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人造珊瑚礁,拯救不斷衰退的海洋生态

作者:決定性時刻
人造珊瑚礁,拯救不斷衰退的海洋生态

在我們的世界裡,微生物、小型動物,無論多麼千奇百怪的海洋生物都離不開珊瑚礁。珊瑚礁常常被稱作“海洋裡的熱帶雨林”,是許多海洋生物的栖息地,從極其微小的無脊椎動物到頗具商業價值的大型物種,都在這裡繁衍生息。

珊瑚礁至關重要,會影響沿海居民的生活。珊瑚礁還能阻擋海浪的沖擊,防止海浪侵蝕陸地和沿海城市。直接也好,間接也罷,可以說每個人都在以某種方式受惠于珊瑚礁。

正是因為珊瑚以及其他造礁生物在礁石上安家生長,海洋中的珊瑚礁才會變得如此獨特且重要。倘若除去珊瑚、海綿和其他各種覆寫在礁石表面的東西,珊瑚礁剩下的部分幾乎與石頭無異。

現有的人工礁石還很難完全取代天然珊瑚礁,成為海洋生物的栖息地。 因為天然珊瑚礁的複雜結構很難複制,人造礁石也無法供養所有的珊瑚礁物種。科學家的目标是采用3D成像和模組化技術來擷取珊瑚礁的核心結構特征。成像的過程就好比是用一張毯子蒙住珊瑚礁,毯子凸起的形狀就是珊瑚礁的形狀。

人造珊瑚礁,拯救不斷衰退的海洋生态

該項目的研究小組拍攝了成千上萬張水下圖像,并用成像軟體把這些圖像拼接起來,得到了逼真的珊瑚礁模型,細節豐富且非常精确。這個模型可以旋轉,可以縮放,還可以友善地标記每種生活在珊瑚礁裡的物種。

将資訊轉譯後錄入計算機輔助設計軟體,以便3D列印機讀取。3D列印機的工作原理是根據科學家所提供的設計方案,盡可能精細地還原複雜的結構。

3D列印的前身是一種被業界稱為 “增材制造”的技術,聽起來很簡單,實際也不難,和字面意思一樣,就是層層疊加。3D列印機會先将結構分層,然後逐層添加材料。以列印珊瑚礁為例,每一層都是六邊形。3D列印機懂得如何識别設計圖,以及如何逐層堆疊原材料。

列印所使用的材料是赤陶,這種材料經過燒制後會變成瓷器。燒制結束後,赤陶内部的孔隙會被保留,這對水下結構來說至關重要。赤陶的材料性質與實際的珊瑚骨骼也很接近。

人造珊瑚礁,拯救不斷衰退的海洋生态

研究小組在紅海的埃拉特灣部署了人造珊瑚礁。目前的研究仍處于監測和收集資料的階段。研究小組還用相同的原材料、相同的3D列印工藝,制作和部置了陶土磚,它與人工珊瑚礁的差別在于體積沒有那麼龐大,結構也沒有那麼複雜。

研究人員想要研究栖息在珊瑚礁上的生物如何與人造材料互動,它們怎樣在礁石結構上定居,什麼物種可以定居,這些物種與定居在天然珊瑚礁上的物種是否相同。

到目前為止,研究小組用赤陶進行的實驗非常順利。在埃拉特灣的自然條件下證明了,幾乎所有常見的造礁生物都可以依附在人造礁石上。

一直以來,研究小組都在通過攝影技術監測人造珊瑚礁,不久之後,他們還會用環境DNA 技術對人造珊瑚礁進行更深入地監測。他們希望有朝一日,能看到這些研究可以使珊瑚礁的規模進一步擴大,海洋生物的多樣性能大大增加。

人造珊瑚礁,拯救不斷衰退的海洋生态

“希望我們的算法和模型可以适用于所有危在旦夕的珊瑚礁。這樣一來,人們可以去任何有需要的地方進行3D掃描、模組化和投放。”該項目的研究人員說。

該項目的3D模型設計圖還會上傳到網絡,供人免費下載下傳。隻要有符合要求的3D列印裝置,任何人都可以利用這些設計圖建造人工礁石。

該項目負責人最終表示:“我們的理念是救助所有正在衰退的珊瑚礁。貫徹這個理念的方式是開展大規模的珊瑚礁修複行動,在需要珊瑚礁的海域布置我們的 3D 列印礁石,供珊瑚栖息和生長”。

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