Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

תיבות שונית אלמוגים: מזוקוסמוס באתרו וארגז כלים להרכבת קהילות שוניות

Published: January 6, 2023 doi: 10.3791/64778
Automatic Translation
1, 2, 3, 1, 1, 4, 4, 1, 1, 1, 5, 6, 2, 2, 5, 4, 7, 1
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

מבנים גיאודזיים מעוגנים באמצע המים הנקראים תיבות אלמוגים מספקים פלטפורמת מחקר מודולרית, ניתנת להרחבה ומתכווננת אנכית שניתן להשתמש בה כדי לבנות, לנטר ולהפריע לקהילות שוניות אלמוגים באזורים שלא פעלו בעבר, כולל מול החוף.

Abstract

שוניות אלמוגים משגשגות ומספקות שירותי מערכת אקולוגית מקסימליים כאשר הן תומכות במבנה טרופי רב-מפלסי וגדלות בתנאי איכות מים נוחים הכוללים רמות אור גבוהות, זרימת מים מהירה ורמות מזון נמוכות. איכות מים ירודה ועקה אנתרופוגנית אחרת גרמו לתמותת אלמוגים בעשורים האחרונים, מה שהוביל להורדת דירוג טרופי ולאובדן מורכבות ביולוגית בשוניות רבות. פתרונות להיפוך הגורמים להורדת דירוג טרופי נותרו חמקמקים, בין השאר משום שמאמצים לשקם שוניות נעשים לעתים קרובות באותם תנאים מופחתים שגרמו לתמותת אלמוגים מלכתחילה.

תיבות אלמוגים, מבני ציפה חיובית, מתוכננים לספק תנאי איכות מים משופרים ומגוון ביולוגי מסתורי תומך עבור אלמוגים שעברו טרנסלוקציה וגויסו באופן טבעי כדי להרכיב מזוקוסמות שונית בריאות לשימוש כפלטפורמות מחקר ארוכות טווח. מבני ניטור שוניות אוטונומיות (ARMS), מתקני התיישבות פסיביים, משמשים להעברת המגוון הביולוגי של השונית המסתורית לתיבות האלמוגים, ובכך מספקים "דחיפה" לגיוס טבעי ותורמים תמיכה אקולוגית לבריאות האלמוגים. מידלנו ובדקנו בניסוי שני עיצובים של תיבות כדי להעריך את מאפייני הגרר של המבנים ולהעריך את יציבותם ארוכת הטווח במרכז המים בהתבסס על תגובתם לכוחות הידרודינמיים.

לאחר מכן התקנו שני עיצובים של מבני Arks בשני אתרי שוניות בקריביים ומדדנו מספר מדדי איכות מים הקשורים לסביבת Arks לאורך זמן. בעת הפריסה ו-6 חודשים לאחר מכן, תיבות האלמוגים הציגו מדדים משופרים של תפקוד השונית, כולל זרימה גבוהה יותר, אור וחמצן מומס, הישרדות גבוהה יותר של אלמוגים שעברו טרנסלוקציה, וירידה במשקעים ובמיקרוביאליזציה ביחס לאתרים סמוכים בקרקעית הים באותו עומק. שיטה זו מספקת לחוקרים פלטפורמה מותאמת וארוכת טווח לבניית קהילות שוניות שבהן ניתן להתאים את תנאי איכות המים המקומיים על ידי שינוי פרמטרים של פריסה כגון עומק ואתר.

Introduction

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 שונית16,17. 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 נגר24,25 ועל ידי שינוי מחזור ביו-גיאוכימי 26. בתורו, פעילויות אלה פוגעות בקהילות שוניות באמצעות חניקה, דלדול אנרגיה, אספקת מזהמים הקשורים לשקיעה27,28, שיפור הצמיחה של מאקרו-אצות המתחרות באלמוגים29, הגדלת שפע הפתוגנים המיקרוביאליים6,30,31, ויצירת אזורים היפוקסיים שהורגים חסרי חוליות מסתוריים32,33 . 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 בשונית34,35. 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 לסבול32,36,37,38 . 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 משופרת39,40, 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.

Protocol

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.

Representative Results

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):

Equation 1(1)

Equation 2(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):

Equation 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):

Equation 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).

Figure 1
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.

Figure 2
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.

Figure 3
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.

Figure 4
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.

Figure 5
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.

Figure 6
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.

Figure 7
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.

Figure 8
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. 

Discussion

התוצאות המייצגות שהוצגו לעיל מראות כי תיבות אלמוגים מספקות בית גידול ותנאי איכות מים משופרים להרכבת קהילות שוניות על פלטפורמות מחקר יציבות באתרן. ארונות ואתרי בקרה על קרקעית הים באותו עומק הציגו פרופילי איכות מים שונים באופן עקבי. מהירויות זרם ממוצעות גבוהות יותר ומרחק רב יותר מהחוף הפחיתו את השקיעה והעכירות בסביבת אמצע המים באתרי התיבות (איור 6B), מה שככל הנראה תרם לריכוזי פחמן אורגני מומס נמוכים יותר שנמדדו בתיבות (איור 6F). יתר על כן, שיפורים אלה בצלילות המים הביאו לעוצמות אור גבוהות יותר בשעות היום בתיבות ביחס לאתרי הבקרה (איור 6A). תנודות נמוכות יותר בחמצן המומס מצביעות על זמינות חמצן משופרת עבור אלמוגים בתיבות בהשוואה לבנטוס, במיוחד בלילה (איור 6G). כל המדדים האלה נקשרו לשיפורים בהישרדות אלמוגים 42, גדילה 43,44,45 והתאוששות מעקה46,47 בעבודות קודמות, וייתכן שהם קשורים לתוצאות הישרדות משופרות של אלמוגים שהועתקו לתיבות בהשוואה לאתרי בקרה בנתיים (איור 8 ). העובדה שתנאים אלה נמשכים גם לאחר הצטברות של ביומסה משמעותית באמצעות ביופולינג מצביעה על כך שתהליכי גיוס טבעיים אינם מפחיתים את תכונות איכות המים המשופרות של סביבת אמצע המים. התיבות נפרסו במרחק של 3 ק"מ מהחוף של אתרי הבקרה הבנטיים, וככל הנראה נהנו מירידה בתשומות של משקעים יבשתיים, חומרי מזון ואולי גם לחצי דיג המאתגרים אתרים קרובים לחוף. תיבות ישיבה באזורים עם מים נקיים והשפעה אנושית נמוכה (כגון מהחוף) עשויות לספק סביבה טובה יותר מאשר אזורי חוף שנפגעו קשות כדי להפיץ את המגוון הביולוגי בשונית לניסויים ברמת מזוקוסמוס.

הממצאים הראשוניים הצביעו גם על כך שתיבות המים האמצעיות חוו פחות מיקרוביאליזציה, תהליך שוניות מרכזי הקשור לפגיעה בבתי הגידול של השוניות הבנטיות 4,48. תשומות תזונתיות גבוהות ודיג יתר זוהו כגורמים ללולאות משוב טרופיות ברחבי השונית שבהן מתפשטות קהילות מיקרוביאליות מעורערות אנרגטית, וכתוצאה מכך לירידה נשימתית של חמצן זמין מטבולית ולשכיחות מוגברת של פתוגנים אלמוגים בבנתוס 6,49,50,51 . השפע המופחת של נגיפים חופשיים בשוניות מיקרוביאליות, המשמשים בקרה ליטית ראשונית על צמיחת הקהילה המיקרוביאלית, מצביע על התמוטטות במבנה הטרופי המעדיף התפשטות מיקרוביאלית נוספת52. מיקרובים הקשורים לעמודי מים בתיבות היו פחות נפוצים (איור 7B) וקטנים יותר פיזית (איור 7D) מאשר באתרי קרקעית הים. התיבות גם הציגו יחס גבוה יותר בין וירוסים למיקרובים (איור 7A), שפע של נגיפים חופשיים (איור 7C) וזמינות חמצן מומס, במיוחד בלילה (איור 6G). יחד, ממצאים אלה מצביעים על כך שסביבת אמצע המים הראתה פחות פוטנציאל למיקרוביאליזציה ביחס לאתרי קרקעית הים. תיבות, כמזוקוסמות שבהן ניתן לשנות את תנאי הסביבה פשוט על ידי התאמה אנכית בעמודת המים, מציעות הזדמנות למתן ולחקור עוד יותר את המנגנונים המיקרוביאליים והמולקולריים של השפלת שוניות.

כדורים גיאודזיים בשני תדרים שונים נבחרו לתכנון תיבות האלמוגים המוצגות כאן (איור 1). תדר גיאודזי (1V, 2V, 3V) מציין את מספר תת-האלמנטים החוזרים בספירה גיאודזית, עם תדרים גבוהים יותר המתאימים למספר גבוה יותר של תת-אלמנטים משולשים. מנקודת מבט מבנית, פוליהדרה גיאודזית מפזרת מתח מכני בכל המבנה, וכתוצאה מכך חוזק מולד גבוה לגודלם53,54. מאפיינים אלה מספקים עמידות גבוהה ואריכות ימים, אך באים במחיר של גרר הידרודינמי גבוה יותר, אשר יכול לגרום לעומסים גבוהים יותר על מערכת העגינה. מנקודת מבט של בית גידול, הגרר שנוצר על ידי מערכת התיבה מייצג אינדיקטור לפיזור התנע בתוך המבנה, ולפיכך, למידת הפחתת זרימת הסביבה הפנימית. התוצאות המודליות והמתוקפות בניסוי מצביעות על ירידה של 40%-70% במהירות הזרימה בתוך תיבות ה"מעטפת" ביחס לשדה הזרימה שמסביב עקב יצירת זרימה טורבולנטית בתוך המבנים (ראה סעיף 6 בקובץ משלים 1). בעוד שהרמה האופטימלית של הפחתת זרימה פנימית אינה ברורה (ושונה בתדירות הגיאודזית), אזורים של זרימה מופחתת בתוך המבנה חשובים ליצירת בתי גידול נישתיים 55,56, רה-מינרליזציה של חומרי מזון 57,58, וקידום שימור ויישוב הזחלים 59,60 . באופן כללי, מבנים גיאודזיים גדולים יותר ובתדר גבוה יותר, במיוחד באתרי התקנה חשופים יותר, דורשים מערכות עיגון בעלות כוח אחיזה גבוה יותר ויתירות רבה יותר המשולבות בתכנון המבני.

התוצאות ממדידות מבוססות שדה של רכיב הגרר של מתח על מערכת העגינה של ארון "מעטפת" תאמו מאוד את התוצאות שהופקו מהערכות הגרירה המודליות והניסיוניות (איור 4) והיו בתוך טווחי התכנון הצפויים. תוצאות אלה מצביעות על כך שההנחות של המודל ההידרודינמי תקפות וכי המודל יכול לחזות כוחות גרר על פני טווחי זרם הרקע. עם זאת, בעוד שהסטיות בנתוני המודל והניסוי היו קטנות, טווח הזרימות במהלך תקופת הבדיקה, שהיו אופייניות למהירויות זרימה סביבתיות שאינן סופות באתר, לא אפשרו אימות קפדני על פני ספקטרום המידול המלא. בחיזוי דרישות התכנון של מערכות תיבות אלמוגים, יש לשלב מאמצי מידול עם מידע על תדירות הסערות והחשיפה באתרי הפריסה המתוכננים לתכנון מבנים ומערכות עגינה שיוכלו לשרוד את הכוחות ההידרודינמיים הצפויים. עבודת המידול המוצגת כאן יכולה לשמש לתכנון מערכות Ark באתרים אחרים עם כניסות מינימליות (גודל התיבה הרצוי, תדירות ומהירויות זרם ממוצעות באתר הפריסה) על ידי מתן מקדמי גרר וכוחות צפויים מרביים על מערכת העגינה והעגינה.

מערכות ארונות ו-ARMS הן מודולריות ויכולות להיבנות בקני מידה שונים ובחומרים חלופיים מאלה שתוארו כאן. למרות שתוחלת החיים הסופית שלהם עדיין לא נקבעה, תיבות האלמוגים תוכננו להיות בעלות מחזור חיים של כ -10 שנים. ההרכב החומרי של התיבות וה-ARMS משפיע על אורך החיים של המבנים, על משקל המערכות, ולפיכך על הציפה הנדרשת כדי לקזז את המשקל ועשוי להשפיע על תגובתן של קהילות עכירות מוקדמות (קובץ משלים 1-איור S7). לדוגמה, אבן גיר מספקת מצע טבעי יותר להתיישבות ביולוגית בזרועות והיא מופקת בקלות ובזול ברוב איי השונית הפחמתית, אך היא שברירית וכבדה יותר מחומרים אחרים כגון PVC ופיברגלס. יש לקחת בחשבון גורמים אלה כנגד מאפיינים ספציפיים לאתר כדי לתכנן מערכות ARMS, Arks ועגינה המטפלות בצורה הטובה ביותר בתוצאות הפרויקט הרצויות.

כמו כן, יש לבחור את אתרי הפריסה של תיבות אלמוגים בהתבסס על מטרות הפרויקט המיועדות (כלומר, מחקר, הפחתה או שיקום). גורמים שיש לקחת בחשבון לבחירת האתר כוללים גישה לחומרים, מצב או מצב שונית, השקעה/מעורבות קהילתית, הגבלת משאבים, תמיכה מוסדית ודרישות היתר. תיבות אלמוגים עשויות לספק הזדמנויות לענות על צרכים ספציפיים באתרים אשר: (1) מכילים שוניות אלמוגים חיות במצב גרוע יחסית וייהנו מפעילויות שיקום כדי לשפר את גיוס האלמוגים, כיסוי האלמוגים, הגנת החופים או משאבי המזון האנושיים; (2) יש צורך בהעתקת אלמוגים למקום אחר, דבר שעשוי להתרחש, למשל, כאשר קיימות דרישות חוקיות להעברת אלמוגים חיים מפריטי פסולת המיועדים לפינוי (באתרים אלה, ניתן להשתמש בארונות אלמוגים בשיתוף פעולה עם, או בתמיכה, במאמצי שיקום ושתילה קיימים לשיפור תוצאות הטרנסלוקציה); (3) לדרוש מחקר בטכנולוגיות שימור ושחזור חדשניות באמצעות תיבות אלמוגים כדי לשפר את הצלחת המאמצים המקומיים; או (4) יש תנאים מקומיים מובחנים מספיק (כלומר, סדרי גודל שונים של השפעה אנתרופוגנית), כלומר מזוקוסמות סטנדרטיות יכולות להניב השוואות משמעותיות לגבי תהליכים והתערבויות בשונית. הגישות הספציפיות לניטור היבטים של המערכת האקולוגית של תיבות האלמוגים, כגון גידול ביולוגי, מגוון וכימיה של מים, ישתנו בין פרויקטים בהתבסס על מטרות הפרויקט ומשתנים ספציפיים לאתר. מתווה מייצג לניטור מדעי של תיבות אלמוגים שנערך עד כה מופיע בסעיף 5 לקובץ משלים 1.

העיצוב של מבני תיבות האלמוגים יכול להכיל אלמוגים כמעט מכל מין, גודל וגיל, ואמור לספק תנאים משופרים ביחס לאלה שעל בנתוס שונית מופרעת. בהתאם לשיעורי הצמיחה וההסתיידות שנצפו במערכת נתונה, ייתכן שתידרש תוספת של ציפה חיובית למבני התיבה כדי לפצות על הגידול הביולוגי ולהפחית את הסיכון לטביעה. ניתן לשקול מבנים בעלי ציפה חיובית באמצע המים באמצעות תא עומס מתח/דחיסה, או מד מאמץ, כדי לקבוע אם משקל הקהילה בתוך המים גדל (איור 5). מדידות תקופתיות או ארוכות טווח באמצעות תא העומס יכולות להשלים מדדי גדילה אלמוגים אחרים ברזולוציה עדינה יותר כדי ליצור מדד של גדילה/הסתיידות ברמת הקהילה, ונכללו כמשימת תחזוקה קבועה כדי לקבוע אם למערכת יש מספיק ציפה חיובית כדי לפצות על הגידול הביולוגי הזה לאורך זמן. במקרה שלא ניתן עוד לפקח או לתחזק ארון תקשורת מותקן, ניתן יהיה למקם אותו מחדש ו/או להסיר את הציפה כדי לאפשר לארון להיות מחובר היטב לבנטוס.

השיטות המתוארות כאן מספקות לחוקרים ארגז כלים רב-תכליתי להרכבת קהילות שוניות מים בינוניות שניתן למקם במקומות עם איכות מים משופרת. על ידי שינוי העומק או המיקום של מבני הארונות, שינויים בפרמטרים של איכות המים יכולים להיות קשורים באופן ניסיוני לשינויים במבנה קהילת השונית ובמסלולים עוקבים. תכונת תכנון זו מאפשרת לחוקרים לנצל את השטח השופע והלא מנוצל בסביבה של אמצע המים כדי להרכיב ולחקור מזוקוסמות של שוניות אלמוגים. השימוש בזרועות זרעים כדי לאתר מגוון ביולוגי מסתורי ולספק "דחיפה" לגיוס טבעי של חסרי חוליות מרעה ניידים מספק פתרון פונקציונלי להפחתת ביופולינג אצות, ובכך תחרות בנתית על אלמוגים. שימוש במבני דגימה מבוססים וסטנדרטיים כרכיבים של מערכת זו מספק ערך מוסף בכך שהוא מאפשר ניטור ארוך טווח של קהילות מוצפנות בארונות והשוואה למערכי נתונים שנוצרו באמצעות ARMS ככלי מפקד מגוון ביולוגי עולמי.

תיבות אלמוגים יכולות לשמש כפלטפורמה הוליסטית יותר, משולבת ומווסתת את עצמה להתרבות ביומסה של אלמוגים וחסרי חוליות, שלאחר מכן ניתן לשתול אותה בשוניות סמוכות ויכולה לספק מקלט בטוח לאלמוגים לגדול ולהתרבות בתנאי איכות מים משופרים. כפי שמודגם כיום בפורטו ריקו, ארונות יכולים להניב תוצאות הישרדות משופרות עבור פרויקטים להפחתת הסיכון הכוללים העתקה של אלמוגים ומגוון ביולוגי של שוניות מפריטי פסולת או אזורים מושפלים. לתיבות יש רלוונטיות בפרויקטים ארוכי טווח כשיטה להחליף בתי גידול לאוכלוסיות דגים, לבחון אסטרטגיות שימור חדשניות ולשמר את המגוון הביולוגי של השוניות המקומיות. בתוך כך, Arks מספקים כלים מגוונים לביצוע מחקרים באתרם של מכלולי שוניות ורצף אקולוגי ועשויים להפיק תובנות חדשות על קישוריות שוניות.

Disclosures

למחברים אין אינטרסים כלכליים מתחרים או ניגודי עניינים אחרים.

Acknowledgments

אנו מודים למארק ורמיי, קריסטן מרהבר וקרן המחקר CARMABI בקוראסאו על מתן משאבים, תמיכה ותובנות לפרויקט זה. אנו מודים לתוכנית השיקום של NAVFAC Atlantic Vieques ולצוות ההנדסה של ג'ייקובס על תמיכתם הלוגיסטית והטכנית המשמעותית בהתקנה, תחזוקה וניטור של תיבות האלמוגים בוויאקס. אנו אסירי תודה גם למייק אנגרה, טוני לוק, סינתיה סילביירה, נטשה וארונה, אנדרס סאנצ'ס-קווינטו, לארס טר הורסט ובן דארבי על עזרתם ותרומתם הבונה בתחום. מחקר זה מומן על ידי פרס חוקר סימביוזה ימית של קרן גורדון ובטי מור ל-FLR ועל ידי תוכנית ההסמכה הטכנולוגית לביטחון סביבתי של משרד ההגנה (RC20-5175).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

References

  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. Coral-associated invertebrates: Diversity, ecological importance and vulnerability to disturbance. Oceanography and Marine Biology: An Annual Review, edited by. Gibson, R. N., Atkinson, R. J. A., Gordon, J. D. M. , CRC Press. Boca Raton, FL. (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. , Okinawa, Japan. 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. Mooring Buoy Planning Guide. International PADI, Inc. , Available from: http://www.coris.noaa.gov/activities/resourcesCD/resources/mooring_buoy_g.pdf (2005).
  42. 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).
  43. 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).
  44. 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).
  45. 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).
  46. 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).
  47. 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).
  48. McDole, T., et al. Assessing coral reefs on a Pacific-wide scale using the microbialization score. PLoS One. 7 (9), 43233 (2012).
  49. 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).
  50. Haas, A. F., et al. Influence of coral and algal exudates on microbially mediated reef metabolism. PeerJ. 1, 108 (2013).
  51. Silveira, C. B., et al. Microbial processes driving coral reef organic carbon flow. FEMS Microbiology Reviews. 41 (4), 575-595 (2017).
  52. Knowles, B., et al. Lytic to temperate switching of viral communities. Nature. 531 (7595), 466-470 (2016).
  53. Szmit, R. Geometry design and structural analysis of steel single-layer geodesic domes. 2017 Baltic Geodetic Congress (BGC Geomatics). , 205-209 (2017).
  54. 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. , The Westin Bonaventure Hotel, Los Angeles, California. (2018).
  55. Graham, N. A. J., Nash, K. L. The importance of structural complexity in coral reef ecosystems. Coral Reefs. 32, 315-326 (2013).
  56. 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).
  57. 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).
  58. 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).
  59. 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).
  60. 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

מדעי הסביבה גיליון 191
תיבות שונית אלמוגים: מזוקוסמוס <em>באתרו</em> וארגז כלים להרכבת קהילות שוניות
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Baer, J. L., Carilli, J., Chadwick,… More

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. F., 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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter