Τα ψηφιακά τρισδιάστατα μοντέλα μας θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην αναβίωση τεράστιων κοραλλιογενών υφάλων

Για μια ομάδα θαλάσσιων βιολόγων, η αξιολόγηση της υγείας χιλιάδων τετραγωνικών μέτρων κοραλλιογενούς υφάλου μπορεί να είναι μια τρομακτική προοπτική – αλλά ψηφιακό Η επανάσταση το αλλάζει αυτό, λένε οι δύτες TIM LAMONT και RINDAH TALITHA VIDA του Πανεπιστημίου Lancaster και TRIES BLANDINE RAZAK του Πανεπιστημίου IPB στην Ινδονησία

Συχνά πρέπει να παρακολουθούμε μερικά από τα περισσότερα οικοσυστήματα βιοποικιλότητας στον πλανήτη, και υπάρχει αυστηρό χρονικό όριο λόγω των κανονισμών ασφαλείας που σχετίζονται με τις καταδύσεις.

Η ακριβής μέτρηση και ταξινόμηση ακόμη και μικρών περιοχών υφάλων μπορεί να περιλαμβάνει πολλές ώρες κάτω από το νερό. Και με εκατομμύρια υφάλους σε όλο τον κόσμο που χρειάζονται παρακολούθηση ενόψει της διαφαινόμενης απειλές για την ύπαρξή τους, η ταχύτητα είναι κρίσιμη.

Αλλά τώρα, ένα ψηφιακό Η επανάσταση για την παρακολούθηση των κοραλλιογενών υφάλων θα μπορούσε να είναι σε εξέλιξη, χάρη στις πρόσφατες εξελίξεις στην τεχνολογία χαμηλού κόστους κάμερας και υπολογιστών. Μας νέα μελέτη δείχνει πώς δημιουργείται 3D υπολογιστή μοντέλα ολόκληρων υφάλων – μερικές φορές γνωστά ως ψηφιακό δίδυμα – μπορούν να μας βοηθήσουν να παρακολουθούμε αυτά τα πολύτιμα οικοσυστήματα πιο γρήγορα, με μεγαλύτερη ακρίβεια και με μεγαλύτερη λεπτομέρεια από ποτέ.

Εργαστήκαμε σε 17 τοποθεσίες μελέτης στην κεντρική Ινδονησία – ορισμένοι ύφαλοι υποβαθμίστηκαν, άλλοι ήταν υγιείς ή αποκαταστάθηκαν. Ακολουθήσαμε το ίδιο πρωτόκολλο σε ορθογώνιες περιοχές εμβαδού 1,000 τετραγωνικών μέτρων σε κάθε τοποθεσία, χρησιμοποιώντας την τεχνική που ονομάζεται «φωτογραμμετρία» για να δημιουργήσουμε τρισδιάστατα μοντέλα κάθε βιότοπου υφάλου.

Ένας από εμάς βούτηξε και κολύμπησε 2 μέτρα πάνω από τα κοράλλια μπρος-πίσω σε ένα μοτίβο «χλοοκοπτικής» σε κάθε τετραγωνικό μέτρο αυτού του υφάλου, ενώ κουβαλούσαμε δύο υποβρύχιες κάμερες προγραμματισμένες να τραβούν φωτογραφίες του βυθού δύο φορές το δευτερόλεπτο. Μέσα σε μόλις μισή ώρα, τραβήξαμε 10,000 φωτογραφίες υψηλής ανάλυσης, επικαλυπτόμενες που κάλυπταν ολόκληρη την περιοχή.

Υπολογιστής υψηλής απόδοσης

Αργότερα, ξεκινήσαμε μια υψηλή απόδοση υπολογιστή, και με τη βοήθεια ειδικών ειδικών από μια υποβρύχια εταιρεία τεχνολογίας επιστήμης τηλεφώνησε Tritonia Scientific, επεξεργαστήκαμε αυτές τις εικόνες σε ακριβείς τρισδιάστατες αναπαραστάσεις για καθεμία από τις 3 τοποθεσίες. Τα μοντέλα που προκύπτουν ξεπερνούν τις παραδοσιακές μεθόδους παρακολούθησης ως προς την ταχύτητα, το κόστος και την ικανότητα να αναπαράγουν με συνέπεια ακριβείς μετρήσεις.

Η ερευνητική μας εργασία εφαρμόζει αυτήν την τεχνική για να αξιολογήσει την επιτυχία του μεγαλύτερου έργου αποκατάστασης κοραλλιών στον κόσμο. Κοραλλιογενής Ύφαλος Άρης Έργο αποκατάστασης βρίσκεται στο νησί Bontosua στο αρχιπέλαγος Spermonde στο νότιο Sulawesi της Ινδονησίας.

Τα ευρήματά μας δείχνουν ότι, όταν διαχειρίζονται σωστά, οι προσπάθειες αποκατάστασης κοραλλιών μπορούν να επαναφέρουν πολλά στοιχεία, συμπεριλαμβανομένης της πολυπλοκότητας της δομής των υφάλων σε μεγάλες περιοχές.

Συγκρίνοντας τα τρισδιάστατα μοντέλα, μπορούμε να δούμε πόσο περίπλοκη φαίνεται η δομή της επιφάνειας του κοραλλιογενούς υφάλου και να μετρήσουμε τις λεπτομέρειες του σε διαφορετικές κλίμακες – αυτές οι πτυχές θα ήταν πολύ δύσκολες για τους δύτες να μετρήσουν με ακρίβεια κάτω από το νερό.

Σε νωρίτερα 2024 μελέτη, η ομάδα μας εφάρμοσε φωτογραμμετρία για να μετρήσει τους ρυθμούς ανάπτυξης των κοραλλιών σε επίπεδο μεμονωμένων αποικιών. Καταγράφοντας λεπτομερή τρισδιάστατα μοντέλα πριν και μετά από ένα έτος ανάπτυξης, το αποκαλύψαμε Οι αποκατεστημένοι ύφαλοι μπορούν να επιτύχουν ρυθμούς ανάπτυξης συγκρίσιμους με υγιή φυσικά οικοσυστήματα.

Αυτό το εύρημα είναι ιδιαίτερα σημαντικό, καθώς υπογραμμίζει τη δυνατότητα αποκατάστασης των αποκατασταμένων υφάλων και λειτουργίας παρόμοια με ανέγγιχτα περιβάλλοντα υφάλων.

Πέρα από κοραλλιογενείς υφάλους

Η φωτογραμμετρία γίνεται ένα ευρέως διαδεδομένο εργαλείο σε διάφορους τομείς, και στα δύο στην ξηρά και στον ωκεανό. Πέρα από τους κοραλλιογενείς υφάλους, χρησιμοποιείται για την παρακολούθηση των δασών με drones, την ανάπτυξη λεπτομερών αρχιτεκτονικών και πολεοδομικών μοντέλων και την παρακολούθηση της διάβρωσης του εδάφους και των αλλαγών του τοπίου.

Σε θαλάσσια περιβάλλοντα, η φωτογραμμετρία είναι ένα ισχυρό εργαλείο παρακολούθησης και μέτρησης περιβαλλοντικές αλλαγές όπως οι παραλλαγές στην κάλυψη των κοραλλιών, οι αλλαγές στην ποικιλότητα των ειδών και οι αλλαγές στη δομή των υφάλων. Έχει επίσης χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη οικονομικών μεθόδων για τη μέτρηση της σκληρότητας των κοραλλιογενών υφάλων (η ανωμαλία ή η υφή της επιφάνειας του υφάλου).

Η μεγαλύτερη τραχύτητα υποδηλώνει γενικά πιο σύνθετους οικοτόπους, οι οποίοι μπορούν να υποστηρίξουν μια ευρύτερη ποικιλία θαλάσσιας ζωής και να αντικατοπτρίζουν πιο υγιή συστήματα υφάλων.

Επιπλέον, μετρά την πολυπλοκότητα διαφορετικών σχημάτων και δομών μέσα στον ύφαλο. Αυτές οι μέθοδοι παρέχουν κρίσιμες βασικές γραμμές που βοηθούν επιστήμονες όπως εμείς να παρακολουθούν τις αλλαγές με την πάροδο του χρόνου και να σχεδιάζουν αποτελεσματικές στρατηγικές διατήρησης.

Αν και αυτή η μέθοδος είναι φθηνότερη και ταχύτερη από την παραδοσιακή επιτόπια εργασία, εξακολουθούν να υπάρχουν σημαντικά οικονομικά εμπόδια.

Κόστος και εκπαίδευση

Ο απαραίτητος εξοπλισμός και το λογισμικό μπορεί να κυμαίνεται από αρκετές χιλιάδες έως δεκάδες χιλιάδες δολάρια, ανάλογα με τον συγκεκριμένο εξοπλισμό και το λογισμικό που χρησιμοποιείται, και η εκμάθηση αυτών των τεχνικών απαιτεί χρόνο. Ίσως χρειαστεί λίγος χρόνος μέχρι να γίνουν αυτές οι μέθοδοι τυπικές για τους περισσότερους βιολόγους πεδίου.

Πέρα από την παρακολούθηση των κοραλλιογενών υφάλων, η φωτογραμμετρία χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο εικονικής πραγματικότητας και ανάπτυξη επαυξημένης πραγματικότητας, επιτρέποντας τη δημιουργία καθηλωτικών, ρεαλιστικών περιβαλλόντων για εκπαίδευση, ψυχαγωγία και έρευνα.

Για παράδειγμα, η αμερικανική υπηρεσία National Oceanic & Atmospheric Administration's εικονική πραγματικότητα κοραλλιογενών υφάλων προσφέρει έναν συναρπαστικό τρόπο εξερεύνησης κοραλλιογενών υφάλων μέσω εικονικής πραγματικότητας.

Στο μέλλον, η φωτογραμμετρία θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στην περιβαλλοντική παρακολούθηση, προσφέροντας ταχύτερες, πιο ακριβείς βασικές γραμμές και αξιολογήσεις των αλλαγών του οικοσυστήματος, όπως η λεύκανση των κοραλλιών και οι αλλαγές στη βιοποικιλότητα.

Οι πρόοδοι στη μηχανική μάθηση και στο cloud computing αναμένεται να αυτοματοποιήσουν περαιτέρω και να βελτιώσουν τη φωτογραμμετρία, αυξάνοντας την προσβασιμότητα και την επεκτασιμότητα της και καθιερώνοντας τον ρόλο της ως ουσιαστικού εργαλείου στην επιστήμη της διατήρησης.

Δεν έχετε χρόνο να διαβάσετε για την κλιματική αλλαγή όσο θα θέλατε; Αντ' αυτού, λάβετε μια εβδομαδιαία συλλογή στα εισερχόμενά σας. Κάθε Τετάρτη, ο συντάκτης περιβάλλοντος του The Conversation γράφει το Imagine, ένα σύντομο email που πηγαίνει λίγο πιο βαθιά σε ένα μόνο κλίμα ζήτημα. Εγγραφείτε στους 35,000+ αναγνώστες που έχουν εγγραφεί μέχρι στιγμής.

Επίσης στο Divernet: Τι θα χρειαστεί για να επιβιώσει τα κοράλλια;, Οι κοραλλιογενείς ύφαλοι του κόσμου είναι μεγαλύτεροι από όσο πιστεύαμε…, Ο απομακρυσμένος κοραλλιογενής ύφαλος του Ειρηνικού δείχνει κάποια ικανότητα αντιμετώπισης της υπερθέρμανσης των ωκεανών, Συντριβή κοραλλιών: μπορούν να σωθούν οι ύφαλοι μας;