Das erste Stück einer Reihe von Betonkonstruktionen wurde am Mittwochmorgen vor der Küste von Miami Beach ins Wasser gelassen, ein massiver Kran auf dem Deck eines schwimmenden Lastkahns hob die Einheit in die Luft und ließ sie auf den Meeresboden sinken.
Während der nächsten sechs Stunden wiederholten die Besatzungsmitglieder an Bord des Lastkahns diesen Vorgang, bis die Strukturen, von denen einige übereinander gestapelt waren, 14 Fuß unter der Oberfläche auf dem Meeresboden abgesetzt wurden.
Für zufällige Beobachter an Land mag der ganztägige Betrieb Routine gewesen sein. Aber diese maritime Aktivität war alles andere als 08/15.
In einem Projekt, das den Weg für größere Bemühungen zum Schutz der Küsten vor dem Anstieg des Meeresspiegels und Sturmfluten ebnen und als innovative Basisstruktur für die Entwicklung blühender Korallenriffe dienen könnte, hat ein Team von Forschern und Wissenschaftlern der University of Miami 27 ineinandergreifende Betonstrukturen versenkt Das wird zwei hybride Riffeinheiten 1.000 Fuß vor der Küste des North Beach Oceanside Park am nördlichen Rand von Miami Beach bilden.
Die Einheiten sind das Herzstück eines Projekts namens Engineering Coastal Resilience Through Hybrid Reef Restoration oder ECoREEF, das zement- und naturbasierte Strategien kombiniert, um die Widerstandsfähigkeit der Küsten zu fördern. Unterstützt vom Labor für integratives Wissen der Universität (U-LINK) und der Stadt Miami Beach wurde das Projekt zu einer Zeit entwickelt, in der Korallenriffe ums Überleben kämpfen. A Kürzlich durchgeführte Studie zeigt, dass die Hälfte der lebenden Korallenriffe der Welt seit den 1950er Jahren gestorben sind. Inzwischen haben andere Untersuchungen gezeigt, dass gesunde und komplexe Korallenriffe in der Lage sind, bis zu 97 % der Energie von Wellen zu puffern und auch die Häufigkeit von Überschwemmungen zu reduzieren.
„Korallenriffe verschwinden weltweit in alarmierender Geschwindigkeit aufgrund von Krankheiten und der Erwärmung der Ozeane, sodass unsere Riffe viel von der Struktur verloren haben, die sie zur Reduzierung der Wellenenergie benötigen“, sagte der leitende Forscher von ECoREEF, Diego Lirman, außerordentlicher Professor von ECoREEF Meeresbiologie und -ökologie an der Rosenstiel School of Marine, Atmospheric, and Earth Science der Universität. „Indem ich diese platziere [hybrid] Riffe in Küstennähe und das Pflanzen von stresstoleranten Korallen darauf hoffen wir, einige der verlorenen Dienste gesunder Riffe wie Küstenschutz wiederzugewinnen und einen Lebensraum für Organismen wie Fische und Hummer zu schaffen.
Eine der hohlen Strukturen, die diese Woche untergetaucht wurden, hatte die Form eines Trapezes, mit Felsen auf seiner Außenfläche, um die Textur von Korallenriffen nachzuahmen und Meereslebewesen anzulocken. Die andere Einheit ist eine Reihe von Sechsecken, die ikonische wabenartige Form, die in immer mehr Projekte integriert wird, einschließlich des leistungsstarken Webb-Teleskops. Die hohlen, sechseckigen SEAHIVE-Strukturen – Rohre, die wie Waben aussehen und jeweils 2.500 Pfund wiegen – sind perforiert, damit Meerwasser durch sie fließen kann. Sie sind pyramidenartig gestapelt und an einigen soliden SEAHIVEs aus Beton befestigt, um die Stabilität der Struktur zu erhöhen .
Um die Hybridstrukturen zu bauen, verwendeten die Forscher auch eine umweltfreundliche Betonmischung mit Verbundverstärkungen anstelle von Stahl, sowohl für die Haltbarkeit als auch um Meereslebewesen anzulocken.
Haus und Rhode-Barbarigos spähen durch eine zwei Meter hohe perforierte SEAHIVE-Einheit, die sie mit anderen Fakultätsmitgliedern entworfen haben, auf dem Lastkahn, der Dutzende der Einheiten in den Ozean absenkte.
„Strukturen zu entwerfen, um Wellenenergie abzuleiten und gleichzeitig eine gastfreundliche Umgebung für Korallen zu schaffen, war eine Herausforderung“, sagte Landolf Rhode-Barbarigos, Assistenzprofessor am College of Engineering und einer der leitenden Ermittler des Projekts. „Es gibt keine Gestaltungsrichtlinien für die Natur, aber hoffentlich kann dies in etwas Größeres übersetzt werden und neue Lösungen für den Küstenschutz bieten.“
Es war Rhode-Barbarigos zusammen mit Lirman, dem Meeresbiologen Andrew Baker, dem Meeresforscher Brian Haus, der nachhaltigen Architektin Sonia Chao und der Kommunikationsexpertin Jyotika Ramaprasad, die sich 2018 zusammenschlossen, um die Herausforderungen der Widerstandsfähigkeit der Küsten anzugehen. Sie hoffen, dass das ECoREEF-Projekt zu einem besseren Verständnis der Arten von Strukturen führen wird, die dazu beitragen können, die gefährdete Küste Südfloridas vor Erosion und Sturmfluten zu schützen.
„Wir wollen sehen, wie sich diese beiden unterschiedlichen Alternativen für eine hybride, technische Struktur und ein natürliches Riff vergleichen lassen“, sagte Haus. „Dies ist eine Forschungsinstallation, also werden wir sie auf verschiedene Weise untersuchen.“
Korallen, die in den drei Baumschulen der Rosenstiel-Schule gezüchtet werden, werden schließlich an den Hybridriffen befestigt, damit sie gedeihen und einige der vielen Korallenriffe der Region ersetzen können, die durch Krankheiten und Bleichen infolge der Erwärmung der Ozeantemperaturen verloren gegangen sind.
„Wir hoffen, dass wir Babykorallen dazu bringen können, sich anzuheften und eine Gemeinschaft zu schaffen, die einem natürlichen Riff ähnelt, das sich im Laufe der Zeit auf diesen Strukturen entwickelt“, sagte Lirman.
Aber jetzt müssen sich die Riffe an ihre neue Unterwasserumgebung gewöhnen.
Taucher und Drohnen helfen bei der Überwachung der Strukturen; und bald werden Forscher Strömungsmesser und Wellensensoren des US Geological Survey installieren, um die Wellenenergie und den Fluss auf der Oberfläche der Riffe zu messen, so Brian Haus, Professor und Lehrstuhl für Ozeanwissenschaften an der Rosenstiel School.
Nachdem zwei vorherige Versuche, die Strukturen einzusetzen, wegen schlechten Wetters abgebrochen wurden, ermöglichten ideale Bedingungen – ruhiges Wasser und wenig bis gar kein Wind – den Besatzungen, die Strukturen zu versenken.
An Bord des Lastkahns, der die Hybridriffe transportierte – nachdem ein Schlepper sie mehr als 100 Seemeilen von Fort Pierce nach Miami Beach gebracht hatte – halfen Haus und Rhode-Barbarigos bei der Orchestrierung des Einsatzes und dirigierten den Kran, der die Strukturen ins Wasser senkte und Stellen Sie sicher, dass die Riffe richtig auf dem Meeresboden positioniert und gestapelt wurden. Ein Taucher, der auf dem Meeresboden patrouillierte, stellte sicher, dass die Strukturen richtig ausgerichtet waren.
„Wir haben uns heute ein bisschen die Hände schmutzig gemacht, aber es hat sich gelohnt“, sagte Haus, der den 75 Fuß langen, 38.000-Gallonen-Windwellentank des Alfred C. Glassell, Jr. SUSTAIN Laboratory der Rosenstiel School beaufsichtigt Früher testeten Forscher kleinere Versionen der Hybridriffe.
Sollte in der kommenden Hurrikansaison ein tropischer Wirbelsturm Südflorida bedrohen oder sogar treffen, könnten die Hybridriffe ihren ersten großen Test bekommen, weshalb das Team ein akribisches Genehmigungsverfahren durchlief, sagte Rhode-Barbarigos.
„Dieses EcoReefs-Projekt wird uns eine Testumgebung für diese Technologie bieten, bevor wir eine viel größere Struktur für das DARPA-Stipendium anderswo in Florida einsetzen“, betonte Lirman.
Während sich das U-LINK-Projekt weiterentwickelte, arbeitete Rhode-Barbarigos auch mit Antonio Nanni, Esber Andiroglu und Prannoy Suraneni, den Fakultätsmitgliedern des Haus and College of Engineering, an der Entwicklung der SEAHIVE-Struktur durch Zuschüsse des National Comparative Highway Research Program und des Florida Department des Verkehrs. Die wabenförmigen SEAHIVE-Einheiten, die ursprünglich als Alternative zu herkömmlichen Deichen wegen ihrer Fähigkeit zur Abschwächung der Wellenenergie entwickelt wurden, sollen auch an zwei anderen Standorten in Südflorida getestet werden.
Beamte von Miami Beach sind gespannt, wie sich beide Hybridriffe in den Gewässern vor dem North Beach Oceanside Park verhalten.
„Der Start dieses Experiments [hybrid] Riff markiert einen entscheidenden Moment in unseren Bemühungen, Miami Beach vor Küstenerosion zu schützen und unser Korallenökosystem wiederherzustellen“, sagte Ricky Arriola, ein Kommissar von Miami Beach. „Diese innovative Lösung wird nicht nur zum Schutz unserer Küsten beitragen, sondern auch den Ökotourismus vorantreiben und Miami Beach weiter als führendes Unternehmen für nachhaltiges Küstenmanagement etablieren.“
Amy Knowles, Chief Resilience Officer der Stadt, stimmte zu. „Wir können es kaum erwarten zu sehen, wie dieses Hybridriff wächst“, sagte sie. „Korallenriffe sind ein wichtiger Teil des Meereslebens und unsere Küstenwiderstandsfähigkeit gegenüber Sturmfluten und dem Anstieg des Meeresspiegels für Miami Beach und unsere gesamte Region.“
Für die Fakultätsmitglieder, die seit Beginn des Projekts vor vier Jahren an dem Projekt gearbeitet haben, war dieser Einsatz ein Erfolg.
„Es war ein langes Abenteuer, also sind wir verständlicherweise aufgeregt“, sagte Rhode-Barbarigos. „Das ist ein Meilenstein, weil wir sowohl aus technischer als auch aus ökologischer Sicht von diesen Einheiten lernen können. Was wir heute erreicht haben, ist das Ende einer Phase, aber der Beginn einer anderen.“