע, הציפה נטו מספקת פרוקסי גס לניטור הסתיידות הקהילה הכוללת, ולפיכך, צמיחת האלמוגים, כמו גם מדד תחזוקה כדי לקבוע אם למערכת יש מספיק ציפה חיובית כדי לפצות על צמיחה ביולוגית לאורך זמן. רכיב הציפה (B) של מתח העגינה חושב באמצעות מד המאמץ ונתוני חיישן ההטיה במשוואה (4):

(4)

כאשר T הוא המתח הנמדד מתא העומס, ו- היא זווית ההטיה. סדרת הזמן המתקבלת של הציפה נטו מוצגת באיור 5. בתנאים הנוכחיים היציבים יחסית שהיו קיימים במהלך אירועי ניטור השדה, מצאנו ששני מבני תיבות ה"מעטפת" שנפרסו בוויאקס, פורטו ריקו, היו בעלי ציפה נטו דומה של 82.7 ק"ג ± 1.0 ק"ג (ארון 1) ו-83.0 ק"ג ±-0.9 ק"ג (ארון 2) בממוצע לאורך תקופת הניטור (± סטיית תקן אחת) לאחר שכל האלמוגים ויחידות הזרוע הזרעים הועברו למבנים 6 חודשים לאחר פריסת המבנה הראשונית. התוצאות מראות כי ניטור לטווח קצר בתקופות יציבות יחסית של זרימת מים יכול לשמש כדי לקבוע את ציפה נטו בשדה בטווח ~ 1 ק"ג, אשר אמור להיות שימושי בטווח הארוך לניטור שינויים בביומסה.

איכות המים ודינמיקה קהילתית מיקרוביאלית
מדדים הקשורים לאיכות המים ולקהילות מיקרוביאליות הקשורות לעמודי מים נמדדו על שתי תיבות "מעטפת" באמצע המים, שעגנו ב-17 מטרים של מים כשראש התיבות בעומק של 7 מטרים, מול חופי איסלה ויאקס, פורטו ריקו (איור 6C). מדדי איכות המים, השפע המיקרוביאלי והנגיפי וגודל המיקרוב הממוצע משתי תיבות הושוו לאותם מדדים משני אתרי "בקרה" סמוכים לקרקעית הים, שגם הם היו בעומק של 7 מטרים אך קרובים הרבה יותר לחוף (איור 6D). המדידות המוצגות נאספו מיד לאחר התקנת התיבות עם אצווה ראשונית של אלמוגים שעברו טרנסלוקציה (נובמבר 2021) וכעבור 6 חודשים לאחר שקבוצה שנייה של אלמוגים וזרועות זרעים הועברו לתיבות (מאי 2022); לאחר מכן הם הוערכו בממוצע בשני האתרים (תיבות ואתרי בקרה) לצורך השוואה. מכיוון שזרועות הזרעים הועברו לתיבות 6 חודשים לאחר הפריסה, הצטברות הקהילות הביולוגיות על המבנים במהלך 6 החודשים הראשונים הייתה קשורה לביופולינג וגיוס טבעי.

סביבת Arks הציגה עוצמות אור ממוצעות גבוהות יותר בשעות היום (איור 6A), מהירויות זרימה ממוצעות גבוהות יותר (איור 6C), ריכוזי פחמן אורגני מומס נמוכים יותר (איור 6F), ותנודות נמוכות יותר בריכוזי חמצן מומס (איור 6G) בהשוואה לאתרי הבקרה הבנטיים. התיבות גם הציגו קהילות מיקרוביאליות עם יחס נגיף-מיקרוב גבוה יותר מאשר אתרי הבקרה (איור 7A), המונעות על-ידי שפע גבוה יותר של נגיפים חופשיים (איור 7C) ושפע נמוך יותר של מיקרובים (איור 7B) בסביבת תיבות המים האמצעיות. קהילות המיקרובים בתיבות היו מורכבות, בממוצע, מתאים קטנים יותר פיזית מאשר קהילות המיקרובים באתרי קרקעית הים (איור 7D). הבדלי הטמפרטורה בין התיבות לאתרי הבקרה לא היו מובהקים (איור 6E). כל המגמות הנ"ל תואמות לאיכות מים טובה יותר ולקהילות מיקרוביאליות בריאות יותר בתיבות מאשר באתרי הבקרה. תנאים אלה נמשכו לאורך 6 החודשים הראשונים של הפריסה, שבמהלכם התפתחה קהילה ביולוגית מתהווה על התיבות הן באמצעות טרנסלוקציה של גרעיני אלמוגים וגיוס טבעי מעמודת המים וחוותה שינויים עוקבים, כמו גם באמצעות הוספת זרועות זרעים למבנים בחודש 6.

הישרדות אלמוגים
קבוצה של אלמוגים הכוללת שמונה מינים ומורפולוגיות שונות הופצה לתיבות ולאתרי הבקרה הבנתיים הן בעקבות התקנת התיבות (חודש 0) והן בעקבות הוספת זרועות הזרעים בחודש 6. מושבות האב המקוריות של כל מין של אלמוגים פוצלו לנובינים (2-8 ס"מ בממד נתון) וחוברו ללוחות אלמוגים מאבן גיר (ארבעה עד חמישה נובינים לכל 20 ס"מ2 לוחות) שחולקו באופן שווה הן בתיבות והן באתרי הבקרה, מה שמבטיח שאותם מינים וגנוטיפים יהיו מיוצגים הן באתרי תיבות המים האמצעיים והן באתרי הבקרה. הישרדותם של אלמוגים אלה הוערכה כל 3 חודשים בתיבות ובאתרי הבקרה. תשעה חודשים לאחר הטרנסלוקציה של קבוצת האלמוגים הראשונה, יותר אלמוגים עדיין היו בחיים על התיבות (80%, איור 8) בהשוואה לאתרי הבקרה (42%, איור 8).

איור 1: דיאגרמה המציגה את המרכיבים המבניים של שני מבני תיבת אלמוגים שהותקנו במלואם. משמאל, "מעטפת" ו"שתי פלטפורמות" (מימין) מוצגים מבני תיבות אלמוגים, יחד עם שתי שיטות למתן ציפה חיובית ושתי שיטות לעיגון. קיצור: ARMS = מבני ניטור שונית אוטונומיים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: תכנון, פריסה והעברה של יחידות ARMS. (A-D) זרועות PVC ו-(E-H) זרועות אבן גיר מאתרי זריעה בקרקעית הים לתיבות אלמוגים. (א) קרדיט לתצלום: מיכאל ברומן. (ב) קרדיט תמונה לדוד ליטשווגר. קיצורים: PVC = פוליוויניל כלוריד; ARMS = מבני ניטור שונית אוטונומיים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: תמונות המייצגות את שלבי הפריסה של תיבות אלמוגים, כולל הובלה לאתר והתקנה מלאה. (A-C) מערכות מסוג מעטפת ו-(D-F) מסוג שתי פלטפורמות. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 4: מאפייני הגרירה של מבני התיבה "מעטפת" בהתבסס על מידול, בדיקות גרירה ניסיוניות ותיקוף שדה ביחס לגרר של כדור באותו קנה מידה משוער. "ARK1" ו- "ARK2" הם מבני ארון "מעטפת" זהים המותקנים באותו אתר בוויאקס, פורטו ריקו. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 5: ערכי ציפה נטו שנמדדו עבור שתי תיבות "מעטפת" בוויאקס, פורטו ריקו. המוצגים הם מהירות המים (ציר ימין, צבעים בינוניים), ציפה נטו (ציר שמאלי, צבעים בהירים) וגרירה/מתח מחושבים על קו העגינה (ציר שמאלי, צבעים כהים) עבור תיבת "מעטפת" 1 (כחול) ותיבת "מעטפת" 2 (ירוק). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 6: מדדי איכות המים המשויכים לתיבות "מעטפת" ולאתרי הבקרה של קרקעית הים בוויאקס, פורטו ריקו, מיד לאחר ההתקנה ו-6 חודשים לאחר מכן. (A) עוצמת אור בשעות היום, (B) מהירות זרם, (C,D) תמונות שצולמו 6 חודשים לאחר ההתקנה, (E) טמפרטורה, (F) פחמן אורגני מומס, (G) שינויים ברמות החמצן המומס בתיבות לעומת אתרי בקרה במשך 6 חודשים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 7: מדדים הקשורים לקהילות מיקרוביאליות הקשורות לעמודת מים בתיבות "מעטפת" ובאתרי בקרת קרקעית הים בוויאקס, פורטו ריקו מיד לאחר ההתקנה ו-6 חודשים לאחר מכן . (A) יחס וירוס-מיקרוב, (B) שפע תאי חיידקים, (C) שפע וירוסים חופשיים, ו-(D) גודל תאי חיידק ממוצע. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 8: שיעור האלמוגים ששרדו בתיבות ה"מעטפת" ובאתרי הבקרה של קרקעית הים בוויאקס, פורטו ריקו במהלך 9 החודשים הראשונים לאחר הטרנסלוקציה. התמונות מייצגות את המצב של לוח אלמוגים יחיד בתיבות (למעלה) ובאתרי הבקרה הבנתיים (למטה) מיד לאחר טרנסלוקציה (משמאל) ו-6 חודשים לאחר טרנסלוקציה (מימין). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

טבלה 1: שיקולי בנייה ועיצוב של ARMS. קיצורים: ARMS = מבני ניטור שונית אוטונומיים; PVC = פוליוויניל כלוריד. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.

טבלה 2: שיקולי תכנון תיבות אלמוגים. קיצורים: PVC = פוליוויניל כלוריד; ARMS = מבני ניטור שונית אוטונומיים; HDPE = פוליאתילן בצפיפות גבוהה. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.

קובץ משלים. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה. 

למחברים אין אינטרסים כלכליים מתחרים או ניגודי עניינים אחרים.