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 værktøjskasse til samling af revsamfund

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

Fortøjede midwater geodætiske strukturer kaldet Coral Arks giver en modulær, skalerbar og lodret justerbar forskningsplatform, der kan bruges til at opbygge, overvåge og forstyrre koralrevsamfund i tidligere inoperative områder, herunder offshore.

Abstract

Koralrev trives og leverer maksimale økosystemtjenester, når de understøtter en trofisk struktur på flere niveauer og vokser under gunstige vandkvalitetsforhold, der omfatter høje lysniveauer, hurtig vandgennemstrømning og lave næringsniveauer. Dårlig vandkvalitet og andre menneskeskabte stressfaktorer har forårsaget koraldødelighed i de seneste årtier, hvilket har ført til trofisk nedgradering og tab af biologisk kompleksitet på mange rev. Løsninger til at vende årsagerne til trofisk nedgradering forbliver undvigende, dels fordi bestræbelser på at genoprette rev ofte forsøges under de samme formindskede forhold, der forårsagede koraldødelighed i første omgang.

Koralarker, positivt flydende, midtvandsstrukturer, er designet til at give forbedrede vandkvalitetsforhold og understøttende kryptisk biodiversitet for translokerede og naturligt rekrutterede koraller til at samle sunde revmesokosmos til brug som langsigtede forskningsplatforme. Autonome revovervågningsstrukturer (ARMS), passive bosættelsesanordninger, bruges til at translokere den kryptiske revbiodiversitet til koralarkerne og derved give et "boost" til naturlig rekruttering og bidrage med økologisk støtte til koralernes sundhed. Vi modellerede og eksperimentelt testede to designs af arker for at evaluere strukturernes trækegenskaber og vurdere deres langsigtede stabilitet i mellemvandet baseret på deres reaktion på hydrodynamiske kræfter.

Vi installerede derefter to designs af Arks-strukturer på to caribiske revsteder og målte flere vandkvalitetsmålinger forbundet med Arks-miljøet over tid. Ved indsættelse og 6 måneder efter viste Coral Arks forbedrede målinger af revfunktion, herunder højere flow, lys og opløst ilt, højere overlevelse af translokerede koraller og reduceret sedimentering og mikrobialisering i forhold til nærliggende havbundssteder i samme dybde. Denne metode giver forskere en tilpasningsdygtig, langsigtet platform til opbygning af revsamfund, hvor lokale vandkvalitetsforhold kan justeres ved at ændre implementeringsparametre som dybde og sted.

Introduction

Over hele kloden gennemgår koralrevøkosystemer overgange fra koraldominerede bentiske samfund med høj biodiversitet til samfund med lavere diversitet domineret af græs- og kødfulde makroalger 1,2,3. Årtiers fremskridt med at karakterisere mekanismerne for nedbrydning af koralrev har afsløret, hvordan forbindelser mellem mikrobielle og makroorganismesamfund øger tempoet og sværhedsgraden af disse overgange. For eksempel initierer overfiskning af rev af menneskelige populationer en trofisk kaskade, hvor overskydende fotosyntetisk afledte sukkerarter fra ugræssede alger shuntenergi ind i revets mikrobielle samfund og dermed driver patogenese og forårsager koralnedgang 4,5,6. Denne trofiske nedgradering forstærkes af tabet af biodiversitet på rev, der skyldes faldet i vandkvaliteten 7,8. Eksperimenter på mesokosmosniveau kan bruges til bedre at forstå og afbøde den trofiske nedgradering af koralrevsamfund ved at øge biodiversiteten og forbedre vandkvaliteten, men logistiske udfordringer gør disse undersøgelser vanskelige at gennemføre in situ.

En konsekvens af trofisk nedgradering på rev er det udbredte tab af kryptisk biodiversitet, hvoraf meget forbliver ukarakteriseret 7,9. Koraller er afhængige af en forskelligartet pakke kryptiske revorganismer ("kryptobiota"), der understøtter deres helbred ved at spille integrerede roller i rovdyrforsvar 10, rengøring11, græsning af konkurrerende alger 12,13 og regulering af revvandkemi 14,15. Indtil for nylig og på grund af de metodiske begrænsninger ved visuelle undersøgelser har revkryptobiota været underrepræsenteret og dårligt forstået i forbindelse med revøkologi, og de tages derfor sjældent i betragtning i bestræbelserne på at genoprette eller genopbygge rev. I det sidste årti har brugen af standardiserede afviklingsenheder kaldet autonome revovervågningsstrukturer (ARMS) kombineret med sekventering med høj kapacitet muliggjort bedre indsamling og karakterisering af revkryptobiota16,17. ARMS rekrutterer passivt repræsentanter for næsten al kendt koralrevbiodiversitet og har hjulpet med at afsløre adskillige funktionelle roller kryptiske organismer i revskalaprocesser 9,18,19,20,21,22,23. Disse bosættelsesenheder giver derfor en mekanisme til at translokere kryptisk revbiota sammen med koraller for at samle mere intakte revsamfund med biologisk medierede mekanismer, såsom græsning, forsvar og forbedring af lokal vandkvalitet, der er afgørende for at opretholde den trofiske struktur.

Koraldominerede rev trives i højlys, lavt næringsstof og godt iltede miljøer. Menneskelige aktiviteter som urbanisering, landbrug og overfiskning har reduceret vandkvaliteten på mange koralrev ved at øge sedimentet, næringsstoffer, metaller og andre forbindelser i afstrømning 24,25 og ved at ændre biogeokemisk cyklus26. Til gengæld nedbryder disse aktiviteter revsamfund gennem kvælning, energiudtømning, levering af forurenende stoffer forbundet med sedimentering27,28, øger væksten af makroalger, der konkurrerer med koraller 29, øger overflod af mikrobielle patogener6,30,31 og skaber hypoxiske zoner, der dræber kryptiske hvirvelløse dyr32,33 . Disse og andre "lokale virkninger" forværres af regionale og globale ændringer i havforholdene, herunder stigende temperaturer og faldende pH, hvilket yderligere forværrer forholdene for koraller og andre revorganismer34,35. Ved bentisk-vand-grænsefladen forårsager specifikt åndedræts- og fotosyntesedynamikken i bentiske samfund dielfluktuationer i pH og opløst ilt, som bliver mere udtalt på stærkt nedbrudte rev, hvilket skaber forhold, som bentiske hvirvelløse dyr ikke kan tolerere32,36,37,38 . Tilvejebringelse af passende vandkvalitetsforhold er derfor afgørende for at samle fungerende revsamfund, men dette er fortsat en udfordring, fordi et stigende antal rev er fanget i forskellige nedbrydningstilstande.

Mange af de udfordringer, som koraller og grundlæggende kryptiske taxa står over for på benthos, kan overvindes via flytning til mellemvandet, her defineret som vandsøjlens indstilling mellem havoverfladen og havbunden. I midtvandsmiljøet forbedres vandkvaliteten39,40, sedimenteringen reduceres, og afstanden fra havbunden dæmper udsving i parametrene forbundet med bentisk metabolisme. Disse karakteristika forbedres yderligere ved at bevæge sig offshore, hvor landbaserede menneskeskabte påvirkninger, såsom jordafledt afstrømning, i stigende grad bliver fortyndet med afstanden fra kysten. Her introducerer og leverer vi protokoller til at bygge, implementere og overvåge Coral Reef Arks, en tilgang, der udnytter forbedrede vandkvalitetsforhold i mellemvandet og inkorporerer kryptisk biodiversitet på forankrede, positivt flydende strukturer til samling af koralrevsamfund.

Coral Reef Arks-systemer eller "Arks" består af to primære komponenter: (1) en suspenderet stiv geodætisk platform hævet over benthos og (2) organismedækkede eller "såede" ARMS, der translokerer revkryptobiota fra nærliggende bentiske områder og derved supplerer de naturlige rekrutteringsprocesser for at give de translokerede koraller et mere forskelligartet og funktionelt revsamfund. En geodesisk struktur blev valgt for at maksimere styrken og minimere byggematerialet (og dermed vægten) samt at skabe et internt, turbulent strømningsmiljø analogt med revmatrixen.

To designs af Arks blev med succes installeret på to caribiske feltsteder og bruges i øjeblikket til forskning i etablering af revsamfund og økologisk succession (figur 1). Coral Arks-strukturer er beregnet til at være langsigtede forskningsplatforme, og som sådan er et primært fokus i dette manuskript at beskrive protokoller til placering, installation, overvågning og vedligeholdelse af disse strukturer for at maksimere deres stabilitet og levetid i midtvandsmiljøet. En kombination af modellering og test i vand blev brugt til at evaluere strukturernes trækegenskaber og justere designet til at modstå de forventede hydrodynamiske kræfter. Efter installationen blev revsamfund etableret på arkerne og på nærliggende bentiske kontrolsteder i samme dybde gennem en kombination af aktiv translokation (koraller og seedede ARMS-enheder) og naturlig rekruttering. Vandkvalitetsforhold, mikrobiel samfundsdynamik og koraloverlevelse på arkerne blev dokumenteret på flere tidspunkter i hele den tidlige successionsperiode og sammenlignet med de bentiske kontrolsteder. Hidtil har forholdene forbundet med midwater Coral Arks-miljøet konsekvent været gunstigere for koraller og deres tilknyttede kryptiske konsortier i forhold til de nærliggende bentiske kontrolsteder på samme dybder. Metoderne nedenfor beskriver de trin, der kræves for at replikere Coral Arks-tilgangen, herunder hvordan man vælger steder og designer og implementerer Coral Arks-strukturer. Foreslåede tilgange til overvågning af koralarker er inkluderet i supplerende fil 1.

Protocol

BEMÆRK: Detaljerede oplysninger om fremstilling, implementering og overvågning af ARMS- og Coral Arks-strukturer, herunder tekniske tegninger, diagrammer og fotos, findes i supplerende fil 1. Dele af protokollen, der involverer undervandsarbejde, herunder installation af Arks og ARMS-strukturer, anbefales at udføres af et team på tre dykkere (på SCUBA) og to overfladestøttepersonale.

1. Samling og indsættelse af våben

BEMÆRK: ARMS er ca. 1 ft 3 (30 cm3) strukturer lavet af PVC eller kalksten basismaterialer, der efterligner den tredimensionelle kompleksitet af reef hardbottom substrater. Tabel 1 diskuterer to design for ARMS givet forskellige projektovervejelser. ARMS anbefales at blive indsat i 1-2 år før overførsel til Arks for at maksimere koloniseringen af kryptisk biota.

  1. PVC ARME
    BEMÆRK: De hyldekomponenter, der henvises til i denne protokol (og opført i materialetabellen), beskrives ved hjælp af britiske enheder. De fremstillede materialer beskrives ved hjælp af metriske enheder. Detaljerede fabrikationsinstruktioner, herunder tekniske tegninger til fremstilling af komponenterne, findes i afsnit 1 i supplerende fil 1.
    1. Forsamling
      1. Indsæt fire 1/4 i-20, 8 i lange hex-hovedbolte gennem midterhullerne på en 1/2 i tyk PVC-bundplade; Vend det derefter sådan, at boltene vender lodret opad.
      2. Tilføj en nylonafstandsstykke til hver bolt, og tilsæt derefter en 1/4 tommer tyk, PVC 9 i x 9 i pladen. Dette skaber et åbent lag mellem bundpladen og den første stablingsplade.
      3. Tilføj en lang tværafstandsstykke på to bolte i modsatte hjørner, og tilføj derefter to korte tværafstandsstykker på de resterende bolte, så der dannes et "X". Tilføj en anden PVC-stablingsplade for at skabe et lukket lag.
      4. Gentag trin 1.1.1.2 og trin 1.1.1.3, skiftevis mellem åbne og lukkede lag, indtil der er tilføjet syv til ni pladelag til boltene (supplerende fil 1-figur S5).
      5. Tilføj en skive, en hex-møtrik og en låsemøtrik med nylonindsats øverst på hver bolt, og stram sikkert ned.
    2. Til indsættelse transporteres de samlede PVC ARMS til målimplementeringsstedet og dækker ARMS med 100 μm mesh under overførslen for at tilbageholde små mobile hvirvelløse dyr (supplerende fil 1-figur S6). Find en patch af reef hardbottom substrat i nærheden af sunde koralrev samfund.
      BEMÆRK: De specifikke implementeringssteder bør vælges under hensyntagen til de lokale regler og tilladelsesbestemmelser, såsom at undgå de kritiske levesteder for arter opført i Endangered Species Act i amerikanske farvande.
      1. Brug 3 i længder på 1/2 i armeringsjern og en hammer til at fastgøre armene til benthos i alle fire hjørner ved at banke armeringsjernet, let vinklet udad, ind i basiskalkstenen, således at armeringsjernet genererer spænding mod kanten af bundpladen (figur 2A, B).
      2. Alternativt kan du forbinde kæderne på ARMS ved hjælp af kraftige kabelbindere og forankre enderne af kæderne med hærdede betonposer (figur 2C og supplerende fil 1-figur S6).
  2. Kalksten ARME
    1. Til montering skal du begynde med 12 tommer x 12 i ufærdige kalksten eller travertinfliser (figur 2). Identificer den ønskede kompleksitet af kalksten ARMS interiør.
      BEMÆRK: Det anbefales at bruge 2 cm3 terninger. Alternative design og overvejelser findes i afsnit 2 i supplerende fil 1.
      1. Brug en våd flisesav til at skære flere ufærdige fliser i 2 cm2 firkantede afstandsstykker (~ 250).
      2. Skær travertinfliser til den ønskede form til ARMS-lagene. I lighed med PVC ARMS skal du bruge 12 i x 12 i firkanter og lægge dem med afstandsstykker for at danne 1 ft3 terninger (supplerende fil 1-figur S8).
      3. Brug en todelt, ikke-giftig marine grade epoxy til at lime de mindre travertinstykker på en større travertinlagplade langs et forudtegnet gittermønster.
      4. Forbered flere lag, der, når de stables sammen, opnår den ønskede ARMS-højde. Lad epoxy hærde baseret på producentens anbefalinger.
      5. Saml ARMS-stablepladerne ved hjælp af epoxy til at lime hvert lag på det ovenover.
        BEMÆRK: ARMS-højden varierer afhængigt af den ønskede vægt og interne kompleksitet. En endelig størrelse på ca. 1 ft3 anbefales.
      6. Lad epoxyen hærde ud af direkte sollys i 24 timer før påføring.
    2. Til indsættelse skal du transportere de samlede Limestone ARMS til målimplementeringsstedet. Find en patch af reef hardbottom substrat i nærheden af sunde koralrev samfund.
      BEMÆRK: De specifikke implementeringssteder bør vælges under hensyntagen til de lokale regler og tilladelsesbestemmelser, såsom at undgå de kritiske levesteder for arter opført i Endangered Species Act i amerikanske farvande.
      1. Transporter ARMENE til benthosene ved hjælp af en mælkekasse og løftepose. Kil kalkstenens arme ind i død revmatrix (levende sten). Undgå sandbundshabitater og dem, der er stærkt koloniseret af græsalger eller bentiske cyanobakterielle måtter.
      2. Placer kalkstensarmene ved siden af klippeudhæng og klippefremspring for at beskytte dem mod bølgepåvirkning og stormfloder.

2. Coral Arks samling og implementering

BEMÆRK: Tabel 2 diskuterer designovervejelserne for Coral Arks givet forskellige projektparametre. Delelementernes dimensioner (stivere, nav, platforme, fortøjningskomponenter og positiv opdrift) kan ændres afhængigt af den ønskede størrelse og vægt af de endelige Coral Ark-strukturer.

  1. Installation af forankringssystemet
    BEMÆRK: Vælg forankringssystemet baseret på sted- og projektspecifikke overvejelser såsom arkdesign, stormfrekvens, bundtype, stedeksponering, projektets varighed og forventede kræfter på grund af træk, strøm og opdrift. Se PADI41 for at få indsigt i valg af fortøjningssystem.
    1. Brug sandskruer i sandbund og løse murbrokker.
      1. Transport sandskruerne til benthos. Stil sandskruen oprejst, drej og begrav sandskruen, indtil den første skive er dækket af sand eller løse murbrokker.
      2. Placer en 5 fod lang metaldrejestang gennem ankerets øje, således at størstedelen af drejestangen stikker ud af den ene side af øjet.
      3. Gå eller svøm i cirkler på benthos, skru sandskruen ind i underlaget, indtil kun øjet forbliver stikkende ud af benthos (supplerende fil 1-figur S20).
      4. Installer tre sandskruer i et trekantet mønster, forbundet med et kædetøj, for øget holdekraft (supplerende fil 1-figur S20).
    2. Brug Halas-ankre i hardbottom og karbonatbaserockhabitater.
      1. Transport 9-12 i øjebolte og en nedsænket boremaskine (elektrisk eller pneumatisk) til ankerstedet.
      2. Brug dykboret og en murhulsav med en diameter på 1 i diameter til at bore et 9 i dybt og 1 i bredt hul i grundstenen. Rens regelmæssigt overskydende substrat fra hullet ved hjælp af en kalkunbaster.
      3. Fyld hullet med Portland cement eller epoxy af marinekvalitet. Skub øjeboltakslen ind i hullet, og fyld de resterende huller med cement eller epoxy.
      4. Lad cementen/epoxyen hærde i 5 dage.
      5. For øget holdekraft skal du installere tre Halas-ankre i et trekantet mønster, forbundet med et kædetøj.
    3. Brug blokfortøjning på steder med eksisterende fortøjningsblokke eller tunge affaldselementer.
      BEMÆRK: Installation af en ny fortøjningsblok kræver installationsudstyr af kommerciel kvalitet såsom en prammonteret kran og anbefales ikke til projekter med mindre omfang.
      1. Fastgør fortøjningssystemet til eksisterende tunge affaldselementer (sunkne fartøjer, motorblokke) eller til eksisterende fortøjningsblokøjne via hardware og tackle.
      2. Sørg for, at metalfortøjningskomponenterne er fremstillet af lignende metaller og beskyttet mod galvanisk korrosion ved hjælp af offeranoder.
  2. 1V-frekvensstrukturen (to platforme)
    BEMÆRK: Detaljerede fabrikationsinstruktioner, herunder tekniske tegninger til fremstilling af komponenterne, findes i Afsnit 4 af Supplerende fil 1. De standardkomponenter, der henvises til i denne protokol (og som er opført i Tabel over materialer) er beskrevet ved hjælp af kejserlige enheder.
    1. Montering af 1V geodætisk ramme
      1. Skru en 1/4-20 rustfrit stål hex-møtrik på en 1/4-20 2.5 i rustfrit stålbolt 3/4 af vejen til toppen af bolten. Indsæt bolten i et af de indvendige huller på fjederbenet.
      2. Fastgør en låsemøtrik på den anden side af skruen, stram den ned, indtil den passer sikkert sammen med PVC'en for at forhindre, at navet glider ned langs fjederbenets længde.
      3. Gentag for den modsatte side af fjederbenet og for de resterende 29 stivere.
      4. Skub enden af hver fjederben gennem et af hullerne i navene, og fastgør en anden bolt gennem det ydre hul på fjederbenet, og afslut med en låsemøtrik for at forhindre, at fjederbenet glider ud af navet (supplerende fil 1-figur S24).
      5. Gentag for alle fem stivere i et nav, og fortsæt derefter med at tilføje nav og stivere, indtil den geodætiske kugle er samlet (supplerende fil 1-figur S24).
      6. Fjern 1/8 i rustfrit ståltov, og begynd at gevind den gennem stiverne. Opret 12 sløjfer, på størrelse med en sølvdollar, ud af nylonkabelbindere - en til hvert nav. Når ståltovet er gevindskåret gennem stivere, skal du føre rebet gennem lynlåsbåndsløjfen ved navet og derefter fortsætte til næste stiver.
        BEMÆRK: Nogle stivere gentages.
      7. Fortsæt gevindskæringen, indtil ståltovet er blevet gevindskåret gennem alle stivere, forbundet i midten af hvert toppunkt med lynlåsenstroppen.
      8. Træk kablet tilbage til startpunktet. Brug en tang til at trække i lynlåsbåndssløjferne for at krympe dem til den mindst mulige størrelse, hvilket bringer længden af ståltov tæt sammen. Monter en kabelklemme i 1/2 rustfrit stål på alle wirelængder, og stram sikkert ned.
      9. Gentag for alle hjørner af strukturen.
      10. Sæt ståltovets begyndelseslængde sammen med endelængden, og spænd disse sammen ved hjælp af tre 1/2 i kabelklemmer.
        BEMÆRK: Ståltovet (brudstyrke: 2.000 lb) skal nu understøtte det meste af belastningen på strukturen og styrke den betydeligt.
      11. Tilføj riggesystemet, som består af to længder på 3/8 i rustfrit stålkabel, der hydraulisk svinges på et øje i hver ende. Monter PVC-endehætterne mellem swages, så kablet passerer gennem hele arklængden med øjne øverst og nederst til fortøjnings-/bøjelinefastgørelserne. Et drejespændesystem i midten forbinder de to længder af rustfrit kabel.
      12. Før de nederste ender af kablet gennem toppen og bunden af arken, og monter endehætterne på de øverste og nederste nav ved hjælp af en hammer. Skru øjeboltene ind i drejespændet og stram indtil der er tilstrækkelig spænding på strukturen til at gøre systemet stift (supplerende fil 1-figur S24).
      13. Tilføj hvert støbt glasfibergitter, skåret i to halvfemkanter, i Ark-interiøret ved hjælp af kraftige 250 lb lynlåsbånd for at forankre platformens sider til Ark-stiverne (supplerende fil 1-figur S24).
      14. Under strukturen skal du placere en længde glasfiber I-bjælke, så den forbinder begge halvdele af glasfiberplatformen. Fastgør til undersiden af platformen ved hjælp af to 1/4 i-20 U-bolte i rustfrit stål.
      15. Gentag for de fire andre I-bjælker, og fordel dem ligeligt ned langs platformen. Dette forbinder og understøtter platformens to halvdele, hvilket skaber en fuld femkant.
      16. Stram de kraftige lynlåsbånd i kanterne af platformen, og klip det overskydende af. I slutningen af dette trin er den interne platform fast integreret i Ark-strukturen (supplerende fil 1-figur S24).
      17. Brug rustfrit stål mousing wire til at mus enderne af drejespænde og alle bøjlerne. I slutningen af dette trin vil arken have to integrerede platforme, top- og bundfastgørelser til hardwarefastgørelse og et centralt kabel, der bærer størstedelen af spændingskraften placeret på strukturerne via forankring og positiv opdrift.
    2. Fastgørelse af fortøjningslinjen til den geodætiske ramme
      BEMÆRK: Fortøjningssystemer skal konstrueres således, at brudstyrken for alle de enkelte fortøjningskomponenter overstiger den maksimale belastning, der forventes på grund af omgivende og ekstreme miljøforhold. Se de repræsentative resultater for en beskrivelse af brugen af hydrodynamisk modellering i fortøjningssystemdesign. Det anbefales at fordele belastningen på flere fastgørelsespunkter på arken og på havbundens forankringssystem, da dette tilføjer redundans til systemet i tilfælde af svigt af individuelle elementer.
      1. Design fortøjningslinjerne og hardwaren for at sikre sikre forbindelser mellem Ark-basen og ankersystemet (se figur 1 for et eksempel).
        BEMÆRK: Det anbefales at designe fortøjningssystemet således, at midterlinjen af Ark-strukturen er placeret i en dybde på 30 m.
      2. Forbind toppen af en dobbeltsplejset linje til arkens bundøje med en bøjle. Tilslut en drejebøjle i rustfrit stål med høj styrke til bunden af denne linje (figur 1 og supplerende fil 1-figur S25).
      3. Tilslut toppen af en dobbeltsplejset linje til bunden af drejebøjlen. Bunden af denne linje vil forbinde til ankersystemet (figur 1 og supplerende fil 1-figur S25).
    3. Transport af arken til indsættelsesstedet
      1. Transport af arken via en blokvogn til en strand, der støder op til indsættelsesstedet (nearshore deployering med sandindgang) eller til et bådudsætningssted (fartøjsindsættelse).
      2. Fastgør en løftepose på 220 lb til arkens øverste rustfrie øje ved hjælp af en 1/2 i bøjle.
      3. Fastgør en fortøjningsline, inklusive hardware til fastgørelse til havbundsankeret, til bunden af arken.
      4. Til indsættelse fra et fartøj, der mangler en A-ramme eller davit, skal du laste arken på fartøjet, så den let kan rulles af båden og i vandet (undgå buer med høje kanoner eller agterstavn med påhængsmotorer).
      5. Til indsættelse fra kysten rulles arken i vandet, indtil der er en tilstrækkelig dybde, hvor løfteposen kan fyldes med luft (figur 3).
      6. Svøm, træk eller transporter arken til forankringsstedet ved overfladen (figur 3).
    4. Fastgørelse af arkerne til fortøjningssystemet
      BEMÆRK: På dette tidspunkt flyder Ark-systemet på overfladen over forankringsstedet med en løftepose. Følgende opgaver udføres under vandet på SCUBA og kræver et team på mindst tre dykkere.
      1. Udluftning langsomt luften fra løfteposen, udfør en kontrolleret nedstigning til forankringssystemet.
      2. Fastgør fortøjningsbeslaget i bunden af arken til forankringssystemet.
      3. Forøg Arks-systemets positive opdrift ved at fylde løfteposen med luft, og inspicer overvågningskomponenterne for strukturel integritet. Sørg for, at bøjlerne sidder korrekt, og at ankrene sidder godt fast. Brug musetråd til at muse alle bøjlerne.
      4. Forbind øjet på en kort, dobbeltsplejset linjelængde til det øverste øje på Arks-systemet med en bøjle. Forbind en polyform, oppustelig fortøjningsbøje til den anden ende af denne linje med en bøjle (supplerende fil 1-figur S25).
      5. Fyld fortøjningsbøjen med luft ved hjælp af en standard lavtryksluftdyseadapter, der er fastgjort til en ponyflaske trykluft, indtil den er ca. 75% fuld af luft.
      6. Udluft langsomt luften fra løfteposen, og fjern den fra systemet.
      7. Tilføj større eller flere talrige fortøjningsbøjer til Arks-systemer, der bruger kalksten ARMS eller for at kompensere for biologisk masseakkumulering.
    5. Fastgørelse af ARMS til arkerne
      1. Hent ARMS fra såningsstedet, og læg dem i mælkekasser foret med 100 μm maske for at forhindre tab af små mobile hvirvelløse dyr, der lever i ARMS.
      2. Overfør ARMS til Arks-stederne i kar med skyggefuldt, køligt havvand.
      3. Placer ARMENE på arkens øverste eller nederste platform, og fordel vægten jævnt over platformen.
      4. Før kraftige kabelbindere gennem både den støbte glasfiberplatform og bunden af PVC- eller kalkstenarmene, og stram for at fastgøre ARMS til Ark-rammen (supplerende fil 1-figur S25).
  3. 2V frekvensstrukturen (Shell)
    BEMÆRK: Detaljerede fabrikationsinstruktioner, herunder tekniske tegninger til fremstilling af komponenterne, findes i Afsnit 3 af Supplerende fil 1.
    1. Montering af 2V geodætisk ramme
      1. Saml Ark-monteringsrammen i henhold til den medfølgende vejledning fra VikingDome (supplerende fil 1-figur S11).
      2. Tilføj en skive til en 2,5 tommer lang, 10/32 rustfri bolt. Indsæt bolten gennem et af de to huller for enden af en fjederben, tilføj et STAR-stik til indersiden (hul, der er specifikt for S1- eller S2-stivere), og fastgør med en låsemøtrik.
      3. Gentag for det andet bolthul. Fortsæt uden at stramme låsemøtrikkerne, indtil strukturen er fuldt samlet (supplerende fil 1-figur S12).
      4. Stram Ark-monteringsrammen. I slutningen af trin 2.3.1.1 vil fjederben-STAR-forbindelserne være løse og formbare. Begynd at stramme låsemøtrikkerne ved hjælp af en topnøgle (10 mm eller 3/8 i fatning) og en Philips-skruetrækker.
      5. Fortsæt gennem hele strukturen, indtil alle låsemøtrikker er strammet, med låsemøtrikkens nylonindsats fuldt ud i indgreb på boltenes gevind.
      6. Tilføj pudeøjne til fastgørelse af fortøjningstøjet. Tilføj et pudeøje til den rustfri S1-fjederben i bunden af arken, og fastgør den med fire 3 bolte i rustfrit stål.
      7. Tilsæt 1/4 i-20 låsemøtrikker og stram ned. Gentag for i alt fem fortøjningsforbindelsespunkter (supplerende fil 1-figur S17).
      8. Monter 10 ARMS-byggeplader på de midtervendte N2 STAR-stik. Placer en 3 tommer pandehovedbolt gennem midterhullet på ARMS-bundpladen. Tilføj et gråt PVC-stativ til boltakslen, og placer det gennem midterhullet på N2 STAR-stikket med bundpladen inde i strukturen. Tilsæt en skive og en låsemøtrik og stram ned.
      9. Tilføj to beslag, og brug fire 3 1/4 i hex-hovedbolte og låsemøtrikker til at fastgøre ARMS-bundpladen til stivere. Stram alle låsemøtrikkerne ned. Bevar den samme retning for alle ARMS-bundpladerne (supplerende fil 1-figur S15).
      10. Monter 20 koralpladebundplader på de topvendte stivere. Placer fire 3 i hex-hovedbolte gennem hullerne på koralpladens bundplade og fastgør til fjederbenet ved hjælp af et beslag og en låsemøtrik. Gentag for den anden side. Stram låsemøtrikkerne for at fastgøre (supplerende fil 1-figur S15).
      11. Tilføj en central stang og trawlflåd til arkens centrale rygsøjle. Indsæt en 8 fod lang, ugevindskåret glasfiberstang i STAR-stikkene modificeret med et svejset rørsegment i bunden af arken. Tilføj en 1 i skive og en umodificeret trawlflåd på den ikke-gevindskårne glasfiberstang inde i strukturen. Afslut indsættelsen af stangen gennem arkens øverste STAR-stik.
      12. Monter boltene gennem metalrøret på de modificerede STAR-stik og låsemøtrikkerne til låsestangen inde i arken. Tilføj en grøn rørklemme tæt under trawlflåddet (toppen af arken), og stram ned.
      13. Monter modificerede trawlflåd inde i de øverste N2- og N1 STAR-konnektorer modificeret med et 1 i midterhullet. Tilsæt en glasfiberskive til den længere ende af den udsatte gevindskårne glasfiberstang.
      14. Fastgør gennem det modificerede STAR-forbindelseshul, så trawlflåd vender inde i strukturen. Tilføj en anden glasfiberskive og en glasfiber hex-møtrik. Stram ned med en skruenøgle og ved at dreje flåderne (supplerende fil 1-figur S16).
    2. Fastgørelse af fortøjningssystemet til den geodætiske ramme
      1. Design fortøjningslinjerne og hardwaren for at sikre sikre forbindelser mellem Ark-basen og ankersystemet (se f.eks. figur 1 ).
        BEMÆRK: Det anbefales at designe fortøjningssystemet således, at midterlinjen af Ark-strukturen er placeret i en dybde på 10 m.
      2. Forbind hvert pad-øje ved bunden af Ark-strukturen til det splejsede øje i slutningen af en dobbeltsplejset længde på en 3/4 in spektrelinje med en højstyrke, 7/16 i rustfrit stålbøjle (supplerende fil 1-figur S17).
      3. Brug en 1/2 tommer skruestiftbøjle til at forbinde den anden ende af hver spektrelinje til en af de to Masterlinks i rustfrit stål, således at hvert led har to eller tre forbindelser.
      4. Fastgør 3/4 i drejelig bøjle til bunden af Masterlink og øjet på en 1 i nylonlinje splejset med et fingerbøl i rustfrit stål.
      5. Fastgør en 3/4 i bøjle til øjet og fingerbøl i den anden ende af nylonlinjen. Denne bøjle opretter forbindelse til ankersystemet (supplerende fil 1-figur S17).
    3. Transport af 2V Ark til implementeringsstedet
      BEMÆRK: Indsættelsen af Shell Ark kræver et fartøj med en flad agterstavn og indenbordsmotorer, således at arken kan rulles af båddækket og ud i vandet, eller et fartøj med en stor davit eller A-ramme.
      1. Transport arken via en blokvogn til kajen eller marinaen.
      2. Læg arken på fartøjet ved hjælp af en gaffeltruck af passende størrelse (supplerende fil 1-figur S21).
      3. Fastgør fortøjningslinerne og hardwaren, herunder downlines og hardware til fastgørelse til havbundens ankersystem, til bunden af arken.
      4. Transport arken til ankerstedet (figur 3). Forbered en line omtrent samme længde som forankringssystemets dybde med en bøjle i den ene ende og en bøje i den anden ende.
      5. Fastgør bøjlenden af linen til forankringssystemet, med bøjenden flydende på overfladen.
      6. Rul arken sikkert væk fra agterdækket i vandet, eller sæt arken i vandet med en davit eller A-ramme. Fastgør bøjenden af linen til den positivt flydende ark, således at strukturen svæver over forankringssystemet.
    4. Fastgørelse af arken til fortøjningssystemet
      BEMÆRK: På dette stadium svæver Ark-strukturen på overfladen over forankringsstedet med de integrerede opdriftselementer (flåd), der giver flotation. Følgende opgaver udføres under vandet på SCUBA og kræver et team på mindst tre dykkere og to overfladestøttepersonale.
      1. Fastgør den øverste blok af en blok og tackle remskivesystem til et sikkert fastgørelsespunkt på bunden af arken, løsne remskiven, mens du falder ned mod havbunden, og fastgør derefter bundblokken til forankringssystemet (supplerende fil 1-figur S19).
      2. Træk linjen gennem bundblokken for at aktivere remskiven og træk arken i dybden. Linen skal låses fast i klampen ved hvert træk (supplerende fil 1-figur S19).
        BEMÆRK: For Arks-systemer med høj indledende positiv opdrift skal du bruge et 6: 1 blok- og tacklesystem til maksimalt køb. Vægte kan også midlertidigt fastgøres til Arks-systemet for at reducere den opdriftskraft, der er nødvendig for at synke strukturen.
      3. Fortsæt med at trække arken til dybden, indtil downline og fortøjningsudstyr kan tilsluttes ankersystemet. Brug ledning til at muse alle bøjlerne.
      4. Undersøg alle fortøjningskomponenter for integritet. Sørg for, at bøjlerne sidder korrekt, og at ankrene sidder godt fast.
      5. Overfør langsomt spændingen fra blokken og tackle til fortøjningssystemet. Fjern blokken og tacklingen, vægtene og bøjelinen.
    5. Fastgørelse af ARMS til arkerne
      1. Hent ARMS fra såningsstedet, og læg dem i mælkekasser foret med 100 μm maske for at forhindre tab af små mobile hvirvelløse dyr, der lever i ARMS. Overfør ARMS til Arks-stederne i kar med skyggefuldt, køligt havvand.
      2. Manøvrer ARMENE gennem en af de større trekantede åbninger nær arkens midterlinje, så ARMENE er inde i strukturen. Hold ARMENE fast på en af de hvide bundplader, der er monteret inde i Ark-rammen.
      3. Fastgør en 1/2 in-13, 1,75 i lang, rustfrit stål hex-hovedbolt gennem et åbent hjørnehul på ARMS-bundpladen og den hvide, underliggende HDPE-bundplade, fastgør en låsemøtrik i rustfrit stål til bolten, der stikker ud gennem den anden side, og stram ned, indtil den sidder tæt. Gentag for de tre andre sider (figur 2D).
      4. Skub armene frem og tilbage for at sikre fast fastgørelse.
    6. Vedhæftning af korallerne til arkerne
      1. Fastgør koralpladerne, der indeholder koraller, der er epoxieret til kalkstenflisen, til koralpladen HDPE-bundplader på ydersiden af arken ved hjælp af 2 i lange, 1/4 in-20, rustfrit stål hex-hovedbolte, en skive og en låsemøtrik i alle fire hjørner.
      2. Stram låsemøtrikkerne ved hjælp af en topnøgle for at fastgøre koralpladen på plads.

3. Coral Arks overvågning og vedligeholdelse

BEMÆRK: Detaljerede fabrikationsinstruktioner, herunder tekniske tegninger til fremstilling af komponenterne, findes i afsnit 7 i supplerende fil 1.

  1. Måling af arkens vægt i vandet
    1. Fastgør den nedsænkbare vejecelle til en blok og tackle remskivesystem til brug ved midlertidig overførsel af spænding på fortøjningslinjen til strain gauge-systemet.
    2. Fastgør bunden af blokken og tacklet til et sikkert sted på Ark-fortøjningssystemet, såsom et mellemliggende bøjlepunkt eller til havbundsankeret. Fastgør toppen af vejecellen til et sikkert sted på Ark-monteringsrammen (supplerende fil 1-figur S33).
    3. Uden at fjerne eller ændre fortøjningskomponenterne på arken skal du trække linen gennem blok- og tackle remskivesystemet, så spændingen overføres fra Ark-fortøjningssystemet til remskivesystemet og kløver linjen med hvert træk (supplerende fil 1-figur S33).
    4. Sørg for, at fortøjningslinen er helt slækket, så strain gaugen kan indsamle spændingsmålinger (supplerende fil 1-figur S33).
    5. Overfør langsomt spændingen fra blok- og tackleskivesystemet til Ark-fortøjningslinjen, og kontroller for at sikre, at bøjlerne og andre fortøjningskomponenter sidder korrekt og er sikre.
    6. For langsigtet dataindsamling skal du integrere en vejecelle i fortøjningssystemet som en "in-line" komponent. Skift regelmæssigt dataloggerne ud for at hente dataene.
  2. Langsigtet vedligeholdelse af arkerne
    1. Udfør rutinemæssige inspektioner af Arks fortøjningssystem og udfør vedligeholdelsesarbejde efter behov.
      BEMÆRK: Se Supplerende filfigur S18 for et eksempel på vedligeholdelsestjekliste. Halvårlig vedligeholdelse anbefales.
    2. Sørg for, at ankrene fortsat giver maksimal holdekraft (dvs. ikke bakker ud af underlaget).
    3. Rens fortøjningslinjerne for begroningsorganismer, der kan invadere og kompromittere linjernes integritet.
    4. Udskift nedværdigende komponenter, såsom offeranoder, sjækler og fortøjningslinjer, efter behov (supplerende filfigur S18).
    5. Tilføj supplerende opdrift efter behov ved at tilføje faste opdriftsflåd eller luft til de eksisterende fortøjningsbøjer for at kompensere for biologisk masseakkumulering.

Representative Results

Ovenstående metoder giver monterings- og installationsinstruktioner til to designs af Coral Arks-systemer. Prototyper til hvert design blev samlet og testet i San Diego, USA, inden langvarig implementering for at evaluere trækegenskaberne og optimere den strukturelle integritet baseret på modellerede og empiriske styrkeværdier. Modelleringsindsatsen, der er medvirkende til udvælgelse og forfining af begge Arks-geometrierne, der præsenteres her, herunder resultaterne fra vindtunneltest, hydrodynamiske simuleringer og validering i vand af de modellerede værdier ved hjælp af prototypestrukturer, er beskrevet detaljeret i afsnit 6 i supplerende fil 1. Resultaterne fra modellering og in-water test af "Shell" Arks design er vist her. To strukturer af hvert design blev derefter indsat på caribiske feltsteder i Puerto Rico og Curaçao (fire samlede Arks-strukturer installeret), og koraller blev translokeret til strukturerne. Vandkvalitet, mikrobielt samfund og koraloverlevelsesmålinger forbundet med "Shell" Arks-designet og to havbundskontrolsteder blev indsamlet på flere tidspunkter, der spænder over 6 måneder for at karakterisere og bestemme ændringerne i miljøparametrene og koralsundheden forbundet med Arks-strukturerne efter naturlig rekruttering og tilføjelse af frøede ARMS.

Træk egenskaber ved Coral Arks
Det er vigtigt at forstå trækegenskaberne for Coral Arks for at designe en struktur og fortøjning, der vil overleve målmiljøet. Fra et strukturelt perspektiv pålægger den hydrodynamiske luftmodstand i kombination med netopdriften belastninger i strukturen, især på fortøjningen og dens forankringssystem. Vi gennemførte modellering og eksperimentelle målinger for at estimere trækegenskaberne for Arks-strukturerne. Resultaterne af disse tests for "Shell" design af Arks strukturer er beskrevet nedenfor. Modellering blev udført ved at estimere træk af de enkelte elementer i strukturen, opsummere disse og derefter kombinere resultatet til en effektiv trækkoefficient som vist i ligning (1) og ligning (2):

Equation 1(1)

Equation 2(2)

hvor Dtotal er strukturens samlede træk estimeret ud fra summen af D i-elementets træk, CD er den samlede strukturtrækkoefficient, er væsketætheden, U er objektets strømningshastighed i forhold til væsken, og A er strukturens frontale område. I disse beregninger blev elementerne alle antaget at være cylindre med deres orientering til strømmen dikteret af arkstrukturens opretstående geometri. Modelleringen blev udført for det samme prototype "Shell" -system (en 2V geodætisk kugle), der blev brugt til slæbetest (beskrevet nedenfor) forud for konstruktionen af de endelige feltsystemer. Prototypen havde et samlet frontareal på ca. 2,10 m2, og modelleringsresultaterne indikerede en effektiv trækkoefficient for hele strukturen på ca. 0,12. Den modelforudsagte træk af strukturen som funktion af hastigheden er vist i figur 4.

Eksperimentelle estimater af strukturens trækkraft, der ville blive oplevet under forskellige strømningshastigheder, blev opnået ved at trække Ark-strukturen bag et fartøj med en lastcelle splejset på linje med træklinjen og en vippesensor for at registrere ændringerne i arkens orientering i forhold til den lodrette akse ved en række trækhastigheder. Før bugsering blev strukturens vægt i vandet bestemt, og der blev tilføjet tilstrækkelig ekstra vægt til strukturen til at simulere en nettoopdrift på ca. 200 kg (et indledende mål for systemet). Baseret på spændingen i trækkablet og arkens hældningsvinkel blev trækket (D-slæb) ved hver hastighed bestemt ved hjælp af ligning (3):

Equation 3(3)

hvor T er den målte spænding fra vejecellen og er hældningsvinklen i forhold til den lodrette akse. Det resulterende træk versus hastighedsforhold er vist i figur 4. En trækkurve med bedst pasform (af formular D-slæb α U2; se figur 4) kombineret med estimater af frontarealet og vandtætheden blev derefter anvendt til at bestemme den empiriske luftmodstandskoefficient på 0,13.

Reynolds-tallet under slæbetesten (og det område, der blev brugt til modelleringen) lå i området 105-10 6, generelt i de turbulente strømningsregimer. Typiske værdier for trækkoefficienten for en kugle i dette Reynolds-talinterval er mellem 0,2 og 0,4. Til sammenligning er et diagram over trækkurven for en kugle med en luftmodstandskoefficient på 0,3 vist i figur 4. Således er de modellerede og eksperimentelle estimater af trækkoefficienten i størrelsesordenen to til tre gange mindre end for en kugle, hvilket er i overensstemmelse med strukturens mere åbne karakter.

For at validere disse modellerede resultater udførte vi også feltmålinger af responsen fra to "Shell" Arks-strukturer til strømning. For at opnå dette blev den samme vejecelle installeret midlertidigt på linje med Ark-hovedfortøjningslinjen, en vippesensor blev installeret på Arken, og en strømmåler blev installeret på stedet for samtidig at overvåge vandhastigheden. Opdrifts- og luftmodstandskomponenterne i spændingen blev derefter beregnet ud fra hældningsvinklen og vejecellemålingerne (figur 5). De aktuelle hastigheder i måleperioden var relativt stabile på ca. 20 cm/s, og datasættet var relativt kort; Derfor blev dataene beregnet som gennemsnit over perioden og brugt til at sammenligne felttræk og hastighedsrespons med de modellerede og eksperimentelle bugseringsestimater. Disse resultater viser, at under forventede forhold på implementeringsstedet (strømningshastigheder på op til 1,3 m/s under en typisk stormhændelse) forventes trækkraften på systemet at være mindre end 300 kg.

Begge "Shell" -strukturer i Vieques, Puerto Rico, overlevede et direkte hit fra kategori 1-orkanen Fiona i september 2022 uden tilsyneladende skade på strukturer, fortøjning eller forankringssystem, hvilket giver en in situ-test , der understøtter designet. En nærliggende bøje (CARICOOS) registrerede strømhastigheder på 1,05 m/s i 10 m dybde på indsættelsesstedet, svarende til en trækkraft på ca. 160 kg på fortøjningssystemerne. Systemerne blev designet til at modstå 1.600 kg kraft (i betragtning af ankerkapaciteten og komponentbrudstyrken) og forventes derfor ikke at svigte under omgivende eller typiske stormforhold.

Overvågning af nettoopdrift for koralarker
Den samme metode, der blev beskrevet til validering af Ark-strukturernes trækegenskaber, blev også brugt til at udvikle en metode til overvågning af arkernes nettoopdrift. Så længe arkens fysiske struktur forbliver konstant, giver nettoopdriften en grov proxy til overvågning af den samlede samfundsforkalkning og dermed koralvæksten samt en vedligeholdelsesmåling for at bestemme, om systemet har tilstrækkelig positiv opdrift til at kompensere for biologisk vækst over tid. Opdriftskomponenten (B) i fortøjningsspændingen blev beregnet ved hjælp af strain gauge- og vippesensordata i ligning (4):

Equation 4(4)

hvor T er den målte spænding fra vejecellen og er hældningsvinklen. Den resulterende tidsserie for nettoopdriften er vist i figur 5. Under de relativt stabile strømforhold, der var til stede under feltovervågningsbegivenhederne, fandt vi, at de to "Shell" Arks-strukturer, der blev indsat i Vieques, Puerto Rico, havde lignende nettoopdrifter på 82,7 kg ± 1,0 kg (Ark 1) og 83,0 kg ± 0,9 kg (Ark 2), når gennemsnittet over overvågningsperioden (± en standardafvigelse), efter at alle koraller og seedede ARMS-enheder blev omplantet til strukturerne 6 måneder efter den indledende strukturindsættelse. Resultaterne viser, at kortsigtet overvågning i relativt stabile perioder med vandgennemstrømning kan bruges til at bestemme nettoopdriften i marken inden for ~1 kg, hvilket skulle vise sig nyttigt på lang sigt til overvågning af ændringer i biomassen.

Vandkvalitet og mikrobiel samfundsdynamik
Målinger forbundet med vandkvalitet og vandsøjleassocierede mikrobielle samfund blev målt på to midwater "Shell" Arks, som var forankret i 55 ft vand med toppen af arkerne på en 25 ft dybde, offshore af Isla Vieques, Puerto Rico (figur 6C). Vandkvalitetsmålingerne, mikrobielle og virale mængder og gennemsnitlig mikrobestørrelse fra to arker blev sammenlignet med de samme målinger fra to nærliggende havbunds "kontrol" -steder, som også var på en dybde på 25 fod, men meget tættere på kysten (figur 6D). De viste målinger blev indsamlet umiddelbart efter installationen af arkerne med et indledende parti translokerede koraller (november 2021) og 6 måneder senere, efter at et andet parti koraller og frøede ARMS blev translokeret til arkerne (maj 2022); de blev derefter beregnet som gennemsnit på tværs af begge steder (arker og kontrolsteder) til sammenligning. Da de seedede ARMS blev overført til arkerne 6 måneder efter indsættelsen, var akkumuleringen af biologiske samfund på strukturerne i løbet af den første 6 måneders periode forbundet med biofouling og naturlig rekruttering.

Arks-miljøet udviste højere gennemsnitlige lysintensiteter i dagtimerne (figur 6A), højere gennemsnitlige strømningshastigheder (figur 6C), lavere koncentrationer af opløst organisk kulstof (figur 6F) og lavere dieludsving i koncentrationer af opløst ilt (figur 6G) end de bentiske kontrolsteder. Arkerne viste også mikrobielle samfund med højere virus-til-mikrobe-forhold end kontrolstederne (figur 7A), drevet af en højere overflod af frie vira (figur 7C) og en lavere overflod af mikrober (figur 7B) i midwater Arks-miljøet. De mikrobielle samfund på arkerne bestod i gennemsnit af fysisk mindre celler end de mikrobielle samfund på havbundsstederne (figur 7D). Temperaturforskellene mellem arkerne og kontrolstederne var ikke signifikante (figur 6E). Alle ovenstående tendenser er i overensstemmelse med bedre vandkvalitet og sundere mikrobielle samfund på arkerne end på kontrolstederne. Disse forhold fortsatte gennem de første 6 måneder af indsættelsen, hvor et spirende biologisk samfund udviklede sig på arkerne gennem både translokation af koralnubbiner og naturlig rekruttering fra vandsøjlen og oplevede successionsændringer samt gennem tilføjelse af frøede ARMS på strukturerne ved måned 6.

Koraller overlevelse
En kohorte af koraller bestående af otte arter og forskellige morfologier blev fordelt til arkerne og bentiske kontrolsteder både efter installationen af arkerne (måned 0) og efter tilføjelsen af de seedede ARMS i måned 6. De oprindelige forældrekolonier for hver koralart blev fragmenteret i nubbins (2-8 cm i en given dimension) og fastgjort til kalkstenkoralplader (fire til fem nubbins pr. 20 cm2 plade), der blev fordelt ligeligt på både arkerne og kontrolstederne, hvilket sikrede, at de samme arter og genotyper var repræsenteret på både midwater arks-stederne og kontrolstederne. Overlevelsen af disse translokerede koraller blev vurderet hver 3. måned på arkerne og kontrolstederne. Ni måneder efter translokationen af den første koralkohorte var flere koraller stadig i live på arkerne (80%, figur 8) sammenlignet med kontrolstederne (42%, figur 8).

Figure 1
Figur 1: Diagram, der viser de strukturelle komponenter i to fuldt installerede Coral Ark-strukturer. Venstre, "Shell" og "Two-Platform" (højre) Coral Arks strukturer vises sammen med to metoder til at give positiv opdrift og to metoder til forankring. Forkortelse: ARMS = Autonome revovervågningsstrukturer. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 2
Figur 2: Design, indsættelse og overførsel af ARMS-enheder. (A-D) PVC ARMS og (E-H) Limestone ARMS fra havbundssåningssteder til Coral Arks. (A) Fotokredit til Michael Berumen. (B) Fotokredit til David Littschwager. Forkortelser: PVC = polyvinylchlorid; ARMS = Autonome revovervågningsstrukturer. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 3
Figur 3: Billeder, der repræsenterer implementeringsfaserne for Coral Arks, herunder transport til stedet og fuld installation. (A-C) Shell-type og (D-F) To-platform type systemer. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 4
Figur 4: Trækkarakteristika for "Shell" Ark-strukturerne baseret på modellering, eksperimentel slæbetest og feltvalidering i forhold til træk af en kugle af samme omtrentlige skala. "ARK1" og "ARK2" er identiske "Shell" Ark-strukturer installeret på samme sted i Vieques, Puerto Rico. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 5
Figur 5: Målte nettoopdriftsværdier for to "skalarker" i Vieques, Puerto Rico. Vist er vandhastigheden (højre akse, mellemstore farver), nettoopdrift (venstre akse, lyse farver) og beregnet træk/spænding på fortøjningslinjen (venstre akse, mørke farver) for "Shell" Ark 1 (blå) og "Shell" Ark 2 (grøn). Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 6
Figur 6: Vandkvalitetsmålinger forbundet med "Shell" Arks og havbundskontrolsteder i Vieques, Puerto Rico, umiddelbart efter installationen og 6 måneder derefter. (A) Lysintensitet i dagtimerne, (B) aktuel hastighed, (C,D) fotos taget 6 måneder efter installationen, (E) temperatur, (F) opløst organisk kulstof, (G) ændringer i opløst ilt i arkerne versus kontrolsteder over 6 måneder. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 7
Figur 7: Målinger forbundet med de vandsøjleassocierede mikrobielle samfund på "Shell" Arks og havbundskontrolsteder i Vieques, Puerto Rico umiddelbart efter installationen og 6 måneder derefter . (A) Virus-til-mikrobe-forhold, (B) bakteriel celleoverflod, (C) fri virusoverflod og (D) gennemsnitlig bakteriecellestørrelse. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 8
Figur 8: Andel af overlevende koraller på "Shell" Arks og havbundskontrolsteder i Vieques, Puerto Rico i de første 9 måneder efter omplantning. Billederne repræsenterer status for en enkelt koralplade på arkerne (øverst) og på de bentiske kontrolsteder (nederst) umiddelbart efter translokation (venstre) og 6 måneder efter translokation (højre). Klik her for at se en større version af denne figur.

Tabel 1: ARMS konstruktions- og konstruktionsovervejelser. Forkortelser: ARMS = autonome revovervågningsstrukturer; PVC = polyvinylchlorid. Klik her for at downloade denne tabel.

Tabel 2: Coral Arks design overvejelser. Forkortelser: PVC = polyvinylchlorid; ARMS = autonome revovervågningsstrukturer; HDPE = polyethylen med høj densitet. Klik her for at downloade denne tabel.

Supplerende fil. Klik her for at downloade denne fil. 

Discussion

De repræsentative resultater, der præsenteres ovenfor, viser, at Coral Arks giver et levested og forbedrede vandkvalitetsbetingelser for at samle revsamfund på stabile in situ-forskningsplatforme. Arks og havbundskontrolsteder i samme dybde viste konsekvent forskellige vandkvalitetsprofiler. Højere gennemsnitlige strømhastigheder og længere afstand fra kysten reducerede sedimentering og turbiditet i midtvandsmiljøet på Arks-stederne (figur 6B), hvilket sandsynligvis bidrog til de lavere målte opløste organiske kulstofkoncentrationer på arkerne (figur 6F). Desuden resulterede disse forbedringer i vandets klarhed i forhøjede lysintensiteter i dagtimerne på arkerne i forhold til kontrolstederne (figur 6A). Lavere diel-udsving i opløst ilt indikerer forbedret ilttilgængelighed for koraller på arkerne sammenlignet med benthos, især om natten (figur 6G). Disse målinger har alle været forbundet med forbedringer i koraloverlevelse 42, vækst 43,44,45 og genopretning fra stress 46,47 i tidligere arbejde og kan være knyttet til forbedrede overlevelsesresultater for koraller, der overføres til arker sammenlignet med bentiske kontrolsteder (figur 8 ). Det forhold, at disse forhold varer ved, selv efter akkumulering af betydelig biomasse gennem biofouling, indikerer, at naturlige rekrutteringsprocesser ikke mindsker de forbedrede vandkvalitetskarakteristika i midtvandsmiljøet. Arks blev indsat 3 km offshore fra de bentiske kontrolsteder og nød sandsynligvis godt af reducerede input af jordbaseret sediment, næringsstoffer og muligvis fiskeripres, der udfordrer kystnære steder. Placering af arker i områder med rent vand og lav menneskelig påvirkning (såsom offshore) kan give en bedre ramme end stærkt påvirkede kystzoner for at udbrede revets biodiversitet til eksperimenter på mesokosmosniveau.

De foreløbige resultater antydede også, at midtvandsarkerne oplevede mindre mikrobialisering, en central revproces forbundet med nedbrydning af bentiske revhabitater 4,48. Høje næringsstoftilførsler og overfiskning er blevet identificeret som drivkræfter for revbrede trofiske feedbacksløjfer, hvor energisk destabiliserede mikrobielle samfund formerer sig, hvilket resulterer i respiratorisk tilbagetrækning af metabolisk tilgængelig ilt og den øgede forekomst af koralpatogener ved benthos 6,49,50,51 . Den reducerede overflod af frie vira på mikrobielle rev, der tjener som en primær lytisk kontrol på mikrobiel samfundsvækst, indikerer en sammenbrud i den trofiske struktur, der favoriserer yderligere mikrobiel ekspansion52. Vandsøjleassocierede mikrober på arkerne var både mindre rigelige (figur 7B) og fysisk mindre (figur 7D) end på havbundsstederne. Arkerne viste også højere virus-til-mikrobe-forhold (figur 7A), overflod af frie vira (figur 7C) og tilgængelighed af opløst ilt, især om natten (figur 6G). Samlet set indikerer disse resultater, at midtvandsmiljøet viste mindre potentiale for mikrobialisering i forhold til havbundsstederne. Arks, som mesokosmos, hvor miljøforholdene kan ændres blot ved lodret justering i vandsøjlen, giver mulighed for at afbøde og yderligere udforske de mikrobielle og molekylære mekanismer ved revnedbrydning.

Geodætiske kugler med to forskellige frekvenser blev valgt til udformningen af koralarkerne, der præsenteres her (figur 1). Geodætisk frekvens (1V, 2V, 3V) angiver antallet af gentagne delelementer i en geodætisk sfære, hvor højere frekvenser svarer til et højere antal trekantede delelementer. Fra et strukturelt perspektiv fordeler geodætiske polyedre mekanisk belastning gennem strukturen, hvilket resulterer i en høj medfødt styrke for deres størrelse53,54. Disse egenskaber giver høj holdbarhed og lang levetid, men kommer på bekostning af højere hydrodynamisk træk, hvilket kan resultere i højere belastninger på fortøjningssystemet. Fra et habitatperspektiv repræsenterer træk, der genereres af et Ark-system, en indikator for diffusionen af momentum inden for strukturen og dermed i hvilken grad den indre omgivende strøm reduceres. De modellerede og eksperimentelt validerede resultater indikerer en 40%-70% reduktion i strømningshastigheden inde i "Shell" Arks i forhold til det omgivende strømningsfelt på grund af dannelsen af turbulent strømning inde i strukturerne (se afsnit 6 i supplerende fil 1). Mens det optimale niveau for intern strømningsreduktion ikke er klart (og adskiller sig med geodætisk frekvens), er områder med reduceret strømning inden for strukturen vigtige for at skabe nichehabitater 55,56, remineraliserende næringsstoffer 57,58 og fremme tilbageholdelse og afvikling af larver 59,60 . Generelt kræver større og højfrekvente geodætiske strukturer, især på mere udsatte installationssteder, forankringssystemer med højere holdekraft og mere redundans indarbejdet i det strukturelle design.

Resultaterne fra de feltbaserede målinger af trækkomponenten i spændingen på "Shell" Ark-fortøjningssystemet svarede nøje til de resultater, der blev genereret fra de modellerede og eksperimentelle bugseringsestimater (figur 4) og lå et godt stykke inden for de forventede designintervaller. Disse resultater indikerer, at antagelserne i den hydrodynamiske model er gyldige, og at modellen kan forudsige trækkræfter over baggrundsstrømområderne. Mens afvigelserne i de modellerede og eksperimentelle data var små, muliggjorde flowområdet i testperioden, som var typiske for omgivende, ikke-stormstrømningshastigheder på stedet, imidlertid ikke en streng validering over hele modelleringsspektret. Ved forudsigelse af designkravene til Coral Arks-systemer bør modelleringsindsatsen kombineres med information om stormfrekvens og eksponering på de planlagte implementeringssteder for at designe strukturer og fortøjningssystemer, der kan overleve de forventede hydrodynamiske kræfter. Modelleringsarbejdet, der præsenteres her, kan bruges til at designe Ark-systemer på andre steder med minimale input (ønsket Ark-størrelse, frekvens og gennemsnitlige strømhastigheder på implementeringsstedet) ved at tilvejebringe trækkoefficienter og maksimale forventede kræfter på fortøjnings- og forankringssystemet.

Arks og ARMS systemer er modulære og kan bygges i forskellige skalaer og med alternative materialer end dem, der er beskrevet her. Selvom deres ultimative levetid endnu ikke er bestemt, blev Coral Arks designet til at have en ca. 10 års livscyklus. Arks og ARMS' materialesammensætning påvirker konstruktionernes levetid, systemernes vægt og derfor den nødvendige opdrift for at kompensere for vægten og kan påvirke reaktionen fra tidlige foulingsamfund (supplerende fil 1-figur S7). For eksempel giver kalksten et mere naturligt substrat til biologisk kolonisering på ARMS og er let og billigt fremskaffet på de fleste karbonatrevøer, men det er mere skrøbeligt og tungere end andre materialer som PVC og glasfiber. Disse faktorer bør overvejes i forhold til stedspecifikke egenskaber for at designe ARMS, Arks og fortøjningssystemer, der bedst adresserer de ønskede projektresultater.

Implementeringsstederne for Coral Arks bør også vælges ud fra de tilsigtede projektmål (dvs. forskning, afbødning eller restaurering). Faktorer, der skal overvejes ved valg af sted, omfatter adgang til materialer, revtilstand eller tilstand, samfundsinvestering / involvering, ressourcebegrænsning, institutionel støtte og tilladelseskrav. Koralarker kan give mulighed for at opfylde specifikke behov på steder, der (1) indeholder levende koralrev, der er i relativt dårlig stand og ville drage fordel af restaureringsaktiviteter for at forbedre koralrekruttering, koraldække, kystbeskyttelse eller menneskelige fødevareressourcer; (2) har behov for omplantning af koraller til et andet sted, hvilket f.eks. kan forekomme, når der er lovkrav om at flytte levende koraller væk fra affald, der er bestemt til fjernelse (på disse steder kan Coral Arks bruges i samarbejde med eller til støtte for eksisterende genopretnings- og udplantningsbestræbelser for at forbedre omplantningsresultaterne); 3) kræve forskning i nye bevarings- og restaureringsteknologier, der anvender koralarker, for at forbedre resultaterne af den lokale indsats eller (4) har tilstrækkeligt forskellige lokale forhold (dvs. forskellig størrelse af menneskeskabt påvirkning), hvilket betyder, at standardiserede mesokosmos kunne give meningsfulde sammenligninger om revprocesser og interventioner. De specifikke tilgange til overvågning af aspekter af Coral Arks-økosystemet, såsom biologisk vækst, mangfoldighed og vandkemi, vil variere mellem projekter baseret på projektmålene og stedspecifikke variabler. En repræsentativ skitse til den videnskabelige overvågning af koralarker, der hidtil er udført, findes i afsnit 5 i supplerende fil 1.

Designet af Coral Arks strukturer kan rumme koraller af næsten enhver art, størrelse og alder og bør give forbedrede forhold i forhold til dem på et forstyrret rev benthos. Afhængigt af den vækst og forkalkningshastighed, der observeres på et givet system, kan det være nødvendigt at tilføje positiv opdrift til Arks-strukturerne for at kompensere for biologisk vækst og for at reducere risikoen for at synke. Positivt flydende mellemvandsstrukturer kan vejes ved hjælp af en spændings-/kompressionsvejecelle eller strain gauge for at bestemme, om samfundets vægt i vandet stiger (figur 5). Periodiske eller langsigtede målinger ved hjælp af vejecellen kan supplere andre koralvækstmålinger med finere opløsning for at generere en måling af vækst/forkalkning på samfundsniveau og er blevet inkluderet som en regelmæssig vedligeholdelsesopgave for at bestemme, om systemet har tilstrækkelig positiv opdrift til at kompensere for denne biologiske vækst over tid. I tilfælde af at en installeret ark ikke længere kan overvåges eller vedligeholdes, kan den flyttes og/eller opdriften fjernes, så arken kan fastgøres fast til bænken.

De metoder, der beskrives her, giver forskere et alsidigt værktøjssæt til at samle midwater reef-samfund, der kan placeres på steder med forbedret vandkvalitet. Ved at ændre dybden eller placeringen af Arks-strukturerne kan ændringer i vandkvalitetsparametre eksperimentelt knyttes til ændringer i revsamfundets struktur og successionsbaner. Denne designfunktion giver forskere mulighed for at udnytte det rigelige og underudnyttede rum i midtvandsmiljøet til at samle og studere koralrevmesokosmos. Brugen af såede ARMS til at translokere kryptisk biodiversitet og levere et "boost" til den naturlige rekruttering af mobile græssende hvirvelløse dyr giver en funktionel løsning til reduktion af algebiofouling og dermed bentisk konkurrence om koraller. Brug af etablerede og standardiserede prøveudtagningsstrukturer som komponenter i dette system giver merværdi ved at muliggøre langsigtet overvågning af kryptiske samfund på Arks og sammenligning med datasæt genereret ved hjælp af ARMS som et globalt biodiversitetstællingsværktøj.

Koralarker kan tjene som en mere holistisk, integreret og selvregulerende platform til formering af koraller og hvirvelløse biomasse, der derefter kan udplantes til nærliggende nedbrudte rev og kan give et sikkert tilflugtssted for koraller at vokse og reproducere under forbedrede vandkvalitetsforhold. Som det i øjeblikket demonstreres i Puerto Rico, kan Arks give forbedrede overlevelsesresultater for afbødningsprojekter, der involverer flytning af koraller og revbiodiversitet fra affald eller nedbrudte områder. Arks har relevans i langsigtede projekter som en metode til at erstatte levesteder for fiskebestande, teste nye bevaringsstrategier og bevare indfødte revbiodiversitet. I processen giver Arks alsidige værktøjer til at gennemføre in situ-undersøgelser af revsamlinger og økologisk succession og kan generere ny indsigt i revforbindelse.

Disclosures

Forfatterne har ingen konkurrerende økonomiske interesser eller andre interessekonflikter.

Acknowledgments

Vi takker Mark Vermeij, Kristen Marhaver og CARMABI Research Foundation på Curaçao for at levere ressourcer, støtte og indsigt til dette projekt. Vi takker NAVFAC Atlantic Vieques Restoration Program og Jacobs Engineering teamet for deres betydelige logistiske og tekniske support til installation, vedligeholdelse og overvågning af Coral Arks i Vieques. Vi er også taknemmelige for Mike Anghera, Toni Luque, Cynthia Silveira, Natascha Varona, Andres Sanchez-Quinto, Lars ter Horst og Ben Darby for deres hjælp og konstruktive input på området. Denne forskning blev finansieret af en Gordon and Betty Moore Foundation Aquatic Symbiosis Investigator Award til FLR og af 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

Miljøvidenskab nr. 191
Coral Reef Arks: En <em>in situ</em> mesokosmos og værktøjskasse til samling af revsamfund
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