Электрифицированный риф

Подводное сооружение, созданное человеком

Электрический риф (также электрифицированный риф ) — это искусственный риф , сделанный из биорока , представляющего собой известняк , который быстро образуется в морской воде на металлической конструкции из растворенных минералов в присутствии небольшого электрического тока . Первые рифы этого типа были созданы Вольфом Хильбертцем и Томасом Дж. Горо в 1980-х годах. К 2011 году примеры были в более чем 20 странах.

История

Искусственные рифы строятся с 1950-х годов с использованием таких материалов, как затонувшие корабли и бетонные блоки. Хотя искусственные рифы эффективны для увеличения популяции рыб и являются ценными местами для колонизации бентосных организмов и других морских животных (например, губок), они менее пригодны для восстановления кораллов из-за медленного роста кораллов и их восприимчивости к изменениям окружающей среды. ^[1]

В 1970-х годах, изучая, как растут ракушки и рифы, Вольф Хильбертц открыл простой метод создания известняка из минералов, растворенных в морской воде, который он назвал биорок . Вместе с Томасом Дж. Горо он понял, что этот процесс можно адаптировать для быстрого создания искусственных коралловых рифов в 1980-х годах. Используя названия «Sea-ment» и «морской цемент», этот процесс был опубликован в футурологической книге 1992 года под названием «Проект тысячелетия» . ^[2]

Вместе с другими, Хильбертц и Горо совершили экспедиции на банку Сая-де-Малья в 1997 и 2002 годах, где они вырастили искусственный остров вокруг стальных конструкций, закрепленных на морском дне, используя этот процесс. ^[3] На Мальдивах 80% электрических рифов пережили потепление 1998 года, которое убило 95% естественных рифовых кораллов. ^[4]

Горо продолжил работу после смерти Гильбертца в 2007 году. К 2011 году проекты электрических рифов были реализованы в более чем 20 странах. ^[5]^{[ необходима ссылка ]} В 2012 году и Горо, и Роберт К. Тренч опубликовали работы о том, как этот процесс может генерировать строительные материалы, а также восстанавливать поврежденные экосистемы. ^[6]

Процесс строительства

Основой электрифицированного рифа является сварная электропроводящая рама, часто сделанная из строительной арматуры или проволочной сетки , которая погружается и крепится к морскому дну, к которому прикладывается электрическое поле . Рама ( катод ) и гораздо меньшая металлическая пластина ( анод ), размещенная на подходящем расстоянии от рамки, инициируют электролитическую реакцию.

Растворенный карбонат кальция и гидроксид магния , а также другие минералы, которые естественным образом присутствуют в морской воде, распадаются вблизи анода, рекомбинируют и выпадают из воды на катод. Точный состав минералов в кристаллическом образовании зависит от их распространенности, климатических условий и используемого напряжения. Структура приобретает беловатый вид в течение нескольких дней.

Это электрическое поле вместе с тенью и защитой, которую обеспечивает металлический/известняковый каркас, вскоре привлекает колонизирующую морскую жизнь, включая рыб, крабов, моллюсков, осьминогов, омаров и морских ежей. Как только структура установлена и минералы начинают покрывать поверхность, дайверы пересаживают фрагменты кораллов с других рифов в каркас, который вскоре прикрепляется к недавно образовавшемуся минеральному субстрату.

Благодаря наличию выделяющегося кислорода на катоде и электрохимически обусловленному накоплению растворенных ионов, таких как бикарбонат, они начинают расти примерно в три-пять раз быстрее обычного, и вскоре риф приобретает вид и полезность естественной рифовой экосистемы .

В качестве берегозащиты

Береговые линии все больше подвержены эрозии и потере пляжей из-за изменения климата , что приводит к повышению уровня моря и все более частым и сильным штормам. Крупные сооружения, такие как волнорезы, построенные для отражения волн с целью предотвращения эрозии, являются проблематичными и могут фактически способствовать дальнейшей эрозии пляжей, поскольку сила волн удваивается из-за изменения вектора направления волны на противоположное, а отраженная волна переносит песок от основания сооружения обратно в море, что со временем приводит к его разрушению. ^[7]

Обычный электрифицированный риф, используемый для защиты берега, имитирует эффект естественного рифа, который предотвращает эрозию, рассеивая энергию волн и заставляя волны разбиваться до того, как они ударят по берегу. В природе большие рифы, как было показано, рассеивают до 97% своей энергии. ^{[ требуется ссылка ]} Они основаны на тех же открытых сетчатых каркасах, что и те, которые используются для восстановления кораллов. Скелеты мертвых кораллов и водорослей с рифа затем откладываются и помогают расти пляжам. ^[8]^[9]^{[ сомнительно – обсудить ]} Поскольку эти рифы имитируют свойства естественных рифов, они решают некоторые из проблем, с которыми они сталкиваются при рассеивании штормов, а их самовосстанавливающиеся свойства помогают конструкциям выдерживать экстремальные штормы, пока подается электроэнергия. ^[8]

На Теркс и Кайкос испытания электрифицированных рифов береговой защиты пережили два самых страшных урагана в истории островов, которые произошли с разницей в три дня и повредили или уничтожили 80% зданий на острове. Было замечено, что песок накапливается вокруг оснований рифовой структуры. ^[8]^{[ сомнительно – обсудить ]}

На Мальдивах в 1997 году рифы береговой защиты помогли спасти несколько зданий, включая отель, которые рисковали быть смытыми из-за сильной эрозии пляжа. 50-метровый риф береговой защиты стабилизировал и в конечном итоге обратил эрозию вспять за несколько лет, даже позволив пляжу пережить цунами в 2004 году. ^{[ необходима цитата ]}

Распределение

Проекты электрических рифов были установлены в более чем 20 странах, в Карибском бассейне , Индийском океане , Тихом океане и Юго-Восточной Азии . Проекты расположены во Французской Полинезии , Индонезии , Мальдивах , Мексике , Панаме , Папуа-Новой Гвинее , Сейшельских островах , Филиппинах , Таиланде и на одном из самых отдаленных и неисследованных рифовых районов мира, на Сая-де-Малья-Бэнк в Индийском океане. ^[5]

В Индонезии реализуется больше всего проектов по восстановлению рифов, расположенных вблизи более чем полудюжины островов, включая два крупнейших в мире проекта по восстановлению рифов: Пемутеран с Каранг Лестари и острова Гили с Gili Eco Trust . ^[10]

Проекты, не связанные с коралловыми рифами, проводились в таких местах, как залив Баратария , Галвестон , морские водоросли в Средиземном море , устричные рифы и солончаки в Нью-Йорке , в Порт-Аранзасе и в Санта-Круа . ^{[ требуется ссылка ]}

Эффективность

Электролиз электрических рифов усиливает рост кораллов, их воспроизводство и способность противостоять стрессу окружающей среды. ^{[ необходима ссылка ]} Виды кораллов, обычно встречающиеся на здоровых рифах, получают значительное преимущество перед сорняками, которые часто зарастают ими на рифах, находящихся в стрессовом состоянии.

Biorock может обеспечить рост и возобновление роста кораллов даже при наличии экологического стресса , такого как повышение температуры океана , болезни, а также питательные вещества, осадки и другие виды загрязнения. Biorock представляет собой единственный известный метод, который может поддерживать и выращивать естественные виды кораллов, используя только основные проводящие элементы, как правило, из обычного металла, такого как сталь .

Этот процесс ускорил рост коралловых рифов в пять раз, а восстановление физических повреждений — в 20 раз. ^[11]^[12] При этом скорость роста можно изменять, изменяя величину тока, протекающего через структуру.

В одном исследовании колонии Porites с электрическим полем и без него сравнивались в течение 6 месяцев, после чего ток к электрическому рифу был устранен. Различия в росте были значительными только в течение первых 4 месяцев, при этом продольный рост был относительно высоким при наличии поля. Обработанные кораллы выживали с большей скоростью. ^[13]

На острове Ваббинфару на Мальдивах на дне моря была закреплена 12-метровая, 2-тонная стальная клетка под названием «Лотос». По состоянию на 2012 год кораллов на конструкции было так много, что клетку было трудно различить. Эль-Ниньо 1998 года уничтожило 98% рифа вокруг Ваббинфару. Абдул Азиз, возглавлявший проект Ваббинфару, сказал, что рост кораллов на конструкции в пять раз больше, чем в других местах. Меньший прототип устройства был установлен во время потепления 1998 года, и более 80% его кораллов выжили, по сравнению с 2% в других местах. ^[14] Однако электроэнергия больше не подается на проект, что делает его уязвимым для следующего раунда обесцвечивания. ^{[ требуется ссылка ]}

Недостатки

Электрическим рифам для поддержания работы требуется электроэнергия. ^{[ требуется ссылка ]} На Мальдивах несколько электрических рифов успешно пережили обесцвечивание 1998 года, в результате которого погибли почти все местные дикие кораллы, однако после отключения питания они погибли в результате обесцвечивания 2016 года. ^[8]

Исследование, проведенное на Багамах в 2015 году, показало, что электрическое поле отпугивает акул, в частности, акулу-быка и карибскую рифовую акулу , от плавания и кормления в этом районе. Считается, что электрическое поле влияет на акул из-за их способности к электрорецепции , однако виды с похожими возможностями, такие как бар-джек и бермудский голавль, по-видимому, не подвергаются воздействию электрического поля. ^[15]

Смотрите также

Gili Eco Trust

Ссылки

^ Грэм, NAJ; Нэш, KL (26 ноября 2012 г.). «Важность структурной сложности в экосистемах коралловых рифов». Коралловые рифы . 32 (2): 315–326. doi :10.1007/s00338-012-0984-y. S2CID 16323572.
^ Сэвидж, Маршалл Т. (1992). Проект тысячелетия: колонизация галактики за восемь простых шагов. Бостон: Little, Brown. С. 71–75. ISBN 978-0-316-77165-8.
^ "PDF экспедиции Сая-де-Малха 2002 г., ред. 1" (PDF) .
^ Горо, Т. Дж. (апрель 2002 г.). «Решение для кораллов в опасности, обзор GCRA, веб-сайт GCRA». {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
^ ab Gutzeit, Франк + Хильбертц, WH + Горо, TJ (август 2002 г.). «Экспедиция Сая де Малха, март 2002 г.». Sun&Sea EV Гамбург .{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
^ Горо, Томас Дж.; Тренч, Роберт Кент (4 декабря 2012 г.). Инновационные методы восстановления морской экосистемы. CRC Press. ISBN 9781466557734. Получено 6 октября 2017 г.
^ Горо, Томас Дж. Тренч, Роберт Кент. (2013). Инновационные методы восстановления морских экосистем . CRC Press. ISBN 978-1-4665-5773-4. OCLC 904531279.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
^ abcd Goreau, Thomas JF; Prong, Paulus (декабрь 2017 г.). «Электрические рифы Biorock за несколько месяцев отрастают на сильно размытых пляжах». Журнал морской науки и техники . 5 (4): 48. doi : 10.3390/jmse5040048 .
^ Феррарио, Филиппо; Бек, Майкл В.; Сторлацци, Курт Д.; Микели, Фиоренца; Шепард, Кристин К.; Айролди, Лора (сентябрь 2014 г.). «Эффективность коралловых рифов для снижения риска прибрежных опасностей и адаптации». Nature Communications . 5 (1): 3794. Bibcode :2014NatCo...5.3794F. doi :10.1038/ncomms4794. ISSN 2041-1723. PMC 4354160 . PMID 24825660.
^ Горо, Т. Дж., комментарии, цитируемые в Независимом исследовательском проекте по биороку , веб-сайт GCRA, февраль 2011 г.
^ "Biorock, Mineral Accretion Technology, Seament". Global Coral Reef Alliance . Получено 27 января 2020 г.
^ Феррарио, Ф. (2014). «Эффективность коралловых рифов для снижения риска прибрежных опасностей и адаптации». Nature Communications . 5 : 3794. Bibcode : 2014NatCo...5.3794F. doi : 10.1038/ncomms4794. PMC 4354160. PMID 24825660 – через Nature.com.
^ Sabater, Marlowe G.; Yap, Helen T. (ноябрь 2004 г.). «Долгосрочные эффекты индуцированной минеральной аккреции на рост, выживание и свойства кораллита Porites cylindrica Dana». Журнал экспериментальной морской биологии и экологии . 311 (2): 355–374. doi :10.1016/j.jembe.2004.05.013. ISSN 0022-0981.
↑ Винс, Гайя (6 сентября 2012 г.). «Как мы можем спасти наши умирающие коралловые рифы?». bbc.com . BBC . Получено 12 августа 2018 г. .
^ Uchoa, Marcella P.; O'Connell, Craig P.; Goreau, Thomas J. (1 января 2017 г.). «Влияние электрических полей, связанных с биороком, на карибскую рифовую акулу (Carcharhinus perezi) и бычью акулу (Carcharhinus leucas)». Animal Biology . 67 (3–4): 191–208. doi :10.1163/15707563-00002531. ISSN 1570-7563.

Дальнейшее чтение

«Изменения плотности зооксантелл, морфологии и митотического индекса у герматипных кораллов и актиний, подвергшихся воздействию цианида», 2003 г.
Goreau + Hilbertz: «Восстановление морской экосистемы: затраты и выгоды для коралловых рифов», World Resource Review, 2005 г.
Ваккарелла, Р. + Горо: «Applicazione della elettrodeposizione nel Recupero die mattes di Posidonia Oceanica», 2008 г.
Горо + Хильбертц, «Восстановление коралловых рифов и рыболовства на уровне общин снизу вверх в Индонезии, Панаме и Палау», 2008 г.
Goreau + Hilbertz, «Восстановление рифов как инструмент управления рыболовством», Великобритания, 2008 г., на веб-сайте GCRA
Strömberg + Lundälv + Goreau: «Пригодность минеральной аккреции в качестве метода реабилитации холодноводных коралловых рифов», 2010 г.
«Влияние сильных ураганов на проекты по восстановлению коралловых рифов Biorock на островах Гранд-Терк, Теркс и Кайкос», 2010 г.
Горо, Т.Дж.: «Восстановление коралловых рифов и среды обитания рыб в Коралловом треугольнике», Индонезия, 2010 г.
Бакти, Лалу; Виргота, Арбен; Дамаянти, Лух; Радиман, Три; Ретновулан, Амбар; Сабиль, Абдус; Робб, Дельфина (4 декабря 2012 г.). «Восстановление биорокового рифа на острове Гили Траванган, Северный Ломбок, Индонезия». Инновационные методы восстановления морской экосистемы . ЦРК Пресс. стр. 59–80. дои : 10.1201/b14314-7. ISBN 9781466557734. Получено 13 августа 2018 г.

Внешние ссылки

Сайт Вольфа Хильбертца
«Новое будущее электрических коралловых рифов». Школа дайвинга New Heaven . 23 августа 2015 г.
Глобальный альянс по защите коралловых рифов
Биорок.нет
CCell Поставщик оборудования

[1] Грэм, NAJ; Нэш, KL (26 ноября 2012 г.). «Важность структурной сложности в экосистемах коралловых рифов». Коралловые рифы . 32 (2): 315–326. doi :10.1007/s00338-012-0984-y. S2CID 16323572.

[2] Сэвидж, Маршалл Т. (1992). Проект тысячелетия: колонизация галактики за восемь простых шагов. Бостон: Little, Brown. С. 71–75. ISBN 978-0-316-77165-8.

[3] "PDF экспедиции Сая-де-Малха 2002 г., ред. 1" (PDF) .

[4] Горо, Т. Дж. (апрель 2002 г.). «Решение для кораллов в опасности, обзор GCRA, веб-сайт GCRA». {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )

[Twenty-5] Gutzeit, Франк + Хильбертц, WH + Горо, TJ (август 2002 г.). «Экспедиция Сая де Малха, март 2002 г.». Sun&Sea EV Гамбург .{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)

[6] Горо, Томас Дж.; Тренч, Роберт Кент (4 декабря 2012 г.). Инновационные методы восстановления морской экосистемы. CRC Press. ISBN 9781466557734. Получено 6 октября 2017 г.

[7] Горо, Томас Дж. Тренч, Роберт Кент. (2013). Инновационные методы восстановления морских экосистем . CRC Press. ISBN 978-1-4665-5773-4. OCLC 904531279.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)

[:0-8] Goreau, Thomas JF; Prong, Paulus (декабрь 2017 г.). «Электрические рифы Biorock за несколько месяцев отрастают на сильно размытых пляжах». Журнал морской науки и техники . 5 (4): 48. doi : 10.3390/jmse5040048 .

[9] Феррарио, Филиппо; Бек, Майкл В.; Сторлацци, Курт Д.; Микели, Фиоренца; Шепард, Кристин К.; Айролди, Лора (сентябрь 2014 г.). «Эффективность коралловых рифов для снижения риска прибрежных опасностей и адаптации». Nature Communications . 5 (1): 3794. Bibcode :2014NatCo...5.3794F. doi :10.1038/ncomms4794. ISSN 2041-1723. PMC 4354160 . PMID 24825660.

[10] Горо, Т. Дж., комментарии, цитируемые в Независимом исследовательском проекте по биороку , веб-сайт GCRA, февраль 2011 г.

[11] "Biorock, Mineral Accretion Technology, Seament". Global Coral Reef Alliance . Получено 27 января 2020 г.

[12] Феррарио, Ф. (2014). «Эффективность коралловых рифов для снижения риска прибрежных опасностей и адаптации». Nature Communications . 5 : 3794. Bibcode : 2014NatCo...5.3794F. doi : 10.1038/ncomms4794. PMC 4354160. PMID 24825660 – через Nature.com.

[13] Sabater, Marlowe G.; Yap, Helen T. (ноябрь 2004 г.). «Долгосрочные эффекты индуцированной минеральной аккреции на рост, выживание и свойства кораллита Porites cylindrica Dana». Журнал экспериментальной морской биологии и экологии . 311 (2): 355–374. doi :10.1016/j.jembe.2004.05.013. ISSN 0022-0981.

[14] Винс, Гайя (6 сентября 2012 г.). «Как мы можем спасти наши умирающие коралловые рифы?». bbc.com . BBC . Получено 12 августа 2018 г. .

[15] Uchoa, Marcella P.; O'Connell, Craig P.; Goreau, Thomas J. (1 января 2017 г.). «Влияние электрических полей, связанных с биороком, на карибскую рифовую акулу (Carcharhinus perezi) и бычью акулу (Carcharhinus leucas)». Animal Biology . 67 (3–4): 191–208. doi :10.1163/15707563-00002531. ISSN 1570-7563.