Waiting
Login processing...

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

Environment

Coral Reef Arks: En in situ mesokosmos og verktøykasse for montering Reef Communities

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

Fortøyde midtvanns geodetiske strukturer kalt Coral Arks gir en modulær, skalerbar og vertikalt justerbar forskningsplattform som kan brukes til å bygge, overvåke og forstyrre korallrevsamfunn i tidligere uvirksomme områder, inkludert offshore.

Abstract

Korallrev trives og gir maksimale økosystemtjenester når de støtter en trofisk struktur på flere nivåer og vokser i gunstige vannkvalitetsforhold som inkluderer høye lysnivåer, rask vannstrøm og lave næringsnivåer. Dårlig vannkvalitet og andre menneskeskapte stressfaktorer har forårsaket koralldødelighet de siste tiårene, noe som har ført til trofisk nedgradering og tap av biologisk kompleksitet på mange rev. Løsninger for å reversere årsakene til trofisk nedgradering forblir unnvikende, delvis fordi arbeidet med å gjenopprette rev ofte blir forsøkt i de samme reduserte forholdene som forårsaket koralldødelighet i utgangspunktet.

Coral Arks, positivt flytende, midtvannsstrukturer, er designet for å gi forbedrede vannkvalitetsforhold og støttende kryptisk biologisk mangfold for translokerte og naturlig rekrutterte koraller for å sette sammen sunne revmesokosmer for bruk som langsiktige forskningsplattformer. Autonomous Reef Monitoring Structures (ARMS), passive bosettingsenheter, brukes til å flytte det kryptiske biologiske mangfoldet til korallarkene, og dermed gi et "løft" til naturlig rekruttering og bidra med økologisk støtte til korallhelsen. Vi modellerte og eksperimentelt testet to design av Arks for å evaluere dragegenskapene til strukturene og vurdere deres langsiktige stabilitet i midtvannet basert på deres respons på hydrodynamiske krefter.

Deretter installerte vi to design av Arks-strukturer på to karibiske revsteder og målte flere vannkvalitetsmålinger knyttet til Arks-miljøet over tid. Ved utplassering og 6 måneder etter viste korallarkene forbedrede beregninger av revfunksjon, inkludert høyere strømning, lys og oppløst oksygen, høyere overlevelse av translokerte koraller og redusert sedimentering og mikrobialisering i forhold til nærliggende havbunnssteder på samme dybde. Denne metoden gir forskere en tilpasningsdyktig, langsiktig plattform for å bygge revsamfunn der lokale vannkvalitetsforhold kan justeres ved å endre distribusjonsparametere som dybde og sted.

Introduction

Over hele verden gjennomgår korallrevøkosystemer overganger fra høybiologisk mangfold, koralldominerte bunnsamfunn til samfunn med lavere mangfold dominert av torv- og kjøttfulle makroalger 1,2,3. Tiår med fremgang i å karakterisere mekanismene for nedbrytning av korallrev har avslørt hvordan koblinger mellom mikrobielle og makroorganismale samfunn øker tempoet og alvorlighetsgraden av disse overgangene. For eksempel initierer overfiske av rev av menneskelige populasjoner en trofisk kaskade hvor overskytende fotosyntetisk avledede sukkerarter fra ubeitede alger shunt energi inn i revets mikrobielle samfunn, og dermed driver patogenesen og forårsaker korallnedgang 4,5,6. Denne trofiske nedgraderingen forsterkes av tapet av biologisk mangfold på rev som følge av vannkvalitetsnedgang 7,8. Eksperimenter på mesokosmnivå kan brukes til å bedre forstå og redusere den trofiske nedgraderingen av korallrevsamfunn ved å styrke biologisk mangfold og forbedre vannkvaliteten, men logistiske utfordringer gjør disse studiene vanskelige å gjennomføre in situ.

En konsekvens av trofisk nedgradering på rev er det utbredte tapet av kryptisk biologisk mangfold, hvorav mye forblir ukarakterisert 7,9. Koraller er avhengige av en mangfoldig pakke med kryptiske revorganismer ("kryptobiota") som støtter deres helse ved å spille integrerte roller i rovdyrforsvar 10, rengjøring11, beite konkurrerende alger 12,13 og regulering av revvannskjemi 14,15. Inntil nylig og på grunn av de metodiske begrensningene i visuelle undersøkelser, har revkryptobiota vært underrepresentert og dårlig forstått i sammenheng med revøkologi, og de blir derfor sjelden vurdert i arbeidet med å gjenopprette eller gjenoppbygge rev. I det siste tiåret har bruken av standardiserte bosetningsenheter kalt Autonomous Reef Monitoring Structures (ARMS) kombinert med høykapasitets sekvenseringsmetoder muliggjort bedre innsamling og karakterisering av revkryptobiota16,17. ARMS rekrutterer passivt representanter for nesten alle kjente biologiske mangfold av korallrev og har bidratt til å avsløre en rekke funksjonelle roller av kryptiske organismer i revskalaprosesser 9,18,19,20,21,22,23. Disse bosetningsenhetene gir derfor en mekanisme for å flytte kryptisk revbiota sammen med koraller for å samle mer intakte revsamfunn med biologisk medierte mekanismer, som beite, forsvar og forbedring av lokal vannkvalitet, som er avgjørende for å opprettholde den trofiske strukturen.

Koralldominerte rev trives i høyt lys, lite næringsstoffer og godt oksygenerte miljøer. Menneskelige aktiviteter som urbanisering, landbruk og overfiske har redusert vannkvaliteten på mange korallrev ved å øke sediment, næringsstoffer, metaller og andre forbindelser i avrenning 24,25 og ved å endre biogeokjemisk syklus26. I sin tur forringer disse aktivitetene revsamfunn gjennom kvelning, energiuttømming, levering av forurensende stoffer forbundet med sedimentering27,28, øker veksten av makroalger som konkurrerer med koraller 29, øker overflod av mikrobielle patogener6,30,31, og skaper hypoksiske soner som dreper kryptiske hvirvelløse dyr32,33 . Disse og andre "lokale virkninger" forsterkes av regionale og globale endringer i havforholdene, inkludert økende temperaturer og redusert pH, noe som ytterligere forverrer forholdene for koraller og andre revorganismer34,35. Spesielt ved grenseflaten mellom bunndyr og vann forårsaker respiratorisk og fotosyntetisk dynamikk i bunnsamfunn diel-svingninger i pH og oppløst oksygen, som blir mer uttalt på svært degraderte rev, og dermed skaper forhold som bentiske virvelløse dyr ikke kan tolerere32,36,37,38 . Å sørge for passende vannkvalitetsforhold er derfor avgjørende for å samle fungerende revsamfunn, men dette er fortsatt utfordrende fordi et økende antall rev er fanget i ulike nedbrytningstilstander.

Mange av utfordringene med koraller og grunnleggende kryptiske taxa på bunndyrene kan overvinnes via flytting til midtvannet, her definert som vannsøylesettingen mellom havoverflaten og havbunnen. I midtvannsmiljøet forbedres vannkvaliteten39,40, sedimenteringen reduseres, og avstanden fra havbunnen demper svingninger i parametere knyttet til bentisk metabolisme. Disse egenskapene forbedres ytterligere ved å flytte seg til havs, der landbaserte menneskeskapte påvirkninger, som terrestrisk avrenning, blir stadig mer fortynnet med avstanden fra kysten. Her introduserer og gir vi protokoller for å bygge, distribuere og overvåke Coral Reef Arks, en tilnærming som utnytter forbedrede vannkvalitetsforhold i midtvannet og inkorporerer kryptisk biologisk mangfold på forankrede, positivt flytende strukturer for montering av korallrevsamfunn.

Coral Reef Arks-systemer, eller "Arks", består av to hovedkomponenter: (1) en suspendert stiv geodetisk plattform hevet over benthos og (2) organismedekket eller "frøet" ARMS som translokaliserer revkryptobiota fra nærliggende bunnområder, og dermed supplerer de naturlige rekrutteringsprosessene for å gi de translokerte korallene et mer variert og funksjonelt revsamfunn. En geodetisk struktur ble valgt for å maksimere styrken og minimere byggematerialet (og dermed vekten), samt å skape et internt, turbulent strømningsmiljø analogt med revmatrisen.

To design av Arks ble installert på to karibiske feltsteder og brukes for tiden til forskning på revsamfunnsetablering og økologisk suksesjon (figur 1). Coral Arks-strukturer er ment å være langsiktige forskningsplattformer, og som sådan er et hovedfokus for dette manuskriptet å beskrive protokoller for å lokalisere, installere, overvåke og vedlikeholde disse strukturene for å maksimere stabiliteten og levetiden i midtvannsmiljøet. En kombinasjon av modellering og vanntesting ble brukt til å evaluere dragegenskapene til strukturene og justere designet for å motstå de forventede hydrodynamiske kreftene. Etter installasjonen ble revsamfunn etablert på arkene og på nærliggende bunnkontrollsteder på samme dybde gjennom en kombinasjon av aktiv translokasjon (koraller og sådde ARMS-enheter) og naturlig rekruttering. Vannkvalitetsforhold, mikrobiell samfunnsdynamikk og koralloverlevelse på arkene ble dokumentert på flere tidspunkter gjennom den tidlige suksesjonsperioden og sammenlignet med de bentiske kontrollstedene. Hittil har forholdene knyttet til korallarkmiljøet i midtvannet vært konsekvent gunstigere for koraller og deres tilhørende kryptiske konsortier i forhold til de nærliggende bunndyrkontrollstedene på samme dyp. Metodene nedenfor beskriver trinnene som kreves for å replikere Coral Arks-tilnærmingen, inkludert hvordan du velger steder og designer og distribuerer Coral Arks-strukturer. Foreslåtte tilnærminger for overvåking av korallarker er inkludert i tilleggsfil 1.

Protocol

MERK: Detaljert informasjon om produksjon, distribusjon og overvåking av ARMS- og Coral Arks-strukturer, inkludert tekniske tegninger, diagrammer og bilder, finnes i tilleggsfil 1. Deler av protokollen som involverer undervannsarbeid, inkludert installasjon av Arks- og ARMS-strukturer, anbefales utført av et team på tre dykkere (på SCUBA) og to overflatestøttepersonell.

1. Montering og utplassering av våpen

MERK: ARMS er omtrent 1 fot 3 (30 cm3) strukturer laget av PVC- eller kalksteinbasematerialer som etterligner den tredimensjonale kompleksiteten til revets hardbunnssubstrater. Tabell 1 drøfter to design for ARMS gitt ulike prosjekthensyn. ARMS anbefales utplassert i 1-2 år før overføring til Arks for å maksimere koloniseringen av kryptisk biota.

  1. PVC-ARMER
    MERK: De hyllevare komponentene referert til i denne protokollen (og oppført i materialfortegnelsen) er beskrevet ved hjelp av britiske enheter. De fabrikkerte materialene er beskrevet ved hjelp av metriske enheter. Detaljerte fabrikasjonsinstruksjoner, inkludert tekniske tegninger for fremstilling av komponentene, er gitt i avsnitt 1 i tilleggsfil 1.
    1. Forsamling
      1. Sett inn fire 1/4 in-20, 8 i lange, hex-head bolter gjennom senterhullene på en 1/2 i tykk PVC baseplate; Deretter snur du den slik at boltene vender opp vertikalt.
      2. Legg til et nylonavstandsstykke til hver bolt, og tilsett deretter en 1/4 i tykk, PVC 9 i x 9 i plate. Dette skaper et åpent lag mellom bunnplaten og den første stablingsplaten.
      3. Legg til en lang kryssavstandsstykke på to bolter i motsatte hjørner, og legg deretter to korte kryssavstandsstykker på de resterende boltene slik at en "X" dannes. Legg til en annen PVC-stablingsplate for å lage et lukket lag.
      4. Gjenta trinn 1.1.1.2 og trinn 1.1.1.3, vekslende mellom åpne og lukkede lag, til syv til ni platelag er lagt til boltene (tilleggsfil 1-figur S5).
      5. Legg til en skive, en sekskantmutter og en låsemutter i nylon på toppen av hver bolt, og stram godt.
    2. For distribusjon, transporter den monterte PVC ARMS til måldistribusjonsstedet, som dekker ARMS med 100 μm nett under overføringen for å beholde små mobile virvelløse dyr (tilleggsfil 1-figur S6). Finn en av rev hardbottom substrat i nærheten av sunne korallrev samfunn.
      MERK: De spesifikke distribusjonsstedene bør velges med hensyn til lokale forskrifter og tillatelsesbestemmelser, for eksempel å unngå de kritiske habitatene for truede arter som er oppført i amerikanske farvann.
      1. Bruk 3 i lengder på 1/2 i armeringsjern og en hammer, fest armene til benthos i alle fire hjørner ved å dunke armeringsjernet, litt vinklet utover, inn i grunnkalksteinen slik at armeringsjernet genererer spenning mot kanten av baseplaten (figur 2A, B).
      2. Alternativt kan du koble kjettingene til ARMS ved hjelp av kraftige kabelbånd, og forankre endene av kjettingene med herdede betongposer (figur 2C og tilleggsfil 1-figur S6).
  2. Kalkstein ARMER
    1. For montering, begynn med 12 i x 12 i uferdige kalkstein eller travertinfliser (figur 2). Identifiser ønsket kompleksitet av kalkstein ARMS interiør.
      NOTAT: Det anbefales å bruke 2 cm3 terninger. Alternative utforminger og hensyn er gitt i tilleggsfil 1 § 2.
      1. Bruk en våt flissag til å kutte flere uferdige fliser i 2 cm2 firkantede avstandsstykker (~ 250).
      2. Klipp travertinfliser til ønsket form for ARMS-lagene. I likhet med PVC ARMS, bruk 12 i x 12 i firkanter, og lag dem med avstandsstykker for å danne 1 fot3 kuber (tilleggsfil 1-figur S8).
      3. Bruk en todelt, giftfri epoksy av marin kvalitet, lim de mindre travertinbitene til en større travertinlagsplate langs et forhåndstegnet rutemønster.
      4. Forbered flere lag som, når de stables sammen, oppnår ønsket ARMS-høyde. La epoksyen herde basert på produsentens anbefalinger.
      5. Monter ARMS-stableplatene ved hjelp av epoksy for å lime hvert lag til det over det.
        MERK: ARMS-høyden vil variere basert på ønsket vekt og indre kompleksitet. En endelig størrelse på ca 1 fot3 anbefales.
      6. La epoksyen herde ut av direkte sollys i 24 timer før distribusjon.
    2. For distribusjon, transporter den monterte Limestone ARMS til måldistribusjonsstedet. Finn en av rev hardbottom substrat i nærheten av sunne korallrev samfunn.
      MERK: De spesifikke utplasseringsstedene bør velges med hensyn til lokale forskrifter og tillatelsesbestemmelser, for eksempel å unngå de kritiske habitatene til truede arter som er oppført i amerikanske farvann.
      1. Transporter ARMS til benthos ved hjelp av en melkekasse og løftepose. Kil kalksteinsarmene inn i død revmatrise (levende stein). Unngå sandbunnshabitater og de som er tungt kolonisert av torvalger eller bentiske cyanobakterielle matter.
      2. Plasser Limestone ARMS ved siden av steinete overheng og knauser for å beskytte dem mot bølger og stormflo.

2. Coral Arks montering og distribusjon

MERK: Tabell 2 diskuterer designhensynene til Coral Arks gitt forskjellige prosjektparametere. Dimensjonene til underelementene (stivere, nav, plattformer, fortøyningskomponenter og positiv oppdrift) kan endres avhengig av ønsket størrelse og vekt på de endelige Coral Ark-strukturene.

  1. Installasjon av forankringssystemet
    MERK: Velg forankringssystem basert på steds- og prosjektspesifikke hensyn som Ark-design, stormfrekvens, bunntype, eksponering på stedet, prosjektets varighet og forventede krefter på grunn av luftmotstand, strøm og oppdrift. Se PADI41 for innsikt i valg av fortøyningssystem.
    1. Bruk sandskruer i sandbunn og løse steinspruthabitater.
      1. Transporter sandskruene til benthos. Stå sandskruen stående, vri og grav ned sandskruen til den første skiven er dekket av sand eller løs steinsprut.
      2. Plasser en 5 meter lang metalldreiestang gjennom ankerets øye slik at flertallet av svingstangen stikker ut av den ene siden av øyet.
      3. Gå eller svøm i sirkler på bunndyrene, skru sandskruen inn i underlaget til bare øyet forblir stikkende ut av bunndyrene (tilleggsfil 1-figur S20).
      4. Monter tre sandskruer i et trekantet mønster, forbundet med et kjedehodelag, for økt holdekraft (tilleggsfil 1-figur S20).
    2. Bruk Halas ankre i hardbunn og karbonat base rock habitater.
      1. Transport 9-12 i øyebolter og et nedsenkbart bor (elektrisk eller pneumatisk) til ankerstedet.
      2. Bruk det nedsenkbare boret og en 1 i diameter murhullsag til å bore et 9 i dypt og 1 i bredt hull inn i grunnfjellet. Rengjør regelmessig overflødig underlag fra hullet ved hjelp av en kalkunbaster.
      3. Fyll hullet med Portland sement eller marine-grade epoxy. Skyv øyeboltakselen inn i hullet, og fyll de resterende hullene med sement eller epoksy.
      4. La sement/epoksy herde i 5 dager.
      5. For økt holdekraft, installer tre Halas-ankre i et trekantet mønster, forbundet med et kjedehodelag.
    3. Bruk fortøyning av blokktype på steder med eksisterende fortøyningsblokker eller tunge ruskelementer.
      MERK: Installasjon av en ny fortøyningsblokk krever kommersielt installasjonsutstyr, for eksempel en lektermontert kran, og anbefales ikke for prosjekter med mindre omfang.
      1. Fest fortøyningssystemet til eksisterende tunge ruskelementer (sunkne fartøy, motorblokker) eller til eksisterende fortøyningsblokkøyne via maskinvare og utstyr.
      2. Forsikre deg om at metallfortøyningskomponentene er laget av lignende metaller og beskyttet mot galvanisk korrosjon ved hjelp av offeranoder.
  2. 1V-frekvensstrukturen (Two Platform)
    MERK: Detaljerte fabrikasjonsinstruksjoner, inkludert tekniske tegninger for fremstilling av komponentene, er gitt i Kapittel 4 av Tilleggsfil 1. De standardiserte komponentene det henvises til i denne protokollen (og som er oppført i Tabell over materialer) er beskrevet ved hjelp av keiserlige enheter.
    1. Montering av 1V geodetisk ramme
      1. Skru en 1/4-20 sekskantmutter i rustfritt stål på en 1/4-20 2,5 i rustfritt stålbolt 3/4 av veien til toppen av bolten. Sett bolten inn i et av de innvendige hullene på fjærbenet.
      2. Fest en låsemutter på den andre siden av skruen, og stram den til den parrer seg sikkert med PVC for å forhindre at navet glir ned lengden på staget.
      3. Gjenta for motsatt side av staget og for de resterende 29 stagene.
      4. Skyv enden av hvert stag gjennom et av hullene i navene og fest en annen bolt gjennom det ytre hullet på staget, og avslutt med en låsemutter for å forhindre at staget glir ut av navet (tilleggsfil 1-figur S24).
      5. Gjenta for alle fem stagene i ett nav, og fortsett deretter å legge til nav og stivere til den geodetiske sfæren er satt sammen (tilleggsfil 1-figur S24).
      6. Løsne 1/8 i rustfritt ståltau og begynn å tre det gjennom stagene. Lag 12 løkker, omtrent på størrelse med en sølvdollar, av nylonbuntebånd - en for hvert nav. Når ståltauet er tredd gjennom stagene, fører du tauet gjennom glidelåsløkken på navet, og fortsetter deretter til neste stag.
        MERK: Noen stag vil bli gjentatt.
      7. Fortsett å tre til ståltauet er tredd gjennom alle stagene, forbundet i midten av hvert toppunkt med glidelåsløkken.
      8. Tre kabelen tilbake til utgangspunktet. Bruk tangen til å trekke glidelåsløkkene for å krympe dem til minst mulig størrelse, slik at lengdene på ståltauet kommer tett sammen. Monter en 1/2 kabelklemme i rustfritt stål på alle ståltaulengdene og stram godt.
      9. Gjenta for alle hjørnene i strukturen.
      10. Parre startlengden på ståltauet med endelengden, og klem disse sammen med tre 1/2 i kabelklemmer.
        MERK: Ståltauet (bruddstyrke: 2,000 lb) skal nå støtte det meste av belastningen på strukturen, og styrke den betydelig.
      11. Legg til riggesystemet, som består av to lengder på 3/8 i rustfritt stålkabel hydraulisk svingt på et øye i hver ende. Monter PVC-endestykkene mellom svingene slik at kabelen går gjennom hele arklengden, med øyne øverst og nederst for festeanordningene for fortøynings-/bøyelinjen. Et svingspennesystem i midten forbinder de to lengdene av rustfri kabel.
      12. Før de nederste endene av kabelen gjennom toppen og bunnen av arken, og fest endestykkene på topp- og bunnnavene ved hjelp av en hammer. Skru øyeboltene inn i svingspennen og stram til det er tilstrekkelig spenning på strukturen til å gjøre systemet stivt (tilleggsfil 1-figur S24).
      13. Legg hvert støpte glassfibergitter, kuttet i to halvfemkanter, inn i Ark-interiøret ved hjelp av kraftige glidelåsbånd på 250 lb for å forankre sidene av plattformen til arkstagene (tilleggsfil 1-figur S24).
      14. Under strukturen, plasser en lengde av glassfiber I-bjelke slik at den knytter seg til begge halvdeler av glassfiberplattformen. Fest til undersiden av plattformen med to 1/4 i-20 U-bolter i rustfritt stål.
      15. Gjenta for de fire andre I-bjelkene, og fordel dem likt ned langs plattformen. Dette forener og støtter de to halvdelene av plattformen, og skaper en full femkant.
      16. Stram de kraftige glidelåsene i kantene på plattformen, og klipp av overflødig. På slutten av dette trinnet er den interne plattformen godt integrert i Ark-strukturen (tilleggsfil 1-figur S24).
      17. Bruk rustfritt stål mousing wire til mus endene av turnbuckle og alle sjakler. På slutten av dette trinnet vil Ark ha to integrerte plattformer, topp- og bunnfester for maskinvarefeste, og en sentral kabel som bærer hoveddelen av spenningskraften plassert på strukturene via forankring og positiv oppdrift.
    2. Festing av fortøyningslinen til geodetisk ramme
      MERK: Fortøyningssystemer bør utformes slik at bruddstyrken til alle de enkelte fortøyningskomponentene overstiger den maksimale belastningen som forventes på grunn av omgivelsesmessige og ekstreme miljøforhold. Se representative resultater for beskrivelse av bruk av hydrodynamisk modellering i fortøyningssystemdesign. Det anbefales å fordele lasten over flere festepunkter på Ark og på forankringssystemet på havbunnen, da dette gir systemet redundans i tilfelle svikt i enkeltelementer.
      1. Design fortøyningslinene og maskinvaren for å sikre sikre forbindelser mellom Ark-basen og ankersystemet (se figur 1 for et eksempel).
        MERK: Det anbefales å designe fortøyningssystemet slik at midtlinjen til Ark-strukturen er plassert på 30 m dybde.
      2. Koble toppen av en dobbeltskjøtet linje til arkens underøye med en sjakkel. Koble en svingbar sjakkel i rustfritt stål med høy styrke til bunnen av denne linjen (figur 1 og tilleggsfil 1-figur S25).
      3. Koble toppen av en dobbeltskjøtet linje til bunnen av svingbar sjakkel. Bunnen av denne linjen kobles til ankersystemet (figur 1 og tilleggsfil 1-figur S25).
    3. Transport av arken til distribusjonsstedet
      1. Transporter arken via en planbil til en strand ved siden av utsettingsstedet (nær landutsetting med sandinngang) eller til et båtutsettingssted (fartøyutsetting).
      2. Fest en løftepose på 220 kg til det øverste rustfrie øyet på arken ved hjelp av en 1/2 i sjakkel.
      3. Fest en fortøyningslinje, inkludert maskinvaren for å feste til havbunnsankeret, til bunnen av arken.
      4. For utsetting fra et fartøy som mangler A-ramme eller davit, last arken på fartøyet slik at det lett kan rulles av båten og ut i vannet (unngå bauger med høye kanoner eller akter med påhengsmotorer).
      5. For utsetting fra land, rull arken i vannet til en tilstrekkelig dybde der løfteposen kan fylles med luft (figur 3).
      6. Svøm, slep eller transporter arken til forankringsstedet i overflaten (figur 3).
    4. Festing av arkene til fortøyningssystemet
      MERK: På dette stadiet flyter Ark-systemet på overflaten over forankringsstedet med en løftepose. Følgende oppgaver utføres under vann på SCUBA og krever et team på minst tre dykkere.
      1. Luft langsomt ut luften fra løfteposen, utfør en kontrollert nedstigning til forankringssystemet.
      2. Fest fortøyningsutstyret ved foten av arken til forankringssystemet.
      3. Øk den positive oppdriften til Arks-systemet ved å fylle løfteposen med luft, og inspiser overvåkingskomponentene for strukturell integritet. Forsikre deg om at sjaklene sitter ordentlig og at ankrene er godt på plass. Bruk musetråd til mus alle sjakler.
      4. Koble øyet til en kort, dobbeltspleiset linjelengde til det øverste øyet på Arks-systemet med en sjakkel. Koble en polyform, oppblåsbar fortøyningsbøye til den andre enden av denne linjen med en sjakkel (tilleggsfil 1-figur S25).
      5. Fyll fortøyningsbøyen med luft ved hjelp av en standard lavtrykks luftdyseadapter festet til en ponniflaske med trykkluft til den er ca. 75 % full av luft.
      6. Luft langsomt ut luften fra løfteposen, og fjern den fra systemet.
      7. Legg til større eller flere tallrike fortøyningsbøyer for Arks-systemer som bruker kalkstein ARMS eller for å kompensere for biologisk masseakkumulering.
    5. Festing av ARMS til arkene
      1. Hent ARMS fra såingsstedet, og plasser i melkekasser foret med 100 μm netting for å forhindre tap av små mobile virvelløse dyr som lever innenfor ARMS.
      2. Overfør ARMS til Arks-anleggene i kar med skyggefullt, kjølig sjøvann.
      3. Plasser armene på den øverste eller nederste plattformen på arkene, og fordel vekten jevnt over plattformen.
      4. Før kraftige buntebånd gjennom både den støpte glassfiberplattformen og bunnen av PVC- eller kalksteinsarmens og stram for å feste ARMS til Ark-rammen (tilleggsfil 1-figur S25).
  3. 2V-frekvensstrukturen (Shell)
    MERK: Detaljerte fabrikasjonsinstruksjoner, inkludert tekniske tegninger for fremstilling av komponentene, er gitt i Kapittel 3 av Tilleggsfil 1.
    1. Montering av 2V geodetisk ramme
      1. Monter Ark-monteringsrammeverket i henhold til den medfølgende veiledningen fra VikingDome (tilleggsfil 1-figur S11).
      2. Legg en skive til en 2,5 i lang, 10/32 rustfri bolt. Sett bolten gjennom ett av de to hullene på enden av et stag, legg til en STAR-kontakt på innsiden av ansiktet (hull spesifikt for S1- eller S2-stivere), og fest med en låsemutter.
      3. Gjenta for det andre bolthullet. Fortsett uten å stramme låsemutterne til strukturen er ferdig montert (tilleggsfil 1-figur S12).
      4. Stram ned Ark-monteringsrammen. På slutten av trinn 2.3.1.1 vil strut-STAR-forbindelsene være løse og formbare. Begynn å stramme låsemutterne med en stikknøkkel (10 mm eller 3/8 i stikkontakt) og en Philips-skrutrekker.
      5. Fortsett gjennom hele strukturen til alle låsemutterne er strammet, med nyloninnsatsen til låsemutteren helt engasjert på gjengene på boltene.
      6. Legg til løfteøyne for festing av fortøyningshodet. Legg et puteøye til det rustfrie S1-staget ved foten av arken, og fest med fire 3-tommers pannehodebolter i rustfritt stål.
      7. Legg til 1/4 i-20 låsemuttere og stram til. Gjenta for totalt fem tilkoblingspunkter for fortøyning (tilleggsfil 1-figur S17).
      8. Monter 10 ARMS-baseplater på de mellomvendte N2 STAR-kontaktene. Plasser en 3 i pannehodebolt gjennom senterhullet på ARMS-bunnplaten. Legg til en grå PVC-standoff til boltakselen og plasser den gjennom senterhullet på N2 STAR-kontakten, med grunnplaten inne i strukturen. Legg til en vaskemaskin og en låsemutter og stram ned.
      9. Legg til to braketter og bruk fire 3 1/4 i sekskanthodebolter og låsemuttere for å feste ARMS-bunnplaten til stagene. Stram ned alle låsene. Hold samme retning for alle ARMS-baseplatene (tilleggsfil 1-figur S15).
      10. Monter 20 korallplatebunnplater på de toppvendte stagene. Plasser fire 3 i sekskanthodebolter gjennom hullene på korallplatebunnplaten og fest til staget ved hjelp av en brakett og en låsemutter. Gjenta for den andre siden. Stram låsene for å sikre dem (tilleggsfil 1-figur S15).
      11. Legg til en sentral stang og trålflottør til arkens sentrale ryggrad. Sett inn en 8 fot lang, ikke-gjenget glassfiberstang i STAR-kontaktene modifisert med et sveiset rørsegment ved foten av arken. Legg til en 1 i skive og en umodifisert trålflottør på den ikke-gjengede glassfiberstangen inne i strukturen. Avslutt innføringen av stangen gjennom den øverste STAR-kontakten på arken.
      12. Monter boltene gjennom metallrøret på de modifiserte STAR-koblingene og låsemutterne til låsestangen inne i arken. Legg en grønn rørklemme tett under trålflottøren (toppen av arken), og stram til.
      13. Monter modifiserte trålflottører inne i de toppvendte N2- og N1 STAR-kontaktene modifisert med et 1 i senterhull. Legg en glassfiber vaskemaskin til den lengre enden av den eksponerte gjengede glassfiberstangen.
      14. Fest gjennom det modifiserte STAR-koblingshullet slik at trålen flyter med ansiktet inne i strukturen. Legg til en annen glassfibervaskemaskin og en glassfiber sekskantmutter. Stram til med en skiftenøkkel og vri flottørene (tilleggsfil 1-figur S16).
    2. Festing av fortøyningssystemet til geodetisk ramme
      1. Design fortøyningslinene og maskinvaren for å sikre sikre forbindelser mellom Ark-basen og ankersystemet (se figur 1 for eksempel).
        MERK: Det anbefales å designe fortøyningssystemet slik at midtlinjen til Ark-strukturen er plassert på 10 m dybde.
      2. Koble hvert poteøye ved foten av arkstrukturen til det spleisede øyet på enden av en dobbeltskjøtet lengde på en 3/4 i spektralinje med høy styrke, 7/16 i rustfritt stålsjakkel (tilleggsfil 1-figur S17).
      3. Bruk en 1/2 i skruestift sjakkel, koble den andre enden av hver spektra linje til en av de to rustfritt stål Masterlinks, slik at hver kobling har to eller tre tilkoblinger.
      4. Fest 3/4 i svingbar sjakkel til bunnen av Masterlink og øyet til en 1 i nylonlinje skjøtet med et fingerbøl i rustfritt stål.
      5. Fest en 3/4 i sjakkel til øyet og fingerbøl i den andre enden av nylonlinjen. Denne sjakkelen kobles til ankersystemet (tilleggsfil 1-figur S17).
    3. Transport av 2V Ark til distribusjonsstedet
      MERK: Utplasseringen av Shell Ark krever et fartøy med flat akter og innenbordsmotorer, slik at arken kan rulles av båtdekket og i vannet, eller et fartøy med en stor davit- eller A-ramme.
      1. Transporter arken med en lastebil til kaien eller marinaen.
      2. Last arken på fartøyet med en gaffeltruck av passende størrelse (tilleggsfil 1-figur S21).
      3. Fest fortøyningsliner og maskinvare, inkludert downlines og maskinvare for å feste til havbunnsankersystemet, til bunnen av arken.
      4. Transporter arken til ankerstedet (figur 3). Forbered en linje omtrent samme lengde som dybden på forankringssystemet med en sjakkel i den ene enden og en bøye i den andre enden.
      5. Fest sjakkelenden av linjen til forankringssystemet, med bøyeenden flytende på overflaten.
      6. Rull arken trygt fra akterdekket i vannet eller sett arken ut i vannet med en davit- eller A-ramme. Fest bøyeenden av linen til den positivt flytende arken slik at strukturen flyter over forankringssystemet.
    4. Festing av arken til fortøyningssystemet
      MERK: På dette stadiet flyter arkstrukturen på overflaten over forankringsstedet med de integrerte oppdriftselementene (flottørene) som gir flyt. Følgende oppgaver er gjennomført under vann på SCUBA og krever et team på minst tre dykkere og to overflate støtte personell.
      1. Fest den øverste blokken av en blokk og takle trinsesystem til et sikkert festepunkt på bunnen av arken, løsne remskiven mens du går ned mot havbunnen, og fest deretter bunnblokken til forankringssystemet (tilleggsfil 1-figur S19).
      2. Trekk linjen gjennom bunnblokken for å engasjere remskiven, og trekk arken til dybden. Snøret skal låses inn i klossen ved hvert trekk (tilleggsfil 1-figur S19).
        MERK: For Arks-systemer med høy innledende positiv oppdrift, bruk et 6:1-blokk- og taklesystem for maksimalt kjøp. Lodd kan også festes midlertidig til Arks-systemet for å redusere flytekraften som er nødvendig for å senke strukturen.
      3. Fortsett å trekke arken til dybden til downline og fortøyningsutstyr kan kobles til ankersystemet. Bruk ledning til musen alle sjakler.
      4. Inspiser alle fortøyningskomponentene for integritet. Forsikre deg om at sjaklene sitter ordentlig og at ankrene er godt på plass.
      5. Overfør spenningen sakte fra blokken og takle til fortøyningssystemet. Fjern blokken og taklingen, vektene og bøyelinjen.
    5. Festing av ARMS til arkene
      1. Hent ARMS fra såingsstedet, og plasser i melkekasser foret med 100 μm netting for å forhindre tap av små mobile virvelløse dyr som lever innenfor ARMS. Overfør ARMS til Arks-anleggene i kar med skyggefullt, kjølig sjøvann.
      2. Manøvrer ARMS gjennom en av de større trekantede åpningene nær arkens midtlinje slik at ARMS er inne i strukturen. Hold armene fast til en av de hvite baseplatene som er montert inne i Ark-rammeverket.
      3. Fest en 1/2 i-13, 1,75 i lang, rustfritt stål sekskanthodebolt gjennom et åpent hjørnehull på ARMS-baseplaten og den hvite, underliggende HDPE-baseplaten, fest en låsemutter i rustfritt stål til bolten som stikker ut gjennom den andre siden, og stram ned til den sitter godt. Gjenta for de tre andre sidene (figur 2D).
      4. Skyv armene frem og tilbake for å sikre fast feste.
    6. Festing av korallene til arkene
      1. Fest korallplatene som inneholder koraller epoxied til kalksteinflisen til korallplaten HDPE-baseplater på utsiden av arken ved hjelp av 2 i lange, 1/4 i-20, rustfritt stål sekskanthodebolter, en vaskemaskin og en låsemutter i alle fire hjørner.
      2. Stram låsemutterne med en stikknøkkel for å feste korallplaten på plass.

3. Coral Arks overvåking og vedlikehold

MERK: Detaljerte fabrikasjonsinstruksjoner, inkludert tekniske tegninger for fremstilling av komponentene, er gitt i avsnitt 7 i tilleggsfil 1.

  1. Måling av arkenes vekt i vannet
    1. Fest den nedsenkbare lastcellen til en blokk og et remskivesystem for midlertidig overføring av spenning på fortøyningslinjen til strekklappsystemet.
    2. Fest bunnen av blokken og fest til et sikkert sted på Ark-fortøyningssystemet, for eksempel et mellomliggende sjakkelpunkt eller til havbunnsankeret. Fest toppen av lastcellen til et sikkert sted på Ark-monteringsrammeverket (tilleggsfil 1-figur S33).
    3. Uten å fjerne eller endre fortøyningskomponentene på arken, trekk linjen gjennom blokk- og takleskivesystemet slik at spenningen overføres fra Ark-fortøyningssystemet til trinsesystemet, og klem linjen med hvert trekk (tilleggsfil 1-figur S33).
    4. Forsikre deg om at fortøyningslinjen er helt slakk slik at strekkmåleren kan samle spenningsmålinger (tilleggsfil 1-figur S33).
    5. Overfør langsomt spenningen fra blokk- og takskivesystemet til Ark-fortøyningslinjen, og kontroller at sjaklene og andre fortøyningskomponenter sitter ordentlig og er sikret.
    6. For langsiktig datainnsamling, integrer en lastcelle i fortøyningssystemet som en "in-line" komponent. Bytt ut dataloggerne med jevne mellomrom for å hente dataene.
  2. Langsiktig vedlikehold av arkene
    1. Utføre rutinemessige inspeksjoner av Arks fortøyningssystem og utføre vedlikeholdsarbeid etter behov.
      MERK: Se tilleggsfilfigur S18 for et eksempel på sjekkliste for vedlikehold. Halvårlig vedlikehold anbefales.
    2. Forsikre deg om at ankrene fortsetter å gi maksimal holdekraft (dvs. ikke rygge ut av underlaget).
    3. Rengjør fortøyningslinjene til begroingsorganismer som kan invadere og kompromittere integriteten til linjene.
    4. Bytt ut nedbrytende komponenter, for eksempel offeranoder, sjakler og fortøyningsliner, etter behov (tilleggsfilfigur S18).
    5. Legg til supplerende oppdrift etter behov ved å legge faste oppdriftsflottører eller luft til de eksisterende fortøyningsbøyene for å kompensere for biologisk masseakkumulering.

Representative Results

Ovennevnte metoder gir monterings- og installasjonsinstruksjoner for to design av Coral Arks-systemer. Prototyper for hvert design ble montert og felttestet i San Diego, USA, før langsiktig distribusjon for å evaluere luftmotstandsegenskapene og optimalisere den strukturelle integriteten basert på modellerte og empiriske verdier av styrke. Modelleringsarbeidet som er avgjørende for valg og forbedring av begge Arks-geometriene som presenteres her, inkludert resultatene fra vindtunneltesting, hydrodynamiske simuleringer og validering i vannet av de modellerte verdiene ved hjelp av prototypestrukturer, er beskrevet i detalj i avsnitt 6 i tilleggsfil 1. Resultatene fra modellering og vanntesting av "Shell" Arks-designet er vist her. To strukturer av hvert design ble deretter utplassert på karibiske feltsteder i Puerto Rico og Curaçao (totalt fire Arks-strukturer installert), og koraller ble flyttet til strukturene. Vannkvalitet, mikrobielle samfunn og koralloverlevelsesberegninger knyttet til "Shell" Arks-designet og to havbunnskontrollsteder ble samlet på flere tidspunkter som spenner over 6 måneder for å karakterisere og bestemme endringene i miljøparametrene og korallhelsen knyttet til Arks-strukturene etter naturlig rekruttering og tillegg av frøede ARMS.

Dragkarakteristikker for korallarker
Det er viktig å forstå dragegenskapene til Coral Arks for å designe en struktur og fortøyning som vil overleve målmiljøet. Fra et strukturelt perspektiv medfører den hydrodynamiske dragningen, i kombinasjon med notoppdriften, belastninger i konstruksjonen, spesielt på fortøyningen og dens forankringssystem. Vi gjennomførte modellering og eksperimentelle målinger for å estimere dragegenskapene til Arks-strukturene. Resultatene av disse testene for "Shell" -utformingen av Arks-strukturer er beskrevet nedenfor. Modellering ble utført ved å estimere draget til de enkelte elementene i strukturen, summere disse, og deretter kombinere resultatet til en effektiv dragkoeffisient som vist i ligning (1) og ligning (2):

Equation 1(1)

Equation 2(2)

hvor D total er den totale dra av strukturen estimert fra summen av D i element drar, CD er den generelle strukturen dra koeffisienten, er væsketettheten, U er strømningshastigheten til objektet i forhold til væsken, og A er det fremre området av strukturen. I disse beregningene ble elementene alle antatt å være sylindere, med deres orientering mot strømmen diktert av den oppreiste geometrien til arkstrukturen. Modelleringen ble utført for det samme prototypen "Shell" -systemet (en 2V geodetisk sfære) som ble brukt til slepetesting (beskrevet nedenfor) før byggingen av de endelige feltsystemene. Prototypen hadde et totalt frontareal på ca. 2,10 m2, og modelleringsresultatene indikerte en effektiv luftmotstandskoeffisient for hele strukturen på ca. 0,12. Den modellpredikerte luftmotstanden av strukturen som funksjon av hastighet er vist i figur 4.

Eksperimentelle estimater av dragkraften til strukturen som ville bli opplevd under forskjellige strømningshastigheter ble oppnådd ved å slepe Ark-strukturen bak et fartøy med en lastcelle skjøtet i tråd med slepelinjen og en vippesensor for å registrere endringene i arkens orientering i forhold til den vertikale aksen ved en rekke slepehastigheter. Før tauing ble vekten av strukturen i vannet bestemt, og tilstrekkelig tilleggsvekt ble lagt til strukturen for å simulere en netto oppdrift på ca. 200 kg (et opprinnelig mål for systemet). Basert på spenningen i slepekabelen og arkens helningsvinkel ble draget (D-slepet) ved hver hastighet bestemt ved hjelp av ligning (3):

Equation 3(3)

hvor T er den målte spenningen fra lastcellen, og er hellingsvinkelen i forhold til den vertikale aksen. Det resulterende forholdet mellom drag og hastighet er vist i figur 4. En best tilpasset dragkurve (av formen D-slep α U2; se figur 4), kombinert med estimater av frontarealet og vanntettheten, ble deretter brukt til å bestemme den empiriske dragkoeffisienten på 0,13.

Reynolds-nummeret under slepetestingen (og rekkevidden som ble brukt til modelleringen) var i området 105-10 6, generelt i de turbulente strømningsregimene. Typiske verdier for luftmotstandskoeffisienten for en kule i dette Reynolds-tallområdet er mellom 0,2 og 0,4. Til sammenligning er et plott av dragkurven for en kule med en luftmotstandskoeffisient på 0,3 vist i figur 4. Dermed er de modellerte og eksperimentelle estimatene av dragkoeffisienten i størrelsesorden to til tre ganger mindre enn for en sfære, noe som er i samsvar med strukturens mer åpne karakter.

For å validere disse modellerte resultatene gjennomførte vi også feltmålinger av responsen til to "Shell" Arks-strukturer på strømning. For å oppnå dette ble den samme lastcellen installert midlertidig i tråd med Arks hovedfortøyningslinje, en vippesensor ble installert på arken, og en strømmåler ble installert på stedet for samtidig å overvåke vannhastigheten. Oppdriften og dragkomponentene i spenningen ble deretter beregnet ut fra hellingsvinkelen og lastcellemålingene (figur 5). Strømhastigheten i måleperioden var relativt stabil på ca. 20 cm/s, og datasettet var relativt kort. Derfor ble dataene gjennomsnittet over perioden og brukt til å sammenligne feltdrag- og hastighetsresponsen med de modellerte og eksperimentelle slepeestimatene. Disse resultatene viser at under forventede forhold på utplasseringsstedet (strømningshastigheter opp til 1,3 m/s under en typisk stormhendelse), forventes dragkraften på systemet å være mindre enn 300 kg.

Begge «Shell»-strukturene i Vieques, Puerto Rico, overlevde et direkte treff fra kategori 1-orkanen Fiona i september 2022 uten tilsynelatende skade på strukturene, fortøyningen eller forankringssystemet, og ga en in situ-test som støtter designet. En nærliggende bøye (CARICOOS) registrerte strømhastigheter på 1,05 m/s på 10 m dyp på utsettingsstedet, tilsvarende en dragkraft på ca. 160 kg på fortøyningssystemene. Systemene ble designet for å tåle 1,600 kg kraft (med tanke på ankerkapasiteten og komponentbruddstyrken) og forventes derfor ikke å svikte under omgivende eller typiske stormforhold.

Netto oppdriftsovervåking for korallarker
Den samme tilnærmingen som ble beskrevet for å validere dragegenskapene til arkstrukturene ble også brukt til å utvikle en metode for å overvåke arkenes nettoppdrift. Så lenge arkens fysiske struktur forblir konstant, gir nettoppdriften en grov proxy for overvåking av den generelle forkalkningen i samfunnet og dermed korallveksten, samt en vedlikeholdsberegning for å avgjøre om systemet har tilstrekkelig positiv oppdrift til å kompensere for biologisk vekst over tid. Oppdriftskomponenten (B) av fortøyningsspenningen ble beregnet ved hjelp av strekkmåler og tiltsensordata i ligning (4):

Equation 4(4)

hvor T er den målte spenningen fra lastcellen, og er hellingsvinkelen. Den resulterende tidsserien for netto oppdrift er vist i figur 5. Under de relativt stabile strømforholdene som var tilstede under feltovervåkingshendelsene, fant vi at de to "Shell" Arks-strukturene som ble utplassert i Vieques, Puerto Rico, hadde lignende nettooppdrift på 82,7 kg ± 1,0 kg (Ark 1) og 83,0 kg ± 0,9 kg (Ark 2) i gjennomsnitt over overvåkingsperioden (± ett standardavvik) etter at alle koraller og sådde ARMS-enheter ble overført til strukturene 6 måneder etter den første strukturutplasseringen. Resultatene viser at korttidsovervåking i relativt stabile perioder med vannføring kan brukes til å bestemme netto oppdrift i felt til innenfor ~1 kg, noe som bør være nyttig på lang sikt for å overvåke endringer i biomasse.

Vannkvalitet og mikrobiell samfunnsdynamikk
Beregninger knyttet til vannkvalitet og vannsøyle-assosierte mikrobielle samfunn ble målt på to midwater "Shell" Arks, som var forankret i 55 ft vann med toppen av arkene på en 25 ft dybde, offshore av Isla Vieques, Puerto Rico (figur 6C). Vannkvalitetsmålingene, mikrobielle og virale overflod og gjennomsnittlig mikrobestørrelse fra to arker ble sammenlignet med de samme beregningene fra to nærliggende havbunnskontrollsteder, som også var på en 25 fots dybde, men mye nærmere land (figur 6D). Målingene som ble vist ble samlet inn umiddelbart etter installasjonen av arkene med en første batch av translokerte koraller (november 2021) og 6 måneder senere etter at en andre batch koraller og frøede ARMS ble flyttet til arkene (mai 2022); de ble deretter gjennomsnittet på begge steder (arker og kontrollsteder) for sammenligning. Da de sådde ARMS ble overført til arkene 6 måneder etter utplassering, var akkumuleringen av biologiske samfunn på strukturene i løpet av den første 6 måneders perioden forbundet med begroing og naturlig rekruttering.

Arks-miljøet viste høyere gjennomsnittlige lysintensiteter på dagtid (figur 6A), høyere gjennomsnittlige strømningshastigheter (figur 6C), lavere konsentrasjoner av oppløst organisk karbon (figur 6F) og lavere dielfluktuasjoner i konsentrasjoner av oppløst oksygen (figur 6G) enn de bentiske kontrollstedene. Arkene viste også mikrobielle samfunn med høyere virus-til-mikrobe-forhold enn kontrollstedene (figur 7A), drevet av en høyere overflod av frie virus (figur 7C) og en lavere overflod av mikrober (figur 7B) i midtvanns Arks-miljøet. De mikrobielle samfunnene på arkene var i gjennomsnitt sammensatt av fysisk mindre celler enn de mikrobielle samfunnene på havbunnen (figur 7D). Temperaturforskjeller mellom arkene og kontrollstedene var ikke signifikante (figur 6E). Alle de ovennevnte trendene er i samsvar med bedre vannkvalitet og sunnere mikrobielle samfunn på arkene enn på kontrollstedene. Disse forholdene vedvarte gjennom de første 6 månedene av utplasseringen, hvor et begynnende biologisk samfunn utviklet seg på arkene gjennom både translokasjon av korallnubbiner og naturlig rekruttering fra vannsøylen og opplevde suksessendringer, samt gjennom tilsetning av sådd ARMS på strukturene ved måned 6.

Koralloverlevelse
En kohort av koraller bestående av åtte arter og ulike morfologier ble distribuert til arkene og bunndyrkontrollstedene både etter installasjonen av arkene (måned 0) og etter tilsetningen av de sådde ARMS ved måned 6. De opprinnelige foreldrekoloniene av hver korallart ble fragmentert i nubbiner (2-8 cm i en gitt dimensjon) og festet til kalksteinkorallplater (fire til fem nubbiner per 20 cm2 plate) som ble fordelt likt på både arkene og kontrollstedene, slik at de samme artene og genotypene var representert både på midtvanns Arks-steder og kontrollsteder. Overlevelsen til disse translokerte korallene ble vurdert hver 3. måned på arkene og kontrollstedene. Ni måneder etter translokasjonen av den første korallkohorten var det fortsatt flere koraller i live på arkene (80 %, figur 8) sammenlignet med kontrollstedene (42 %, figur 8).

Figure 1
Figur 1: Diagram som viser strukturelle komponenter i to fullt installerte Coral Ark-strukturer. Venstre, "Shell" og "Two-Platform" (høyre) Coral Arks strukturer er vist, sammen med to metoder for å gi positiv oppdrift og to metoder for forankring. Forkortelse: ARMS = Autonomous Reef Monitoring Structures. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 2
Figur 2: Design, distribusjon og overføring av ARMS-enheter. (A-D) PVC ARMS og (E-H) kalkstein ARMS fra havbunnen såingssteder til Coral Arks. (A) Fotokreditt til Michael Berumen. (B) Fotokreditt til David Littschwager. Forkortelser: PVC = polyvinylklorid; ARMS = Autonome revovervåkingsstrukturer. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 3
Figur 3: Bilder som representerer distribusjonsstadiene av Coral Arks, inkludert transport til stedet og full installasjon. (A-C) Shell type og (D-F) to-plattform type systemer. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 4
Figur 4: Dragkarakteristikker for "Shell" Ark-strukturene basert på modellering, eksperimentell slepetesting og feltvalidering i forhold til luftmotstanden til en kule med samme omtrentlige skala. "ARK1" og "ARK2" er identiske "Shell" Ark-strukturer installert på samme sted i Vieques, Puerto Rico. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 5
Figur 5: Målte netto oppdriftsverdier for to "Shell" Arks i Vieques, Puerto Rico. Vist er vannhastigheten (høyre akse, middels farger), netto oppdrift (venstre akse, lyse farger) og beregnet drag/spenning på fortøyningslinjen (venstre akse, mørke farger) for "Shell" Ark 1 (blå) og "Shell" Ark 2 (grønn). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 6
Figur 6: Vannkvalitetsmålinger knyttet til "Shell"-arkene og kontrollområdene på havbunnen i Vieques, Puerto Rico, umiddelbart etter installasjonen og 6 måneder etterpå. (A) Lysintensitet på dagtid, (B) strømhastighet, (C,D) bilder tatt 6 måneder etter installasjon, (E) temperatur, (F) oppløst organisk karbon, (G) endringer i nivåer av oppløst oksygen i Arks kontra kontrollsteder over 6 måneder. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 7
Figur 7: Målinger assosiert med vannsøyle-assosierte mikrobielle samfunn på "Shell" Arks og havbunnen kontrollsteder i Vieques, Puerto Rico umiddelbart etter installasjon og 6 måneder etterpå . (A) Virus-til-mikrobe-forhold, (B) bakteriell celleoverflod, (C) fri virusoverflod og (D) gjennomsnittlig bakteriell cellestørrelse. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 8
Figur 8: Andel overlevende koraller på "Shell"-arkene og kontrollstedene på havbunnen i Vieques, Puerto Rico i løpet av de første 9 månedene etter translokasjon. Bildene representerer statusen til en enkelt korallplate på arkene (øverst) og på de bentiske kontrollstedene (nederst) umiddelbart etter translokasjon (venstre) og 6 måneder etter translokasjon (høyre). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Tabell 1: Hensyn ved konstruksjon og design av våpen. Forkortelser: ARMS = Autonomous Reef Monitoring Structures; PVC = polyvinylklorid. Klikk her for å laste ned denne tabellen.

Tabell 2: Korallarkers designhensyn. Forkortelser: PVC = polyvinylklorid; ARMS = autonome revovervåkingsstrukturer; HDPE = polyetylen med høy tetthet. Klikk her for å laste ned denne tabellen.

Tilleggsfil. Klikk her for å laste ned denne filen. 

Discussion

De representative resultatene presentert ovenfor viser at korallarker gir et habitat og forbedrede vannkvalitetsforhold for å samle revsamfunn på stabile, in situ forskningsplattformer. Arker og havbunnskontrollsteder på samme dybde viste konsekvent forskjellige vannkvalitetsprofiler. Høyere gjennomsnittlige strømhastigheter og lengre avstand fra kysten reduserte sedimentering og turbiditet i midtvannsmiljøet på Arks-lokalitetene (figur 6B), noe som sannsynligvis bidro til de lavere målte oppløste organiske karbonkonsentrasjonene på arkene (figur 6F). Videre resulterte disse forbedringene i vannklarhet i forhøyede lysintensiteter på dagtid på arkene i forhold til kontrollstedene (figur 6A). Lavere dielfluktuasjoner i oppløst oksygen indikerer forbedret oksygentilgjengelighet for koraller på arkene sammenlignet med bunndyrene, spesielt om natten (figur 6G). Disse beregningene har alle vært assosiert med forbedringer i koralloverlevelse42, vekst 43,44,45 og utvinning fra stress 46,47 i tidligere arbeid og kan knyttes til forbedrede overlevelsesutfall av koraller overført til arker sammenlignet med bentiske kontrollsteder (figur 8 ). Det faktum at disse forholdene vedvarer selv etter akkumulering av betydelig biomasse gjennom begroing, indikerer at naturlige rekrutteringsprosesser ikke reduserer de forbedrede vannkvalitetsegenskapene til midtvannsmiljøet. Arks ble utplassert 3 km utenfor kysten av de bunnlevende kontrollstedene og har sannsynligvis dratt nytte av reduserte tilførsler av terrestrisk avledede sedimenter, næringsstoffer og muligens fiskepress som utfordrer kystnære steder. Plassering av arker i områder med rent vann og lav menneskelig påvirkning (som offshore) kan gi en bedre setting enn sterkt påvirkede kystsoner for å forplante revets biologiske mangfold for eksperimenter på mesokosmnivå.

De foreløpige funnene antydet også at midtvannsarkene opplevde mindre mikrobialisering, en sentral revprosess assosiert med nedbrytning av bunnrevhabitater 4,48. Høye næringstilførseler og overfiske har blitt identifisert som drivere for revbrede trofiske tilbakekoblingssløyfer der energisk destabiliserte mikrobielle samfunn sprer seg, noe som resulterer i respiratorisk nedtrekk av metabolsk tilgjengelig oksygen og økt forekomst av korallpatogener i bunnen 6,49,50,51 . Den reduserte overflod av frie virus på mikrobialiserte rev, som tjener som en primær lytisk kontroll på mikrobiell samfunnsvekst, indikerer en sammenbrudd i den trofiske strukturen som favoriserer ytterligere mikrobiell ekspansjon52. Vannsøyleassosierte mikrober på arkene var både mindre tallrike (figur 7B) og fysisk mindre (figur 7D) enn på havbunnen. Arkene viste også høyere virus-til-mikrobe-forhold (figur 7A), overflod av frie virus (figur 7C) og tilgjengelighet av oppløst oksygen, spesielt om natten (figur 6G). Samlet sett indikerer disse funnene at midtvannsmiljøet viste mindre potensial for mikrobialisering i forhold til havbunnsstedene. Arker, som mesokosmer hvor miljøforholdene kan endres ganske enkelt ved vertikal justering i vannsøylen, gir en mulighet til å redusere og videre utforske de mikrobielle og molekylære mekanismene for nedbrytning av rev.

Geodetiske sfærer med to forskjellige frekvenser ble valgt for utformingen av korallarkene som presenteres her (figur 1). Geodetisk frekvens (1V, 2V, 3V) indikerer antall repeterende underelementer i en geodetisk sfære, med høyere frekvenser som tilsvarer et høyere antall trekantede underelementer. Fra et strukturelt perspektiv fordeler geodetisk polyeder mekanisk belastning gjennom hele strukturen, noe som resulterer i en høy medfødt styrke for størrelsen53,54. Disse egenskapene gir høy holdbarhet og lang levetid, men kommer på bekostning av høyere hydrodynamisk luftmotstand, noe som kan resultere i høyere belastninger på fortøyningssystemet. Fra et habitatperspektiv representerer draget generert av et Ark-system en indikator på diffusjonen av momentum i strukturen og dermed i hvilken grad den indre omgivelsesstrømmen reduseres. De modellerte og eksperimentelt validerte resultatene indikerer en 40% -70% reduksjon i strømningshastigheten inne i "Shell" -arkene i forhold til det omkringliggende strømningsfeltet på grunn av generering av turbulent strømning inne i strukturene (se avsnitt 6 i tilleggsfil 1). Selv om det optimale nivået av intern strømningsreduksjon ikke er klart (og varierer med geodetisk frekvens), er områder med redusert strømning i strukturen viktige for å skape nisjehabitater 55,56, remineraliserende næringsstoffer 57,58 og fremme retensjon og bosetting av larver 59,60 . Generelt krever større og høyere frekvens geodetiske strukturer, spesielt på mer utsatte installasjonssteder, forankringssystemer med høyere holdekraft og mer redundans innlemmet i den strukturelle designen.

Resultatene fra feltbaserte målinger av spenningskomponenten på "Shell" Ark-fortøyningssystemet stemte godt overens med resultatene generert fra de modellerte og eksperimentelle slepeestimatene (figur 4) og var godt innenfor de forventede designområdene. Disse resultatene indikerer at forutsetningene til den hydrodynamiske modellen er gyldige og at modellen kan forutsi dragkrefter over bakgrunnsstrømområdene. Imidlertid, mens avvikene i de modellerte og eksperimentelle dataene var små, muliggjorde ikke strømningsområdet i testperioden, som var typisk for omgivelseshastigheter, ikke-stormstrømningshastigheter på stedet, en streng validering over hele modelleringsspekteret. Ved å forutsi designkravene til Coral Arks-systemer, bør modelleringsinnsats kombineres med informasjon om stormfrekvens og eksponering på de planlagte distribusjonsstedene for å designe strukturer og fortøyningssystemer som kan overleve de forventede hydrodynamiske kreftene. Modelleringsarbeidet som presenteres her kan brukes til å designe Ark-systemer på andre steder med minimale innganger (ønsket arkstørrelse, frekvens og gjennomsnittlig strømhastighet på utsettingsstedet) ved å gi luftmotstandskoeffisienter og maksimale forventede krefter på fortøynings- og forankringssystemet.

Arks og ARMS systemer er modulære og kan bygges i en annen skala og med alternative materialer enn de som er beskrevet her. Selv om deres endelige levetid ennå ikke er bestemt, ble Coral Arks designet for å ha en omtrent 10 års livssyklus. Den materielle sammensetningen av arkene og armene påvirker strukturenes levetid, vekten av systemene, og derfor den nødvendige oppdriften for å kompensere for vekten og kan påvirke responsen til tidlige begroingssamfunn (tilleggsfil 1-figur S7). For eksempel gir kalkstein et mer naturlig substrat for biologisk kolonisering på ARMS og er lett og billig hentet på de fleste karbonatrevøyer, men det er mer skjøre og tyngre enn andre materialer som PVC og glassfiber. Disse faktorene bør vurderes opp mot stedsspesifikke egenskaper for å designe ARMS, Arks og fortøyningssystemer som best adresserer de ønskede prosjektresultatene.

Distribusjonsstedene for Coral Arks bør også velges basert på de tiltenkte prosjektmålene (dvs. forskning, begrensning eller restaurering). Faktorer å vurdere for valg av sted inkluderer tilgang til materialer, revstat eller tilstand, samfunnsinvestering / involvering, ressursbegrensning, institusjonell støtte og tillatelseskrav. Korallarker kan gi muligheter til å møte spesifikke behov på steder som (1) inneholder levende korallrev som er i relativt dårlig stand og vil ha nytte av restaureringsaktiviteter for å forbedre korallrekruttering, koralldekke, kystbeskyttelse eller menneskelige matressurser; (2) har behov for overføring av koraller til et annet sted, noe som kan oppstå, for eksempel når det er juridiske krav om å flytte levende koraller av ruskgjenstander som er planlagt for fjerning (på disse stedene kan korallarker brukes i samarbeid med, eller til støtte for, eksisterende restaurering og utplantingsinnsats for å forbedre translokasjonsresultatene); (3) kreve forskning på nye bevarings- og restaureringsteknologier ved hjelp av korallarker for å forbedre suksessen til lokal innsats; eller (4) har tilstrekkelig distinkte lokale forhold (dvs. forskjellig omfang av menneskeskapt påvirkning), noe som betyr at standardiserte mesokosmer kan gi meningsfulle sammenligninger om revprosesser og intervensjoner. De spesifikke tilnærmingene for overvåking av aspekter av Coral Arks-økosystemet som biologisk vekst, mangfold og vannkjemi vil variere mellom prosjekter basert på prosjektmålene og stedsspesifikke variabler. En representativ skisse for den vitenskapelige overvåkingen av korallarker som hittil er gjennomført, er gitt i avsnitt 5 i tilleggsfil 1.

Utformingen av Coral Arks-strukturer kan imøtekomme koraller av nesten alle arter, størrelser og alder, og bør gi forbedrede forhold i forhold til de på en forstyrret revbunn. Avhengig av vekst- og forkalkningshastighetene observert på et gitt system, kan det være nødvendig å legge til positiv oppdrift til arksstrukturene for å kompensere for biologisk vekst og for å redusere risikoen for å synke. Positivt flytende midtvannsstrukturer kan veies ved hjelp av en spennings-/kompresjonslastcelle, eller strekkmåler, for å avgjøre om vekten i vannet i samfunnet øker (figur 5). Periodiske eller langsiktige målinger ved hjelp av lastcellen kan utfylle andre finere oppløsningsberegninger for korallvekst for å generere en beregning av vekst / forkalkning på samfunnsnivå, og har blitt inkludert som en vanlig vedlikeholdsoppgave for å avgjøre om systemet har tilstrekkelig positiv oppdrift for å kompensere for denne biologiske veksten over tid. I tilfelle en installert ark ikke lenger kan overvåkes eller vedlikeholdes, kan den flyttes og/eller oppdriften kan fjernes slik at arken kan festes godt til bunndyrene.

Metodene beskrevet her gir forskere en allsidig verktøykasse for å samle midwater reef samfunn som kan plasseres på steder med forbedret vannkvalitet. Ved å endre dybden eller plasseringen av Arks-strukturene, kan endringer i vannkvalitetsparametere eksperimentelt knyttes til endringer i revets samfunnsstruktur og suksesjonsbaner. Denne designfunksjonen gjør det mulig for forskere å utnytte den rike og underutnyttede plassen i midtvannsmiljøet for å samle og studere korallrevmesokosmer. Bruken av sådd ARMS for å omplassere kryptisk biologisk mangfold og levere et "løft" til den naturlige rekrutteringen av mobile beitende virvelløse dyr gir en funksjonell løsning for å redusere algebegroing og dermed bunndyrkonkurranse om koraller. Bruk av etablerte og standardiserte prøvetakingsstrukturer som komponenter i dette systemet gir merverdi ved å muliggjøre langsiktig overvåking av kryptiske samfunn på Arks og sammenligning med datasett generert ved hjelp av ARMS som et globalt folketellingsverktøy for biologisk mangfold.

Korallarker kan tjene som en mer helhetlig, integrert og selvregulerende plattform for forplantning av korall- og hvirvelløse biomasse som deretter kan plantes ut til nærliggende forringede rev og kan gi et trygt fristed for koraller å vokse og reprodusere i forbedrede vannkvalitetsforhold. Som det for tiden blir demonstrert i Puerto Rico, kan Arks gi forbedrede overlevelsesresultater for avbøtende prosjekter som involverer flytting av koraller og revets biologiske mangfold fra rusk eller forringede områder. Arks har relevans i langsiktige prosjekter som en metode for å erstatte habitater for fiskepopulasjoner, teste nye bevaringsstrategier og bevare innfødt revets biologiske mangfold. I prosessen gir Arks allsidige verktøy for å gjennomføre in situ-studier av revsamlinger og økologisk suksesjon, og kan generere ny innsikt i revforbindelse.

Disclosures

Forfatterne har ingen konkurrerende økonomiske interesser eller andre interessekonflikter.

Acknowledgments

Vi takker Vermeij, Kristen Marhaver og CARMABI Research Foundation på Curaçao for å gi ressurser, støtte og innsikt for dette prosjektet. Vi takker NAVFAC Atlantic Vieques Restoration Program og Jacobs Engineering-teamet for deres betydelige logistiske og tekniske støtte i installasjon, vedlikehold og overvåking av Coral Arks i Vieques. Vi takker også Mike Anghera, Toni Luque, Cynthia Silveira, Natascha Varona, Andres Sanchez-Quinto, Lars ter Horst og Ben Darby for deres hjelp og konstruktive innspill på feltet. Denne forskningen ble finansiert av en Gordon og Betty Moore Foundation Aquatic Symbiosis Investigator Award til FLR og av Department of Defense Environmental Security Technology Certification Program (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

Miljøvitenskap utgave 191
Coral Reef Arks: En <em>in situ</em> mesokosmos og verktøykasse for montering Reef Communities
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