Coral Reef Arks: 산호초 커뮤니티를 조립하기 위한 현장 메소코스m 및 툴킷

전 세계적으로 산호초 생태계는 생물 다양성이 높고 산호가 우세한 저서 공동체에서 잔디 및 다육질의 거대 조류가 지배하는 다양성이 낮은 공동체로 전환되고 있습니다 ^1,2,3. 산호초 황폐화의 메커니즘을 특성화하는 데 수십 년에 걸친 진전은 미생물과 거대 유기체 군집 간의 연결이 이러한 전환의 속도와 심각성을 어떻게 향상시키는지를 밝혀 냈습니다. 예를 들어, 인간 개체군에 의한 산호초의 남획은 방목되지 않은 조류에서 광합성으로 파생 된 과도한 당이 산호초 미생물 군집으로 에너지를 분로하여 병인을 유발하고 산호 감소를 유발하는 영양 캐스케이드를 시작합니다 ^4,5,6. 이 영양 다운 그레이드는 수질 저하로 인한 산호초의 생물 다양성 손실에 의해 강화됩니다 ^7,8. 중우주 수준의 실험은 생물 다양성을 향상시키고 수질을 개선함으로써 산호초 군집의 영양 저하를 더 잘 이해하고 완화하는 데 사용될 수 있지만 물류 문제로 인해 이러한 연구를 현장에서 구현하기가 어렵습니다.

산호초에 대한 영양 하향 조정의 결과는 신비한 생물 다양성의 광범위한 손실이며, 그 중 많은 부분이 특성화되지 않은 채로 남아 있습니다 ^7,9. 산호는 포식자 방어^{10, 청소 11}, 경쟁 조류 방목 12,13 및 암초 수질 화학 ^14,15 조절에 필수적인 역할을 수행함으로써 건강을 지원하는 다양한 비밀 암초 유기체 ( "cryptobiota")에 의존합니다. 최근까지 시각적 조사의 방법론적 한계로 인해 산호초 크립토바이오타는 산호초 생태학의 맥락에서 과소 대표되고 제대로 이해되지 않았으며, 따라서 산호초를 복원하거나 재건하려는 노력에서 거의 고려되지 않았습니다. 지난 10년 동안 ARMS(Autonomous Reef Monitoring Structures)라는 표준화된 정착 단위를 고처리량 시퀀싱 접근 방식과 결합하여 암초 크립토바이오타^16,17의 더 나은 수집 및 특성화를 가능하게 했습니다. ARMS는 알려진 거의 모든 산호초 생물 다양성의 대표자를 수동적으로 모집하고 암초 규모의 과정 9,18,19,20,21,22,23에서 비밀 유기체의 수많은 기능적 역할을 밝히는 데 도움을주었습니다. 따라서 이러한 정착 단위는 영양 구조를 유지하는 데 필수적인 방목, 방어 및 지역 수질 향상과 같은 생물학적으로 매개 된 메커니즘을 통해 더 손상되지 않은 암초 공동체를 모으기 위해 산호와 함께 신비한 암초 생물상을 옮기는 메커니즘을 제공합니다.

산호가 우세한 산호초는 조명이 높고 영양가가 낮으며 산소가 풍부한 환경에서 번성합니다. 도시화, 농업, 남획과 같은 인간 활동은 유출수의 퇴적물, 영양분, 금속 및 기타 화합물을 증가시키고 ^24,25 생지화학적 순환을 변화시킴으로써 많은 산호초의 수질을 감소시켰습니다²⁶. 차례로, 이러한 활동은 질식, 에너지 고갈, 퇴적과 관련된 오염 물질의 전달을 통해 산호초 공동체를 악화시킵니다^27,28, 산호와 경쟁하는 거대 조류의 성장 촉진 ²⁹, 미생물 병원체의 풍부함^{증가 6,30,31}, 비밀 무척추 동물을 죽이는 저산소 구역^{생성 32,33} . 이러한 "지역적 영향"은 온도 상승 및 pH 감소를 포함하여 해양 조건의 지역적 및 세계적 변화로 인해 악화되어 산호 및 기타 암초 생물^34,35의 조건을 더욱 악화시킵니다. 특히 저서 물 경계면에서, 저서 공동체의 호흡 및 광합성 역학은 pH와 용존 산소의 변동을 일으켜 고도로 분해 된 산호초에서 더욱 두드러지게되어 저서 무척추 동물이 견딜 수없는 조건을 만듭니다^32,36,37,38 . 따라서 적절한 수질 조건을 제공하는 것은 기능하는 산호초 공동체를 모으는 데 필수적이지만, 점점 더 많은 산호초가 다양한 황폐화 상태에 갇혀 있기 때문에 여전히 어려운 과제입니다.

저서의 산호와 기초적인 비밀 분류군이 직면 한 많은 도전은 해수면과 해저 사이의 물기둥 설정으로 정의 된 중수로의 이전을 통해 극복 될 수 있습니다. 중수 환경에서는 수질이 개선되고^39,40, 침전이 감소하며 해저로부터의 거리가 저서 대사와 관련된 매개 변수의 변동을 완화합니다. 이러한 특성은 육지에서 파생 된 유출수와 같은 육상 기반의 인위적 영향이 해안으로부터의 거리에 따라 점점 희석되는 연안으로 이동함으로써 더욱 개선됩니다. 여기에서 우리는 중수의 개선된 수질 조건을 활용하고 산호초 공동체 조립을 위해 고정된 긍정적인 부력 구조에 신비한 생물 다양성을 통합하는 접근 방식인 Coral Reef Arks를 구축, 배치 및 모니터링하기 위한 프로토콜을 소개하고 제공합니다.

산호초 방주 시스템 또는 "방주"는 두 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다 : (1) 저서 위로 올라간 매달린 단단한 측지 플랫폼과 (2) 인근 저서 지역에서 암초 크립토 바이오 타를 전위시키는 유기체로 덮인 또는 "시드 된"ARMS를 통해 자연 모집 프로세스를 보완하여보다 다양하고 기능적인 산호초 공동체를 제공합니다. 측지 구조는 강도를 최대화하고 건축 자재 (따라서 무게)를 최소화하고 암초 매트릭스와 유사한 내부의 난류 환경을 조성하기 위해 선택되었습니다.

두 개의 방주 설계가 두 개의 카리브해 현장 현장에 성공적으로 설치되었으며 현재 암초 공동체 설립 및 생태학적 계승에 대한 연구에 사용되고 있습니다(그림 1). Coral Arks 구조는 장기적인 연구 플랫폼으로 의도되었으며, 따라서 이 원고의 주요 초점은 중수 환경에서 안정성과 수명을 극대화하기 위해 이러한 구조를 배치, 설치, 모니터링 및 유지 관리하는 프로토콜을 설명하는 것입니다. 모델링과 수중 테스트의 조합은 구조물의 항력 특성을 평가하고 예상되는 유체역학적 힘을 견딜 수 있도록 설계를 조정하는 데 사용되었습니다. 설치 후, 암초 공동체는 활발한 전좌 (산호와 씨를 뿌린 ARMS 단위)와 자연 모집의 조합을 통해 같은 깊이의 방주와 인근 저서 통제 장소에 설립되었습니다. 방주에서의 수질 조건, 미생물 군집 역학 및 산호 생존은 초기 연속 기간 동안 여러 시점에서 문서화되었으며 저서 통제 장소와 비교되었습니다. 현재까지, 중수 산호 방주 환경과 관련된 조건은 같은 깊이의 이웃 저서 통제 지역에 비해 산호 및 관련 비밀 컨소시엄에 지속적으로 더 유리했습니다. 아래 방법은 사이트를 선택하고 Coral Arks 구조를 설계 및 배포하는 방법을 포함하여 Coral Arks 접근 방식을 복제하는 데 필요한 단계를 설명합니다. 산호 방주를 모니터링하기 위해 제안 된 접근법은 보충 파일 1에 포함되어 있습니다.

알림: 기술 도면, 다이어그램 및 사진을 포함하여 ARMS 및 Coral Arks 구조의 제조, 배포 및 모니터링에 관한 자세한 정보는 보충 파일 1. Arks 및 ARMS 구조물 설치를 포함하여 수중 작업과 관련된 프로토콜 섹션은 3 명의 다이버 (스쿠버)와 2 명의 표면 지원 요원으로 구성된 팀이 수행하는 것이 좋습니다.

1. ARMS 조립 및 배치

참고 : ARMS는 암초 하드 바텀 기판의 3 차원 복잡성을 모방 한 PVC 또는 석회석 기본 재료로 만들어진 약 1 피트 3 (30cm³) 구조입니다. 표 1에서는 서로 다른 프로젝트 고려 사항이 주어진 ARM에 대한 두 가지 설계에 대해 설명합니다. ARMS는 비밀 생물군에 의한 식민지화를 극대화하기 위해 Arks로 이전하기 전에 1-2년 동안 배치하는 것이 좋습니다.

1. PVC 팔
   알림: 이 프로토콜에 언급된 기성품 구성 요소(및 재료 표에 나열됨)는 영국식 단위를 사용하여 설명됩니다. 가공된 재료는 미터법 단위를 사용하여 설명됩니다. 구성 요소 제조를 위한 기술 도면을 포함한 자세한 제조 지침은 보충 파일 1의 섹션 1에 나와 있습니다.
   1. 집회
      1. 4개의 1/4 in-20, 8인치 길이의 육각 머리 볼트를 1/2인치 두께의 PVC 바닥판의 중앙 구멍을 통해 삽입합니다. 그런 다음 볼트가 수직을 향하도록 뒤집습니다.
      2. 각 볼트에 나일론 스페이서를 추가한 다음 1/4인치 두께의 PVC 9인치 x 9인치 플레이트를 추가합니다. 이렇게 하면 베이스 플레이트와 첫 번째 스태킹 플레이트 사이에 열린 레이어가 생성됩니다.
      3. 반대쪽 모서리에 있는 두 개의 볼트에 긴 십자 스페이서를 추가한 다음 나머지 볼트에 두 개의 짧은 십자 스페이서를 추가하여 "X"가 형성되도록 합니다. 다른 PVC 스태킹 플레이트를 추가하여 닫힌 레이어를 만듭니다.
      4. 1.1.1.2 단계와 1.1.1.3 단계를 반복하여 7-9 개의 플레이트 층이 볼트에 추가 될 때까지 개방 층과 폐쇄 층을 번갈아 가며 반복합니다 (보충 파일 1-그림 S5).
      5. 각 볼트 상단에 와셔, 육각 너트 및 나일론 인서트 잠금 너트를 추가하고 단단히 조입니다.
   2. 배치를 위해 조립된 PVC ARMS를 대상 배치 장소로 운송하고 전송하는 동안 ARMS를 100μm 메쉬로 덮어 작은 이동 무척추 동물을 유지합니다(보충 파일 1-그림 S6). 건강한 산호초 군락에 가까운 곳에 산호초 하드바텀 기질 패치를 찾으십시오.
      참고: 특정 배치 장소는 미국 해역에서 멸종 위기에 처한 종법에 등재된 종의 중요 서식지를 피하는 것과 같은 현지 규정 및 허가 규정을 고려하여 선택해야 합니다.
      1. 철근 3/1 길이와 망치를 사용하여 철근이 바닥판의 가장자리에 장력을 생성하도록 바깥쪽으로 약간 기울어진 철근을 기본 석회암에 두드려 ARMS를 네 모서리 모두에서 벤토에 고정합니다(그림 2A, B).
      2. 또는 견고한 케이블 타이를 사용하여 ARMS의 체인을 연결하고 체인의 끝을 경화 콘크리트 백으로 고정합니다(그림 2C 및 보충 File 1-그림 S6).
2. 석회암 ARMS
   1. 조립을 위해 미완성 석회암 또는 석회화 타일에서 12인치 x 12로 시작합니다(그림 2). 석회암 ARMS 내부의 원하는 복잡성을 식별합니다.
      알림: 2cm³ 큐브를 사용하는 것이 좋습니다. 대체 설계 및 고려 사항은 보충 파일 1의 섹션 2에 나와 있습니다.
      1. 젖은 타일 톱을 사용하여 미완성 타일 여러 개를 2cm² 정사각형 스페이서(~250)로 자릅니다.
      2. 석회화 타일을 ARMS 레이어에 대해 원하는 모양으로 자릅니다. PVC ARMS와 유사하게 12인치 x 12인치 정사각형을 사용하고 스페이서로 겹쳐서 1피트³ 큐브를 형성합니다(보충 파일 1-그림 S8).
      3. 두 부분으로 구성된 무독성 해양 등급 에폭시를 사용하여 미리 그려진 격자 패턴을 따라 더 큰 석회화 레이어링 플레이트에 작은 석회화 조각을 붙입니다.
      4. 함께 쌓을 때 원하는 ARMS 높이를 얻을 수 있는 여러 레이어를 준비합니다. 제조업체의 권장 사항에 따라 에폭시가 경화되도록 합니다.
      5. 에폭시를 사용하여 ARMS 스태킹 플레이트를 조립하여 각 레이어를 그 위에 있는 레이어에 붙입니다.
         알림: ARMS 높이는 원하는 무게와 내부 복잡성에 따라 달라집니다. 약 1피트³ 의 최종 크기를 권장합니다.
      6. 에폭시가 배치되기 전에 24시간 동안 직사광선을 피해 경화되도록 합니다.
   2. 배치를 위해 조립된 석회석 ARMS를 대상 배치 장소로 운반합니다. 건강한 산호초 군락에 가까운 곳에 산호초 하드바텀 기질 패치를 찾으십시오.
      참고: 특정 배치 장소는 미국 해역에서 멸종 위기에 처한 종법에 등재된 종의 중요 서식지를 피하는 것과 같은 현지 규정 및 허가 규정을 고려하여 선택해야 합니다.
      1. 우유 상자와 리프트 백을 사용하여 ARMS를 벤토로 운반합니다. 석회암 ARMS를 죽은 암초 매트릭스 (살아있는 암석)에 쐐기를 박습니다. 모래 바닥 서식지와 잔디 조류 또는 저서 시아노박테리아 매트에 의해 심하게 식민지화된 서식지를 피하십시오.
      2. 석회암 ARMS를 암석 돌출부와 노두 옆에 배치하여 파도 작용과 폭풍 해일로부터 보호하십시오.

2. Coral Arks 조립 및 배포

참고 : 표 2 는 다양한 프로젝트 매개 변수가 주어진 Coral Arks의 설계 고려 사항에 대해 설명합니다. 하위 요소 (스트럿, 허브, 플랫폼, 계류 구성 요소 및 양의 부력)의 치수는 최종 Coral Ark 구조물의 원하는 크기와 무게에 따라 수정할 수 있습니다.

1. 앵커링 시스템 설치
   알림: Ark 설계, 폭풍 빈도, 바닥 유형, 현장 노출, 프로젝트 기간, 항력, 해류 및 부력으로 인한 예상 힘과 같은 현장 및 프로젝트별 고려 사항에 따라 앵커링 시스템을 선택하십시오. 계류 시스템 선택에 대한 통찰력은 PADI⁴¹ 을 참조하십시오.
   1. 모래 바닥과 느슨한 잔해 서식지에 모래 나사를 사용하십시오.
      1. 모래 나사를 벤토로 운반하십시오. 모래 나사를 똑바로 세우고 첫 번째 디스크가 모래 또는 느슨한 잔해로 덮일 때까지 모래 나사를 비틀어 묻습니다.
      2. 5피트 길이의 금속 회전 막대를 앵커의 눈을 통해 대부분의 회전 막대가 눈의 한쪽에서 튀어나오도록 합니다.
      3. 벤토에서 원을 그리며 걷거나 수영할 때 눈만 벤토에서 튀어나올 때까지 모래 나사를 기판에 나사로 고정합니다(보충 파일 1-그림 S20).
      4. 유지력을 높이기 위해 체인 굴레로 연결된 삼각형 패턴의 세 개의 모래 나사를 설치합니다(보충 File 1-그림 S20).
   2. 단단한 바닥 및 탄산염 기반 암석 서식지에서 Halas 앵커를 사용하십시오.
      1. 아이볼트와 수중 드릴(전기 또는 공압)로 9-12를 앵커 지점으로 운반합니다.
      2. 수중 드릴과 직경 1인치의 석조 구멍 톱을 사용하여 베이스 암석에 깊이 9인치, 너비 1인치의 구멍을 뚫습니다. 칠면조 반죽을 사용하여 구멍에서 과도한 기질을 주기적으로 청소하십시오.
      3. 포틀랜드 시멘트 또는 해양 등급 에폭시로 구멍을 채웁니다. 아이볼트 샤프트를 구멍에 밀어 넣고 나머지 틈을 시멘트나 에폭시로 채웁니다.
      4. 시멘트/에폭시를 5일 동안 경화시킵니다.
      5. 유지력을 높이려면 체인 굴레로 연결된 삼각형 패턴의 Halas 앵커 3개를 설치하십시오.
   3. 기존 계류 블록 또는 무거운 파편 요소가 있는 현장에서는 블록형 계류를 사용하십시오.
      알림: 새 계류 블록을 설치하려면 바지선 장착 크레인과 같은 상업용 설치 장비가 필요하며 범위가 작은 프로젝트에는 권장되지 않습니다.
      1. 계류 시스템을 기존의 무거운 파편 요소(침몰한 선박, 엔진 블록) 또는 하드웨어 및 태클을 통해 기존 계류 블록 눈에 부착합니다.
      2. 금속 계류 구성 요소가 유사한 금속으로 만들어지고 희생 양극을 사용하여 갈바닉 부식으로부터 보호되는지 확인하십시오.
2. 1V 주파수 구조(Two Platform)
   알림: 구성 요소 제조를 위한 기술 도면을 포함한 자세한 제작 지침은 다음에서 제공됩니다. 제4부 의 보충 파일 1. 이 프로토콜에 언급된 기성 구성 요소( 재료 표)는 영국식 단위를 사용하여 설명됩니다.
   1. 1V 측지 프레임의 조립
      1. 1/4-20 스테인리스 스틸 육각 너트를 1/4-20 2.5인치 스테인리스 스틸 볼트 3/4에 볼트 상단까지 나사로 고정합니다. 스트럿의 안쪽을 향한 구멍 중 하나에 볼트를 삽입합니다.
      2. 잠금 너트를 나사의 다른 쪽에 고정하고 허브가 스트럿 길이 아래로 미끄러지는 것을 방지하기 위해 PVC와 단단히 결합될 때까지 조입니다.
      3. 스트럿의 반대쪽과 나머지 29개의 스트럿에 대해 반복합니다.
      4. 허브의 구멍 중 하나를 통해 각 스트럿의 끝을 밀고 스트럿의 외부 구멍을 통해 다른 볼트를 조이고 스트럿이 허브에서 미끄러지는 것을 방지하기 위해 잠금 너트로 마무리합니다 (보충 File 1-그림 S24).
      5. 하나의 허브에 있는 5개의 스트럿 모두에 대해 반복한 다음 측지 구가 조립될 때까지 허브와 스트럿을 계속 추가합니다(보충 파일 1-그림 S24).
      6. 1/8인치 스테인리스 스틸 와이어 로프를 풀고 스트럿을 통해 나사산을 끼우기 시작합니다. 나일론 케이블 타이로 실버 달러 크기의 12 개의 루프를 만듭니다 (각 허브에 하나씩). 와이어 로프가 스트럿을 통해 끼워질 때 허브의 지퍼 타이 루프를 통해 로프를 통과시킨 다음 다음 스트럿으로 계속합니다.
         알림: 일부 스트럿이 반복됩니다.
      7. 와이어 로프가 모든 스트럿을 통해 나사산이 될 때까지 나사산을 계속 끼우고 각 꼭짓점의 중앙에 지퍼 타이 루프로 연결합니다.
      8. 케이블을 시작점에 다시 끼웁니다. 펜치를 사용하여 지퍼 타이 루프를 당겨 가능한 가장 작은 크기로 축소하고 와이어 로프의 길이를 서로 가깝게 만듭니다. 1/2인치 스테인리스 스틸 케이블 cl 맞춤amp 모든 와이어 로프 길이에 고정하고 단단히 조입니다.
      9. 구조체의 모든 꼭짓점에 대해 반복합니다.
      10. 와이어 로프의 시작 길이를 끝 길이와 결합하고 clamp 3개의 1/2인치 케이블 cl을 사용하여 함께 cl을 사용합니다.amps.
          알림: 와이어 로프(파괴 강도: 2,000lb)는 이제 구조물에 가해지는 대부분의 하중을 지지하여 구조물을 상당히 강화해야 합니다.
      11. 양쪽 끝의 눈에 유압식으로 스웨이징된 3/8인치 스테인리스 스틸 케이블의 두 가지 길이로 구성된 리깅 시스템을 추가합니다. 케이블이 전체 Ark 길이를 통과하도록 스웨이지 사이에 PVC 엔드캡을 끼우고 계류/부표 라인 부착을 위해 상단과 하단에 눈을 둡니다. 중간에 있는 턴버클 시스템은 두 가지 길이의 스테인리스 케이블을 연결합니다.
      12. 케이블의 하단 끝을 Ark의 상단과 하단을 통과시키고 망치를 사용하여 엔드캡을 상단 및 하단 허브에 맞춥니다. 아이볼트를 턴버클에 나사로 고정하고 시스템을 단단하게 만들기에 충분한 장력이 구조물에 가해질 때까지 조입니다(보충 File 1-그림 S24).
      13. 두 개의 반오각형으로 자른 각 성형 유리 섬유 격자를 견고한 250lb 지퍼 타이를 사용하여 Ark 내부에 추가하여 플랫폼 측면을 Ark 스트럿에 고정합니다(보충 파일 1-그림 S24).
      14. 구조물 아래에 유리 섬유 플랫폼의 양쪽 절반을 결합할 수 있도록 한 길이의 유리 섬유 I-빔을 배치합니다. 두 개의 1/4 in-20 스테인리스 스틸 U-볼트를 사용하여 플랫폼 아래쪽에 고정합니다.
      15. 다른 4개의 I-빔에 대해 반복하여 플랫폼 길이에 따라 균등하게 분배합니다. 이것은 플랫폼의 두 반쪽을 결합하고 지원하여 완전한 오각형을 만듭니다.
      16. 플랫폼 가장자리에 있는 튼튼한 지퍼 타이를 조이고 초과분을 잘라냅니다. 이 단계가 끝나면 내부 플랫폼이 Ark 구조에 단단히 통합됩니다(보충 파일 1-그림 S24).
      17. 스테인리스 스틸 마우스 와이어를 사용하여 턴버클 끝과 모든 걸쇠를 마우스로 고정합니다. 이 단계가 끝나면 Ark에는 두 개의 통합 플랫폼, 하드웨어 부착을 위한 상단 및 하단 부착물, 고정 및 양의 부력을 통해 구조물에 가해지는 대부분의 장력을 견디는 중앙 케이블이 있습니다.
   2. 측지 프레임에 계류 라인의 부착
      알림: 계류 시스템은 모든 개별 계류 구성 요소의 파괴 강도가 주변 및 극한 환경 조건으로 인해 예상되는 최대 하중을 초과하도록 설계되어야 합니다. 계류 시스템 설계에서 유체 역학 모델링 사용에 대한 설명은 대표 결과를 참조하십시오. Ark와 해저 고정 시스템의 여러 부착 지점에 하중을 분산시키는 것이 권장되며, 이는 개별 요소가 고장난 경우 시스템에 중복성을 추가하기 때문입니다.
      1. Ark 베이스와 앵커 시스템 간의 안전한 연결을 보장하기 위해 계류 라인과 하드웨어를 설계합니다(예는 그림 1 참조).
         참고: Ark 구조물의 정중선이 30m 깊이에 위치하도록 계류 시스템을 설계하는 것이 좋습니다.
      2. 이중 접합 선의 상단을 걸쇠로 방주의 기본 눈에 연결하십시오. 고강도 스테인리스 스틸 회전 걸쇠를 이 라인의 바닥에 연결합니다(그림 1 및 보충 File 1-그림 S25).
      3. 이중 접합 라인의 상단을 스위블 걸쇠의 바닥에 연결합니다. 이 라인의 하단은 앵커 시스템에 연결됩니다(그림 1 및 보충 File 1-그림 S25).
   3. 방주를 배치 장소로 운반
      1. 플랫베드 트럭을 통해 방주를 배치 지점에 인접한 해변(모래 진입이 있는 근해 배치) 또는 보트 발사 지점(선박 배치)으로 운송합니다.
      2. 220/1인치 걸쇠를 사용하여 2lb 리프트 백을 Ark의 상단 스테인리스 눈에 부착합니다.
      3. 해저 닻에 부착하기 위한 하드웨어를 포함한 계류줄을 방주 바닥에 부착합니다.
      4. A-프레임이나 데이빗이 없는 선박에서 배치하려면 방주를 보트에서 쉽게 굴려 물 속으로 굴릴 수 있도록 선박에 적재하십시오(높은 포수가 있는 선수 또는 선외 엔진이 있는 선미는 피하십시오).
      5. 해안에서 배치하려면 리프트 백에 공기를 채울 수 있는 충분한 깊이가 될 때까지 Ark를 물 속으로 굴립니다(그림 3).
      6. 방주를 수영하거나 견인하거나 수면의 정박 장소로 운반합니다(그림 3).
   4. 계류 시스템에 방주 부착
      알림: 이 단계에서 Ark 시스템은 리프트 백으로 정박 지점 위의 표면에 떠 있습니다. 다음 작업은 스쿠버에서 수중에서 수행되며 최소 3 명의 다이버로 구성된 팀이 필요합니다.
      1. 리프트 백에서 공기를 천천히 배출하고 앵커링 시스템으로 제어된 하강을 수행합니다.
      2. Ark 바닥의 계류 하드웨어를 앵커링 시스템에 부착합니다.
      3. 리프트 백에 공기를 채워 Arks 시스템의 양의 부력을 높이고 모니터링 구성 요소의 구조적 무결성을 검사합니다. 걸쇠가 제대로 장착되고 앵커가 제자리에 단단히 고정되었는지 확인하십시오. 마우스를 사용하여 모든 족쇄를 마우스로 고정하십시오.
      4. 걸쇠를 사용하여 짧은 이중 접합 길이의 선의 눈을 Arks 시스템의 상단 눈에 연결합니다. 다형의 팽창식 계류 부표를 걸쇠로 이 라인의 다른 쪽 끝에 연결합니다(보충 파일 1-그림 S25).
      5. 압축 공기가 담긴 조랑말 병에 부착된 표준 저압 공기 노즐 어댑터를 사용하여 약 75%의 공기가 채워질 때까지 계류 부표에 공기를 채웁니다.
      6. 리프트 백에서 공기를 천천히 배출하고 시스템에서 제거합니다.
      7. 석회석 ARMS를 사용하는 Arks 시스템을 위해 더 크거나 더 많은 계류 부표를 추가하거나 생물학적 질량 축적을 보상합니다.
   5. 방주에 ARMS의 부착
      1. 파종 위치에서 ARMS를 회수하고 ARMS 내에 서식하는 작은 이동 무척추 동물의 손실을 방지하기 위해 100μm 메쉬가 늘어선 우유 상자에 넣습니다.
      2. ARMS를 그늘지고 시원한 바닷물이 담긴 통에 있는 Arks 사이트로 옮깁니다.
      3. ARMS를 Arks의 상단 또는 하단 플랫폼에 놓고 플랫폼 전체에 무게를 고르게 분산시킵니다.
      4. 성형된 유리 섬유 플랫폼과 PVC 또는 석회석 ARMS의 베이스를 통해 견고한 케이블 타이를 통과시키고 ARMS를 Ark 프레임에 고정하기 위해 조입니다(보충 File 1-그림 S25).
3. 2V 주파수 구조(Shell)
   알림: 구성 요소 제조를 위한 기술 도면을 포함한 자세한 제작 지침은 다음에서 제공됩니다. 제3부 의 보충 파일 1.
   1. 2V 측지 프레임 조립
      1. VikingDome에서 제공한 가이드에 따라 Ark 장착 프레임워크를 조립합니다(보충 File 1-그림 S11).
      2. 2.5인치 길이의 10/32 스테인리스 볼트에 와셔를 추가합니다. 스트럿 끝에 있는 두 개의 구멍 중 하나를 통해 볼트를 삽입하고 안쪽 면(S1 또는 S2 스트럿 전용 구멍)에 STAR 커넥터를 추가하고 잠금 너트로 고정합니다.
      3. 두 번째 볼트 구멍에 대해 반복합니다. 구조가 완전히 조립될 때까지 잠금 너트를 조이지 않고 계속하십시오(보충 File 1-그림 S12).
      4. Ark 장착 프레임워크를 조입니다. 2.3.1.1 단계가 끝나면 strut-STAR 연결이 느슨해지고 가단성이 있습니다. 소켓 렌치(10mm 또는 3/8인치 소켓)와 필립스 헤드 스크루드라이버를 사용하여 잠금 너트를 조이기 시작합니다.
      5. 잠금 너트의 나일론 인서트가 볼트 나사산에 완전히 맞물린 상태에서 모든 잠금 너트가 조여질 때까지 구조 전체에서 계속합니다.
      6. 계류 굴레의 부착을 위해 패드 눈을 추가하십시오. Ark 바닥의 스테인리스 S1 스트럿에 패드 아이를 추가하고 4개의 3인치 팬 헤드 스테인리스 스틸 볼트로 고정합니다.
      7. 1/4 in-20 잠금 너트를 추가하고 조입니다. 총 5개의 계류 연결 지점에 대해 반복합니다(보충 파일 1-그림 S17).
      8. 10개의 ARMS 베이스 플레이트를 중간 N2 STAR 커넥터에 장착합니다. ARMS 베이스 플레이트의 중앙 구멍을 통해 3인치 팬 헤드 볼트를 놓습니다. 볼트 샤프트에 회색 PVC 스탠드오프를 추가하고 N2 STAR 커넥터의 중앙 구멍을 통해 배치하고 베이스 플레이트가 구조물 내부에 있도록 합니다. 와셔와 잠금 너트를 추가하고 조입니다.
      9. 두 개의 브래킷을 추가하고 4개의 3 1/4인치 육각 머리 볼트와 잠금 너트를 사용하여 ARMS 베이스 플레이트를 스트럿에 고정합니다. 모든 잠금 너트를 조입니다. 모든 ARMS 베이스 플레이트에 대해 동일한 방향을 유지하십시오(보충 File 1-그림 S15).
      10. 20개의 산호 플레이트 베이스 플레이트를 상단 스트럿에 장착합니다. 산호 플레이트베이스 플레이트의 구멍을 통해 4 개의 3 인치 육각 머리 볼트를 놓고 브래킷과 잠금 너트를 사용하여 스트럿에 고정합니다. 반대쪽도 반복합니다. 잠금 너트를 조여 고정합니다(보충 File 1-그림 S15).
      11. 방주의 중앙 척추에 중앙 낚싯대와 트롤 플로트를 추가합니다. 8피트 길이의 나사산이 없는 유리 섬유 막대를 방주 바닥의 용접 파이프 세그먼트로 수정된 STAR 커넥터에 삽입합니다. 와셔에 1을 추가하고 수정되지 않은 트롤 플로트를 구조물 내부의 나사산이 없는 유리 섬유 막대에 추가합니다. Ark의 상단 STAR 커넥터를 통해 막대 삽입을 마칩니다.
      12. 수정된 STAR 커넥터의 금속 튜브를 통해 볼트를 끼우고 잠금 너트를 아크 내부의 잠금 막대에 맞춥니다. 트롤 플로트(방주 상단) 아래에 꼭 맞는 녹색 튜브 클램프를 추가하고 조입니다.
      13. 마운트 수정된 트롤 플로트는 상단 N2 및 N1 STAR 커넥터 내부에 중앙 구멍 1로 수정되었습니다. 노출된 나사산 유리 섬유 막대의 긴 끝에 유리 섬유 와셔를 추가합니다.
      14. 트롤 플로트가 구조물 내부를 향하도록 수정된 STAR 커넥터 구멍을 통해 고정합니다. 다른 유리 섬유 와셔와 유리 섬유 육각 너트를 추가합니다. 렌치를 사용하고 플로트를 비틀어 조입니다(보충 File 1-그림 S16).
   2. 측지 프레임에 계류 시스템 부착
      1. Ark 베이스와 앵커 시스템 간의 안전한 연결을 보장하기 위해 계류 라인과 하드웨어를 설계합니다(예: 그림 1 참조amp르).
         참고: Ark 구조물의 정중선이 10m 깊이에 위치하도록 계류 시스템을 설계하는 것이 좋습니다.
      2. Ark 구조의 바닥에 있는 각 패드 아이를 고강도 7/16인치 스테인리스 스틸 걸쇠가 있는 3/4인치 스펙트럼 라인의 이중 접합 길이 끝에 있는 접합 아이에 연결합니다(보충 파일 1-그림 S17).
      3. 1/2인치 나사 핀 걸쇠를 사용하여 각 스펙트럼 라인의 다른 쪽 끝을 두 개의 스테인리스 스틸 마스터링크 중 하나에 연결하여 각 링크에 두 개 또는 세 개의 연결이 있도록 합니다.
      4. 3/4인치 회전 걸쇠를 Masterlink 바닥에 부착하고 스테인리스 스틸 골무로 접합된 1인치 나일론 라인의 눈을 부착합니다.
      5. 3/4인치 걸쇠를 눈에 부착하고 나일론 라인의 다른 쪽 끝에 골무를 부착합니다. 이 걸쇠는 앵커 시스템에 연결됩니다(보충 File 1-그림 S17).
   3. 2V Ark를 배치 장소로 운송
      알림: Shell Ark를 배치하려면 Ark가 보트 갑판에서 물 속으로 굴러 들어갈 수 있도록 평평한 선미와 선내 엔진이 있는 선박 또는 큰 데이빗 또는 A-프레임이 있는 선박이 필요합니다.
      1. 플랫베드 트럭을 통해 방주를 부두나 선착장으로 운반하십시오.
      2. 적절한 크기의 지게차를 사용하여 궤를 선박에 싣습니다(보충 파일 1-그림 S21).
      3. 해저 앵커 시스템에 부착하기 위한 다운라인과 하드웨어를 포함한 계류선과 하드웨어를 방주 바닥에 부착합니다.
      4. 방주를 정박지로 운반합니다(그림 3). 한쪽 끝에는 걸쇠가 있고 다른 쪽 끝에는 부표가있는 앵커링 시스템의 깊이와 거의 같은 길이의 선을 준비하십시오.
      5. 라인의 걸쇠 끝을 앵커링 시스템에 부착하고 부표 끝이 표면에 떠 있도록 합니다.
      6. 방주를 선미 갑판에서 물 속으로 안전하게 굴리거나 데이빗 또는 A-프레임을 사용하여 방주를 물 속으로 배치하십시오. 라인의 부표 끝을 양의 부력 Ark에 부착하여 구조물이 앵커링 시스템 위에 떠 있도록 합니다.
   4. 계류 시스템에 방주 부착
      참고: 이 단계에서 Ark 구조는 부양을 제공하는 통합 부력 요소(플로트)와 함께 정박 지점 위의 표면에 떠 있습니다. 다음 작업은 스쿠버에서 수중에서 완료되며 최소 3 명의 다이버와 2 명의 수면 지원 요원으로 구성된 팀이 필요합니다.
      1. 블록과 태클 풀리 시스템의 상단 블록을 방주 바닥의 안전한 부착 지점에 부착하고 해저를 향해 하강하면서 풀리를 푼 다음 하단 블록을 앵커링 시스템에 부착합니다(보충 File 1-그림 S19).
      2. 하단 블록을 통해 줄을 당겨 도르래와 맞물리고 방주를 깊이까지 당깁니다. 당길 때마다 라인이 클리트에 잠겨야 합니다(보충 File 1-그림 S19).
         알림: 초기 양부력이 높은 Arks 시스템의 경우 최대 구매를 위해 6:1 블록 및 태클 시스템을 사용하십시오. 구조물을 가라앉히는 데 필요한 부력을 줄이기 위해 Arks 시스템에 추를 일시적으로 부착할 수도 있습니다.
      3. 다운라인과 계류 부착 하드웨어가 앵커 시스템에 연결될 수 있을 때까지 아크를 계속 깊이까지 당깁니다. 와이어를 사용하여 모든 족쇄를 마우스로 만드십시오.
      4. 모든 계류 구성 요소의 무결성을 검사하십시오. 족쇄가 제대로 장착되고 앵커가 제자리에 단단히 고정되었는지 확인하십시오.
      5. 블록과 태클에서 계류 시스템으로 장력을 천천히 옮깁니다. 블록과 태클, 웨이트 및 부표 라인을 제거합니다.
   5. 방주에 ARMS의 부착
      1. 파종 위치에서 ARMS를 회수하고 ARMS 내에 서식하는 작은 이동 무척추 동물의 손실을 방지하기 위해 100μm 메쉬가 늘어선 우유 상자에 넣습니다. ARMS를 그늘지고 시원한 바닷물이 담긴 통에 있는 Arks 사이트로 옮깁니다.
      2. ARMS가 구조물 내부에 있도록 방주의 정중선 근처에 있는 더 큰 삼각형 구멍 중 하나를 통해 ARMS를 조작합니다. ARMS를 Ark 프레임워크 내부에 장착된 흰색 바닥판 중 하나에 단단히 고정합니다.
      3. 1/2 in-13, 1.75인치 길이의 스테인리스 스틸 육각 머리 볼트를 ARMS 베이스 플레이트와 흰색 기본 HDPE 베이스 플레이트의 열린 모서리 구멍을 통해 고정하고 스테인리스 스틸 잠금 너트를 다른 쪽을 통해 돌출된 볼트에 부착하고 꼭 맞을 때까지 조입니다. 다른 세 면에 대해 반복합니다(그림 2D).
      4. 단단히 부착되도록 ARMS를 앞뒤로 밉니다.
   6. 방주에 산호의 부착
      1. 석회암 타일에 에폭시 처리 된 산호가 들어있는 산호 판을 2 인치 길이, 1/4 in-20, 스테인레스 스틸 육각 머리 볼트, 와셔 및 네 모서리 모두에 잠금 너트를 사용하여 방주 외부의 산호 판 HDPE베이스 플레이트에 고정합니다.
      2. 소켓 렌치를 사용하여 잠금 너트를 조여 산호 플레이트를 제자리에 고정합니다.

3. 산호 방주 모니터링 및 유지 보수

알림: 구성 요소 제조를 위한 기술 도면을 포함한 자세한 제조 지침은 보충 파일 7의 섹션 1에 나와 있습니다.

1. 방주의 수중 중량 측정
   1. 수중 로드셀을 블록 및 태클 풀리 시스템에 부착하여 계류 라인의 장력을 스트레인 게이지 시스템으로 일시적으로 전달하는 데 사용합니다.
   2. 블록의 바닥을 부착하고 중간 걸쇠 지점 또는 해저 앵커와 같은 Ark 계류 시스템의 안전한 위치에 태클합니다. 로드 셀의 상단을 Ark 장착 프레임워크의 안전한 위치에 부착합니다(보충 File 1-그림 S33).
   3. Ark의 계류 구성 요소를 제거하거나 변경하지 않고 블록을 통해 라인을 당기고 Ark 계류 시스템에서 풀리 시스템으로 장력이 전달되도록 풀리 시스템을 태클하여 당길 때마다 라인을 클리팅합니다(보충 파일 1-그림 S33).
   4. 스트레인 게이지가 장력 측정값을 수집할 수 있도록 계류줄이 완전히 느슨해졌는지 확인하십시오(보충 File 1-그림 S33).
   5. 블록 및 태클 풀리 시스템에서 Ark 계류 라인으로 장력을 천천히 전달하고 걸쇠 및 기타 계류 구성 요소가 제대로 장착되고 고정되었는지 확인합니다.
   6. 장기 데이터 수집을 위해, 로드셀을 계류 시스템에 "인라인(in-line)" 구성요소로 통합합니다. 주기적으로 데이터 로거를 전환하여 데이터를 검색합니다.
2. 방주의 장기 유지
   1. Arks 계류 시스템의 정기 검사를 수행하고 필요에 따라 유지 보수 작업을 수행합니다.
      참고: 보충 참조 File-그림 S18 유지 관리 체크리스트의 예. 격년으로 유지 관리하는 것이 좋습니다.
   2. 앵커가 계속해서 최대 유지력을 제공하는지 확인하십시오(즉, 기판에서 물러나지 않음).
   3. 라인의 무결성을 침범하고 손상시킬 수 있는 오염 유기체의 계류 라인을 청소하십시오.
   4. 필요에 따라 희생 양극, 족쇄 및 계류줄과 같은 성능 저하 구성 요소를 교체하십시오(보충 File-그림 S18).
   5. 생물학적 질량 축적을 보상하기 위해 기존 계류 부표에 고정 부력 부유물 또는 공기를 추가하여 필요에 따라 추가 부력을 추가합니다.

위의 방법은 Coral Arks 시스템의 두 가지 설계에 대한 조립 및 설치 지침을 제공합니다. 각 설계에 대한 프로토 타입은 장기 배포 전에 미국 샌디에고에서 조립 및 현장 테스트를 거쳐 항력 특성을 평가하고 모델링 된 경험적 강도 값을 기반으로 구조적 무결성을 최적화했습니다. 풍동 테스트, 유체 역학 시뮬레이션 및 프로토타입 구조를 사용한 모델링된 값의 수중 검증 결과를 포함하여 여기에 제시된 두 Arks 지오메트리의 선택 및 개선에 중요한 모델링 노력은 보충 파일 1의 섹션 6에 자세히 설명되어 있습니다. "Shell"Arks 설계의 모델링 및 수중 테스트 결과가 여기에 표시됩니다. 그런 다음 푸에르토 리코와 퀴라 소의 카리브해 현장 (총 4 개의 방주 구조물 설치)에 각 설계의 두 가지 구조물이 배치되었고 산호가 구조물로 옮겨졌습니다. "Shell" Arks 설계 및 2개의 해저 통제 사이트와 관련된 수질, 미생물 군집 및 산호 생존 지표는 자연 모집 및 파종된 ARMS 추가 후 Arks 구조와 관련된 환경 매개변수 및 산호 건강의 변화를 특성화하고 결정하기 위해 6개월에 걸친 여러 시점에서 수집되었습니다.

Coral Arks의 항력 특성
대상 환경에서 살아남을 수 있는 구조와 계류를 설계하기 위해서는 Coral Arks의 항력 특성을 이해하는 것이 중요합니다. 구조적 관점에서 유체역학적 항력은 순 부력과 함께 구조물 내, 특히 계류장과 고정 시스템에 하중을 가합니다. 우리는 Arks 구조의 항력 특성을 추정하기 위해 모델링 및 실험 측정을 수행했습니다. Arks 구조의 "Shell" 설계에 대한 이러한 테스트 결과는 아래에 자세히 설명되어 있습니다. 모델링은 구조의 개별 요소의 항력을 추정하고 이를 합산한 다음 결과를 방정식 (1) 및 방정식 2와 같이 효과적인 항력 계수로 결합하여 수행되었습니다.

(1개)

(2개)

여기서 D합계는 Di 요소 항력의 합으로부터 추정된 구조물의 총 항력이고, CD는 전체 구조물 항력 계수이고, 유체 밀도이고, U는 유체에 대한 물체의 유속이고, A는 구조물의 정면 면적이다. 이 계산에서 요소는 모두 원통으로 가정되었으며 흐름에 대한 방향은 Ark 구조의 직립 기하학에 의해 결정되었습니다. 모델링은 최종 필드 시스템을 구축하기 전에 견인 테스트 (아래 설명 참조)에 사용 된 것과 동일한 프로토 타입 "Shell"시스템 (2V 측지 구체)에 대해 수행되었습니다. 프로토 타입은 약 2.10m2의 총 정면 면적을 가지며, 모델링 결과는 약 0.12의 전체 구조에 대한 유효 항력 계수를 나타냈다. 속도의 함수로 구조에 대한 모델 예측 항력은 그림 4에 나와 있습니다.

상이한 유속 하에서 경험하게 될 구조물의 항력에 대한 실험적 추정치는 예인선과 틸트 센서와 일직선으로 접합된 로드셀이 있는 선박 뒤에서 Ark 구조를 견인하여 예인 속도 범위에서 수직축에 대한 Ark의 방향 변화를 기록함으로써 얻어졌습니다. 견인 전에 구조물의 수중 중량을 결정하고 약 200kg의 순 부력을 시뮬레이션하기에 충분한 추가 중량을 구조물에 추가했습니다(시스템의 초기 목표). 견인 케이블의 장력과 Ark의 경사각에 따라 각 속도에서의 항력(D견인)은 식 (3)을 사용하여 결정되었습니다.

(3)

여기서 T 는 로드셀에서 측정된 장력이고 수직 축에 대한 기울기 각도입니다. 결과 항력 대 속도 관계는 그림 4에 나와 있습니다. 그런 다음 정면 면적 및 물 밀도의 추정치와 결합된 가장 적합한 항력 곡선( 형태 D견인 α U2, 그림 4 참조)을 사용하여 0.13의 경험적 항력 계수를 결정했습니다.

견인 테스트 중 레이놀즈 수 (및 모델링에 사용 된 범위)는 일반적으로 난류 체제에서 105-10 6 범위였습니다. 이 레이놀즈 수 범위에 있는 구에 대한 항력 계수의 일반적인 값은 0.2와 0.4 사이입니다. 비교를 위해 항력 계수가 0.3인 구에 대한 항력 곡선의 플롯이 그림 4에 나와 있습니다. 따라서, 항력 계수의 모델링 및 실험적 추정치는 구보다 2 내지 3 배 더 작으며, 이는 구조의 더 개방 된 특성과 일치한다.

이러한 모델링 된 결과를 검증하기 위해 우리는 또한 두 개의 "Shell"Arks 구조물의 반응에 대한 현장 측정을 수행했습니다. 이를 위해 Ark 메인 계류라인에 맞춰 동일한 로드셀을 임시로 설치하고, Ark에 기울기 센서를 설치하고, 현장에 전류계를 설치하여 유속을 동시에 모니터링했습니다. 그런 다음 장력의 부력과 항력 성분은 기울기 각도와 로드셀 측정에서 계산되었습니다(그림 5). 측정 기간 동안의 전류 속도는 약 20cm/s로 비교적 안정적이었고 데이터 세트는 상대적으로 짧았습니다. 따라서 데이터는 해당 기간 동안 평균화되었으며 필드 항력 및 속도 응답을 모델링 및 실험적 견인 추정치와 비교하는 데 사용되었습니다. 이러한 결과는 배치 현장의 예상 조건(일반적인 폭풍 발생 시 최대 1.3m/s의 유속)에서 시스템의 항력이 300kg 미만일 것으로 예상됨을 보여줍니다.

푸에르토리코 비에케스에 있는 두 "쉘" 구조물은 2022년 9월 카테고리 1 허리케인 피오나의 직접적인 타격에서 구조물, 계류 또는 고정 시스템에 명백한 손상 없이 살아남아 설계를 지원하는 현장 테스트를 제공했습니다. 인근 부표(CARICOOS)는 배치 현장의 10m 깊이에서 1.05m/s의 현재 속도를 기록했으며, 이는 계류 시스템에서 약 160kg의 항력에 해당합니다. 이 시스템은 1,600kg의 힘을 견딜 수 있도록 설계되었으며(앵커 용량 및 부품 파괴 강도 고려) 주변 또는 일반적인 폭풍 조건에서 고장이 나지 않을 것으로 예상됩니다.

Coral Arks에 대한 순 부력 모니터링
방주 구조의 항력 특성을 검증하기 위해 설명된 것과 동일한 접근 방식이 방주의 순 부력을 모니터링하는 방법을 개발하는 데에도 사용되었습니다. 방주의 물리적 구조가 일정하게 유지되는 한, 순 부력은 전체 군집 석회화와 산호 성장을 모니터링하기 위한 대략적인 프록시를 제공할 뿐만 아니라 시스템이 시간 경과에 따른 생물학적 성장을 보상하기에 충분한 양의 부력을 가지고 있는지 여부를 결정하기 위한 유지 관리 지표를 제공합니다. 계류 장력의 부력 성분 (B)은 식 (4)의 스트레인 게이지 및 기울기 센서 데이터를 사용하여 계산되었습니다.

(4개)

여기서 T 는 로드셀에서 측정된 장력이고 기울기 각도입니다. 순 부력의 결과 시계열은 그림 5에 나와 있습니다. 현장 모니터링 이벤트 동안 존재하는 비교적 안정적인 현재 조건 하에서, 우리는 푸에르토 리코의 비에 케스 (Vieques)에 배치 된 두 개의 "쉘 (Shell)"방주 구조물이 82.7 kg ± 1.0 kg (Ark 1) 및 83.0 kg ± 0.9 kg (Ark 2)의 유사한 순 부실을 갖는 것으로 나타났습니다 (1 표준 편차 ±) 모든 산호와 파종 된 ARMS 유닛이 초기 구조물 배치 후 구조물로 옮겨졌습니다. 결과는 상대적으로 안정적인 물 흐름 기간 동안의 단기 모니터링을 사용하여 현장의 순 부력을 ~1kg 이내로 결정할 수 있으며, 이는 바이오매스의 변화를 모니터링하는 데 장기적으로 유용할 것임을 보여줍니다.

수질과 미생물 군집 역학
수질 및 수주 관련 미생물 군집과 관련된 메트릭은 푸에르토리코의 Isla Vieques 앞바다에서 55피트 깊이의 방주 상단과 함께 25피트 수심에 고정된 두 개의 중수 "Shell" 방주에서 측정되었습니다(그림 6C). 두 개의 방주에서 얻은 수질 지표, 미생물 및 바이러스 풍부도, 평균 미생물 크기는 25피트 깊이에 있지만 해안에 훨씬 더 가까운 두 개의 인근 해저 "통제" 장소의 동일한 지표와 비교되었습니다(그림 6D). 표시된 측정값은 이동된 산호의 초기 배치(2021년 11월)와 두 번째 배치의 산호와 씨를 뿌린 ARMS가 방주로 옮겨진 후(2022년 5월) 6개월 후 방주를 설치한 직후에 수집되었습니다. 그런 다음 비교를 위해 두 사이트(Arks 및 통제 사이트)에서 평균을 냈습니다. 파종된 ARMS가 배치 후 6개월에 Arks로 옮겨짐에 따라 처음 6개월 동안 구조물에 생물학적 군집이 축적된 것은 생물 오염 및 자연 모집과 관련이 있었습니다.

Arks 환경은 저서 대조 부위보다 더 높은 평균 주간 광도(그림 6A), 더 높은 평균 유속(그림 6C), 더 낮은 용존 유기 탄소 농도(그림 6F) 및 더 낮은 용존 산소 농도의 디엘 변동(그림 6G)을 나타냈습니다. Arks는 또한 중수 Arks 환경에서 더 많은 양의 유리 바이러스(그림 7C)와 더 낮은 미생물 풍부도(그림 7B)에 의해 구동되는 대조군보다 더 높은 바이러스 대 미생물 비율(그림 7A)을 가진 미생물 군집을 표시했습니다. 방주의 미생물 군집은 평균적으로 해저 지역의 미생물 군집보다 물리적으로 더 작은 세포로 구성되었습니다(그림 7D). 방주와 대조 장소 사이의 온도 차이는 크지 않았습니다(그림 6E). 위의 모든 경향은 통제 지역보다 방주에서 더 나은 수질과 더 건강한 미생물 군집과 일치합니다. 이러한 조건은 배치 초기 6개월 동안 지속되었으며, 이 기간 동안 산호 덩어리의 이동과 물기둥의 자연 모집을 통해 초기 생물학적 공동체가 방주에서 발전했으며 연속적인 변화를 경험했으며 6개월에 구조물에 씨를 뿌린 ARM을 추가했습니다.

산호 생존
8 종과 다양한 형태로 구성된 산호 코호트는 방주 설치 (0 개월)와 6 개월에 파종 된 ARM이 추가 된 후 방주 및 저서 방제 장소에 배포되었습니다. 각 산호 종의 원래 부모 식민지는 너빈(주어진 치수에서 2-8cm)으로 파편화되고 석회암 산호판(20cm2 플레이트당 4-5개의 너빈)에 부착되어 방주와 대조 지역 모두에 균등하게 분포되어 동일한 종과 유전자형이 중수 방주 지역과 대조 지역 모두에서 표현되도록 했습니다. 이 옮겨진 산호의 생존은 방주와 통제 장소에서 3 개월마다 평가되었습니다. 첫 번째 산호 코호트가 전좌된 지 9개월이 지난 후, 대조군(42%, 그림 8)에 비해 방주(80%, 그림 8)에 더 많은 산호가 여전히 살아 있었습니다.

그림 1 : 완전히 설치된 두 개의 Coral Ark 구조물의 구조적 구성 요소를 보여주는 다이어그램. 왼쪽, "Shell"및 "Two-Platform"(오른쪽) Coral Arks 구조가 양의 부력을 제공하는 두 가지 방법과 앵커링을 위한 두 가지 방법과 함께 표시됩니다. 약어: ARMS = Autonomous Reef Monitoring Structures. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: ARMS 장치의 설계, 배포 및 이전. (AD) PVC ARMS 및 (EH) 석회암 ARMS는 해저 파종 장소에서 산호 방주까지. (A) 사진 출처: Michael Berumen. (B) David Littschwager의 사진 제공. 약어: PVC = 폴리염화비닐; ARMS = 자율 암초 모니터링 구조. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3 : Coral Arks의 배포 단계를 나타내는 이미지, 현장으로의 운송 및 전체 설치를 포함합니다. (A-C) 쉘 타입 및 (D-F) 2 플랫폼 타입 시스템. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: 모델링, 실험적 견인 테스트 및 동일한 대략적인 축척의 구의 항력에 대한 현장 검증을 기반으로 한 "Shell" Ark 구조의 항력 특성. "ARK1"과 "ARK2"는 푸에르토리코 비에케스의 같은 장소에 설치된 동일한 "Shell" 방주 구조입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5: 푸에르토리코의 비에케스(Vieques)에 있는 두 개의 "쉘(Shell)" 방주에 대해 측정된 순 부력 값. "Shell" Ark 1(파란색) 및 "Shell" Ark 2(녹색)에 대한 계류선(왼쪽 축, 어두운 색상)의 유속(오른쪽 축, 중간 색상), 순 부력(왼쪽 축, 밝은 색상) 및 계산된 항력/장력이 표시됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 6: 푸에르토리코 비에케스(Vieques)에 있는 "Shell" Arks 및 해저 통제 현장과 관련된 수질 지표, 설치 직후 및 6개월 후. (A) 주간 광도, (B) 현재 속도, (C,D) 설치 후 6개월 동안 촬영한 사진, (E) 온도, (F) 용존 유기 탄소, (G) 6개월 동안 방주 대 대조 현장의 용존 산소 수준 변화. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 7: 설치 직후와 설치 후 6개월 동안 푸에르토리코 비에케스(Vieques)에 있는 "Shell" Arks 및 해저 통제 현장의 수주 관련 미생물 군집과 관련된 메트릭 . (A) 바이러스 대 미생물 비율, (B) 박테리아 세포 풍부도, (C) 유리 바이러스 풍부도 및 (D) 평균 박테리아 세포 크기. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 8 : 이동 후 처음 9 개월 동안 푸에르토 리코의 Vieques에있는 "Shell"Arks 및 해저 통제 구역에서 살아남은 산호의 비율. 이미지는 전좌 직후(왼쪽)와 전좌 후 6개월(오른쪽)의 Arks(위)와 저서 대조 부위(아래)에 있는 단일 산호판의 상태를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

표 1: ARMS 구성 및 설계 고려 사항. 약어: ARMS = Autonomous Reef Monitoring Structures; PVC = 폴리염화비닐. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.

표 2 : Coral Arks 설계 고려 사항. 약어: PVC = 폴리염화비닐; ARMS = 자율 암초 모니터링 구조; HDPE = 고밀도 폴리에틸렌. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.

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저자는 경쟁적인 재정적 이해 관계나 기타 이해 상충이 없습니다.