صخره های مرجانی از جمله زیست محیطی متنوع و با ارزش اقتصادی در سیاره هستند، اما آنها با یک بحران بی سابقه از تغییرات آب و هوایی، آلودگی و اثرات مستقیم انسانی مواجه هستند.در پاسخ، دانشمندان و مهندسان در حال توسعه پوشش های دریایی نوآورانه طراحی شده برای محافظت، بازگرداندن و افزایش انعطاف پذیری مرجان هستند. این مواد پیشرفته یک ابزار مکمل در کنار اقدامات حفاظت سنتی ارائه می دهند و پتانسیل آنها برای کاهش آسیب و بازسازی طبیعی در سراسر جهان است.

اهمیت صخره های مرجانی

صخره های مرجانی کمتر از 1 درصد از کف اقیانوس را پوشش می دهند اما از 25 درصد از گونه های دریایی حمایت می کنند و جنگل های بارانی دریا را فراتر از تنوع زیستی خود قرار می دهند، صخره ها خدمات اکوسیستم حیاتی را از سواحل عبور از افزایش طوفان و فرسایش دریایی محافظت می کنند، ماهیگیرهایی را پشتیبانی می کنند که صدها میلیون نفر را تغذیه می کنند و میلیاردها دلار سالانه از طریق گردشگری و تفریحی تولید می کنند.[۳]

چالش های در برابر صخره های مرجانی

با وجود ارزش عظیم آنها، صخره های مرجانی یکی از خطرناک ترین اکوسیستم های روی زمین هستند.

  • تقویت دمای دریا: استرس گرمای طولانی باعث می شود مرجان ها را به بیرون راندن جلبک های همزیستی که در بافت های خود زندگی می کنند، منجر به سفید کننده مرجان اگر دمای بالا باقی بماند، مرجان های سفید کننده می توانند بمیرند.
  • اسیدی سازی اسیدسازی: افزایش جذب دی اکسید کربن توسط اقیانوس سطح pH را کاهش می دهد، کاهش در دسترس بودن یون های کربنات که مرجان ها نیاز به ساخت اسکلت کربنات کلسیم خود دارند، این باعث تضعیف ساختارهای صخره ای موجود و کاهش رشد.
  • تکامل: فرار از کشاورزی، فاضلاب و توسعه ساحلی مواد مغذی، رسوبات و مواد شیمیایی سمی را به آب های صخره ای معرفی می کند.
  • آسیب فیزیکی: لنگر قایق، زمین لرزه، و فعالیت های گردشگری بی اهمیت (به عنوان مثال، لمس یا راه رفتن بر روی مرجان) باعث شکستن مستقیم و آسیب های طولانی مدت.

این عوامل استرس زا اغلب به صورت هم افزایی عمل می کنند و حتی زمانی که تهدیدات فردی کاهش می یابد، بهبودی را دشوار می کنند.

چگونه نیروی دریایی کار می کند

پوشش های دریایی نوآورانه برای حفظ مرجان ها به طور مستقیم به سطوح صخره ای یا ساختارهای مصنوعی مورد استفاده در بازسازی اعمال می شود: آنها از طریق چندین مکانیسم عمل می کنند:

  • حفاظت فیزیکی؛ یک لایه نازک و بادوام، بافت مرجان را از abrasion، رسوب و حملات درنده محافظت می کند.
  • بهبود بالینی: برخی از پوشش ها غلظت کم ترکیبات را آزاد می کنند که از موجودات بی سیم جلوگیری می کنند یا لاروهای مرجانی را جذب می کنند.
  • راهنمایی های ساختاری: پوشش می تواند بافت برای تقلید از سطوح مرجانی طبیعی، ارائه نشانه های مطلوب برای دلبستگی و رشد است.
  • ظرفیت دفع: برخی از پوشش ها شامل مواد قلیایی است که به طور محلی با اسیدی شدن اقیانوس مقابله می کنند، کمک به حفظ شرایط مفید برای کاتتر سازی.

این پوشش ها معمولا به عنوان یک مایع یا خمیر که در زیر آب درمان می شود، ایجاد یک پیوند دائمی بدون آسیب رساندن به مرجان های زیر زمینی یا محیط اطراف است.توسعه فرمول های سازگار با زیست محیطی و غیر سمی یک تمرکز کلیدی از تحقیقات فعلی است.

انواع پوشش دریایی

پوشش ضدعفونی کننده

Biocit - تجمع ارگانیسم هایی مانند جلبک، انبارها و اسفنج ها در سطوح پراکنده - می تواند مرجان های مادر را تحریک کند و برای فضا رقابت کند. پوشش های ضدعفونی کننده برای جلوگیری از حل و فصل این ارگانیسم های مرجانی ناخواسته طراحی شده اند، بر خلاف رنگ های ضدعفونی کننده سنتی که بی سیم سمی را آزاد می کنند، نسخه های سازگار با محیط زیست مدرن از ترکیبات طبیعی (eg، آنزیم ها یا روکش های مرجانی) استفاده می کنند که اغلب برای محافظت از آن استفاده می کنند.

پوشش های Bio-mimetic

با الهام از ساختارهای صخره طبیعی، پوشش های بیومالتیک نشانه های شیمیایی و فیزیکی را بازسازی می کنند که larvae مرجان (planulae) برای شناسایی سایت های مناسب حل و فصل استفاده می کنند، آنها می توانند ذرات کربنات کلسیم، فیلم های میکروبی یا توالی های خاص آمینو اسید را که سیگنال " زیستگاه خوب" را دارند، ترکیب کنند. برخی از فرمول ها حتی شامل جذب کننده های آهسته مانند عصاره جلبک های مرجانی هستند.

پوشش های موانع محافظ

این پوشش ها یک مانع سخت، شفاف یا شفاف بر سطوح مرجانی آسیب دیده ایجاد می کنند.آنها می توانند شکاف هایی را که ناشی از اثرات فیزیکی است، از منافذ مسدود کننده جلوگیری کنند و در برخی از طرح ها قرار گرفتن در معرض بیماری های خطرناک قرار گیرند، پوشش با پروبیوتیک ها یا باکتری های مفید که به مرجان ها کمک می کند تا در برابر بیماری هایی مانند سندرم سفید یا عفونت سیاه مقاومت کنند، استفاده می شود.

پوشش های سازگار و خود-Healing

تحقیقات نوظهور پوشش هایی را بررسی می کند که می تواند آسیب و خودآشایی را حس کند، بسیار شبیه به بافت های بیولوژیکی، این مواد شامل میکروکپس های رزین یا عوامل شفا دهنده است که وقتی خراشیده می شوند، یکپارچگی پوشش را بازسازی می کنند، چنین تکنولوژی می تواند زندگی پوشش های کاربردی را در محیط های صخره ای پویا گسترش دهد که امواج، جریان ها و زندگی دریایی استرس دائمی ایجاد می کنند.

مزایای پوشش دریایی

هنگامی که به استراتژی های حفاظت و بازسازی گسترده تر متصل می شوند، پوشش های دریایی نوآورانه مزایای متعددی را ارائه می دهند:

  • انعطاف پذیری مرجان را تحمل کنید؛ با با بافر زدن pH محلی و نوسانات دما، پوشش ها می توانند به مرجان ها در برابر حوادث استرس خفیف کمک کنند و سریعتر بهبود یابند.
  • آسیب فیزیکی کاهش یافته است؛ [FLT 1] لایه های حفاظتی، کاهش از لنگر، گردشگری و زباله، به ویژه در مناطق صخره ای با ترافیک بالا.
  • موفقیت ترمیم بهبود یافته: پوشش های بیو-مimetic افزایش بقا و نرخ رشد قطعات مرجانی پیوند خورده و لارو حل شده است.
  • نگهداری بیماری: پوشش های آنتی میکروبی می توانند گسترش بیماری های مرجانی را با ایجاد سطح خصمانه برای پاتوژن ها محدود کنند.
  • پشتیبانی از صخره های مصنوعی: پوشش می سازد ساختارهای مصنوعی جذاب تر و مناسب تر برای استعمار طبیعی مرجان، سرعت توسعه اکوسیستم.

کارآزمایی های میدانی نشان داده اند که بستر های پوشش داده شده اغلب پوشش 20 تا 40 درصد بالاتر مرجان را پس از دو سال نسبت به کنترل های بدون پوشش، نشان دهنده سهم ملموس در بازیابی صخره ها است.

مطالعات موردی و تحقیقات

محاکمه های بزرگ بازسازی Reef

در همکاری با موسسه علوم دریایی استرالیا، محققان یک پوشش بیو-ماتیک ساخته شده از اسکلت های مرجانی خرد شده و پیوندهای طبیعی در بخش های آسیب دیده از ریف بزرگ دیواره بزرگ را آزمایش کردند، نتایج اولیه نشان داد که 30 درصد افزایش تراکم محلول و افزایش الگال بیش از رشد است. پوشش بی طبقه بندی شده در بیش از 12 تا 18 ماه، ترک پشت ساختارهای سنگ آهک پایدار که تحقیقات بیشتر در مورد بازسازی هوش مصنوعی را ترویج می کنند.

بیماری های مرجانی کارائیب

یک پوشش محافظتی نوآورانه با سویه پروبیوتیک از Bacillus به مرجان های تحت تاثیر بیماری از دست دادن بافت مرجانی (SCTLD) در فلوریدا و باهاما تزریق شده است.در مقایسه با کنترل های درمان نشده، کاهش 60 درصد در پیشرفت lesion، بدون هیچ گونه سمیت مشاهده شده به ماهی یا ماهی در هر دو طرف دیگر، اکنون این روش برای استفاده از مرجان ها در مقیاس برای استفاده از مرجان ها در مقیاس استفاده می شود.

افزایش ریش مصنوعی در جنوب شرق آسیا

در اندونزی و فیلیپین، توپ های صخره ای بتنی پوشیده شده با لایه غنی از کربنات کلسیم با عناصر ردیابی در مناطق تخریب شده مستقر شدند، در عرض سه سال، ساختارهای پوشش داده شده میزبان جوامع مرجانی مشابه تراکم و تنوع به صخره های طبیعی بود، در حالی که کنترل های بدون پوشش تا حد زیادی بی ثمر باقی مانده بود.این پوشش همچنین کاهش pH اولیه ناشی از leaching بتن را کاهش داد، جلوگیری از آسیب به لاروپا.

ملاحظات زیست محیطی و ایمنی

در حالی که پوشش های دریایی مزایای روشنی ارائه می دهند، پذیرش آنها نیازمند آزمایش دقیق محیط زیست است تا اطمینان حاصل شود که هیچ گونه آسیب ناخواسته ای وجود ندارد.

  • بی سوادی: پوشش باید برای طول عمر مطلوب یا به مواد خوش خیم که در زنجیره غذایی تجمع نمی کنند، پایدار بماند.
  • پیوند: هر ماده شیمیایی آزاد نباید از آستانه ایمنی برای مرجان، ماهی یا سلامت بی طرفانه تجاوز کند.
  • سازگاری فیزیکی: پوشش نباید بافت مرجان زنده را خشک کند یا جریان آب را به گونه ای تغییر دهد که مانع تغذیه یا تنفس شود.
  • روش های درخواست: تکنیک های کاربردی زیر آب باید اختلال در صخره اطراف را به حداقل برسانند، دستی یا از راه دور نرم افزار های عملیاتی ترجیح می دهند تا پوشش را کنترل کنند.

گواهی نامه های مستقل مانند گواهینامه های بزرگ پارک دریایی Reef ، کمک به هدایت استفاده مسئولانه.

چشم انداز آینده

زمینه پوشش های دریایی برای حفظ مرجان به سرعت در حال پیشرفت است.

  • پوشش های هوشمند با سنسور: [FLT 1] شاخص های جاسازی شده که رنگ را در پاسخ به استرس گرما یا اسیدی بودن تغییر می دهد می تواند به مدیران هشدار دهد تا خطرات سفید کننده اولیه را کاهش دهند.
  • پوشش های سازگار با هم: مواد که به طور فعال دی اکسید کربن را به طور فعال و یا آزاد کردن مواد بافر در نسبت به کاهش pH محلی.
  • ] قالب های پوشش چاپی: میکروارگانیسم های سفارشی با رزین های سازگار با زیست محیطی چاپ شده اند که رشد مرجان را به ساختارهای پیچیده و انعطاف پذیر هدایت می کند.
  • عدم ادعای با مداخلات ژنتیکی: پوشش که پروبیوتیک ها یا حتی سویه های ضد میکروبی را برای تقویت انعطاف پذیری مرجان فراهم می کند.

در حالی که پوشش ها گلوله نقره ای نیستند، آنها یک اضافه ارزشمند به ابزار حفاظت از مواد مغذی را همراه با کاهش انتشار گازهای گلخانه ای جهانی، مدیریت منطقه حفاظت شده و کنترل آلودگی، این نوآوری ها می توانند اطمینان حاصل کنند که صخره های مرجانی برای نسل های آینده همچنان رشد می کنند. ادامه سرمایه گذاری در تحقیقات، آزمایش میدانی و تعامل سهامداران برای تحقق پتانسیل کامل آنها ضروری خواهد بود.