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人造珊瑚礁,拯救不断衰退的海洋生态

作者:决定性时刻
人造珊瑚礁,拯救不断衰退的海洋生态

在我们的世界里,微生物、小型动物,无论多么千奇百怪的海洋生物都离不开珊瑚礁。珊瑚礁常常被称作“海洋里的热带雨林”,是许多海洋生物的栖息地,从极其微小的无脊椎动物到颇具商业价值的大型物种,都在这里繁衍生息。

珊瑚礁至关重要,会影响沿海居民的生活。珊瑚礁还能阻挡海浪的冲击,防止海浪侵蚀陆地和沿海城市。直接也好,间接也罢,可以说每个人都在以某种方式受惠于珊瑚礁。

正是因为珊瑚以及其他造礁生物在礁石上安家生长,海洋中的珊瑚礁才会变得如此独特且重要。倘若除去珊瑚、海绵和其他各种覆盖在礁石表面的东西,珊瑚礁剩下的部分几乎与石头无异。

现有的人工礁石还很难完全取代天然珊瑚礁,成为海洋生物的栖息地。 因为天然珊瑚礁的复杂结构很难复制,人造礁石也无法供养所有的珊瑚礁物种。科学家的目标是采用3D成像和建模技术来获取珊瑚礁的核心结构特征。成像的过程就好比是用一张毯子蒙住珊瑚礁,毯子凸起的形状就是珊瑚礁的形状。

人造珊瑚礁,拯救不断衰退的海洋生态

该项目的研究小组拍摄了成千上万张水下图像,并用成像软件把这些图像拼接起来,得到了逼真的珊瑚礁模型,细节丰富且非常精确。这个模型可以旋转,可以缩放,还可以方便地标记每种生活在珊瑚礁里的物种。

将信息转译后录入计算机辅助设计软件,以便3D打印机读取。3D打印机的工作原理是根据科学家所提供的设计方案,尽可能精细地还原复杂的结构。

3D打印的前身是一种被业界称为 “增材制造”的技术,听起来很简单,实际也不难,和字面意思一样,就是层层叠加。3D打印机会先将结构分层,然后逐层添加材料。以打印珊瑚礁为例,每一层都是六边形。3D打印机懂得如何识别设计图,以及如何逐层堆叠原材料。

打印所使用的材料是赤陶,这种材料经过烧制后会变成瓷器。烧制结束后,赤陶内部的孔隙会被保留,这对水下结构来说至关重要。赤陶的材料性质与实际的珊瑚骨骼也很接近。

人造珊瑚礁,拯救不断衰退的海洋生态

研究小组在红海的埃拉特湾部署了人造珊瑚礁。目前的研究仍处于监测和收集数据的阶段。研究小组还用相同的原材料、相同的3D打印工艺,制作和部置了陶土砖,它与人工珊瑚礁的区别在于体积没有那么庞大,结构也没有那么复杂。

研究人员想要研究栖息在珊瑚礁上的生物如何与人造材料互动,它们怎样在礁石结构上定居,什么物种可以定居,这些物种与定居在天然珊瑚礁上的物种是否相同。

到目前为止,研究小组用赤陶进行的实验非常顺利。在埃拉特湾的自然条件下证实了,几乎所有常见的造礁生物都可以依附在人造礁石上。

一直以来,研究小组都在通过摄影技术监测人造珊瑚礁,不久之后,他们还会用环境DNA 技术对人造珊瑚礁进行更深入地监测。他们希望有朝一日,能看到这些研究可以使珊瑚礁的规模进一步扩大,海洋生物的多样性能大大增加。

人造珊瑚礁,拯救不断衰退的海洋生态

“希望我们的算法和模型可以适用于所有危在旦夕的珊瑚礁。这样一来,人们可以去任何有需要的地方进行3D扫描、建模和投放。”该项目的研究人员说。

该项目的3D模型设计图还会上传到网络,供人免费下载。只要有符合要求的3D打印设备,任何人都可以利用这些设计图建造人工礁石。

该项目负责人最终表示:“我们的理念是救助所有正在衰退的珊瑚礁。贯彻这个理念的方式是开展大规模的珊瑚礁修复行动,在需要珊瑚礁的海域布置我们的 3D 打印礁石,供珊瑚栖息和生长”。

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