把珊瑚碎片放在珊瑚礁座上。圖片來源:翻攝自 archiREEF 網頁

台灣海洋保育署今年釋出的最新報告顯示,台灣仍有 7 處的珊瑚群聚處於「失去珊瑚礁關鍵功能」的狀態。不只台灣,世界各地的珊瑚礁都因為地球暖化而不斷白化、死去。擁有豐富珊瑚種類的香港,使用 3D 列印技術種植珊瑚幼蟲,燃起復育珊瑚的希望火苗。

對地球來說很重要的珊瑚,岌岌可危

珊瑚在地球上存在約 5 億年,它們是 25% 以上的海洋物種的庇護天堂,包括魚類、軟體動物、蠕蟲、甲殼類動物等等。珊瑚礁需要生活在溫暖乾淨的水域,但是目前世界各地的珊瑚礁正遭受污水、外漏石油、沈積物積累,以及溫室效應的威脅。

光是 2016 年和 2017 年,澳洲大堡礁 89% 的新珊瑚因為地球暖化而白化。如果沒有阻擋氣候危機、過度捕撈與污染,估計在未來 20 年,地上僅剩的珊瑚礁會減少 70% 到 90%。

台灣海洋保育署調查台灣周邊及離島 31 個地點 62 處的珊瑚覆蓋率,於 2022 年 1 月發表《台灣珊瑚監測調查成果》,發現有 33 處狀態穩定,但 7 處「失能」,需要加強維護。

監測成果分為 4 級:

1. 珊瑚覆蓋率>50%:健康。
2. 珊瑚覆蓋率30-50%或珊瑚/藻類比例>0.5:穩定。
3. 珊瑚覆蓋率10-30%且珊瑚/藻類比例≦0.5:衰退。
4. 珊瑚覆蓋率<10%且珊瑚/藻類比例<0.1:失能。

國外研究結果顯示 10% 的硬珊瑚覆蓋率是珊瑚礁碳酸鈣生產的最低閾值,因此將覆蓋率低於 10% 的礁區列為「已失去珊瑚礁特有及關鍵的結構與功能」,縮寫為「失能」。

珊瑚保育

台灣 62 處珊瑚覆蓋率分級表。地區旁的數字為「有幾處珊瑚群聚屬於該級數/該地區共有幾處珊瑚群聚」。圖片來源:翻攝自海洋保育署

香港研究團隊用 3D 列印救珊瑚

科技傷害了大自然,那就讓科技來補救。人類最近開始嘗試用 3D 列印技術,挽救珊瑚生態。

亞洲有一處的珊瑚礁多樣性,比加勒比海還多,那就是香港。香港至今發現石珊瑚 84 種,軟珊瑚及柳珊瑚 67 種,但近來一樣在溫室效應與城市發展之下,面臨威脅。

香港漁農自然護理署委託香港大學建築學院機器人實驗室與香港大學太古海洋科學研究所合作,進行珊瑚修復研究,他們想藉由種植珊瑚來復育。

通常種珊瑚的工具,大部份是用水泥或金屬製作,但是水泥酸鹼值太高,不利於海洋生物在上面生存,且與金屬材料相同,對環境不友善,結構又相對簡單,復育效果不大。

於是研究團隊便找了最天然的材料——泥,並高溫燒製成陶土。

找到適合的材料後,設計形狀也是一門學問。什麼樣的構造對珊瑚生態才最有利?

研究團隊找到的獨門秘方,有幾個特點。第一,這個種植珊瑚礁的珊瑚礁盤,是六角形,可以隨時拼合擴增。上層模仿扁腦珊瑚(Platygyra)的形狀,拿來放置珊瑚碎片,讓它自己生長。下層則是類似網球拍的格子狀,以防沉積物堆積令珊瑚窒息。

珊瑚復育

六角形、上下層不同結構的 3D 列印珊瑚礁盤。圖片來源:翻攝自 archiREEF 網頁

第二,為遠離水底的沙泥,這個珊瑚礁盤底部有 3 支點。太古海洋科學學院生物科學學院副教授貝克(David Baker)說明:「沙子不適合珊瑚,因為移動的沙子會掩埋或者沖刷珊瑚的細薄組織。大多數生長於沙地的珊瑚,通常會面臨一場緩慢的死亡。」也因此,3D 列印的礁盤藉由 3 支點站立,躲開沙子。

墊高還有一個好處,讓珊瑚能夠從海床高處開始生長,比較能吸收到陽光、營養與食物。

珊瑚復育

一塊塊墊高的珊瑚礁盤。圖片來源:翻攝自 archiREEF 網頁

一個珊瑚礁盤,需要 2 到 4 小時 3D 列印,接著花上 2 到 4 星期風乾,然後就可以放入火爐,以 1000 度高溫燒 8 小時。

接著就是把珊瑚碎片放入珊瑚礁盤中,並在 2020 年 7 月於海下灣植入;到去年 4 月,團隊已經鋪設 40 平方公尺,能夠承載 4 百個珊瑚碎片的人工礁盤。

「現在鋪在人工礁盤上的珊瑚,比傳統移植方法生存得更加茁壯」,研究員余碧芬說:「存活率達到 90%。」

把珊瑚碎片放在珊瑚礁盤上。圖片來源:翻攝自 archiREEF 網頁

當研究團隊最初把礁盤放入海中,只有少少的小魚在周圍環繞。但是到去年中,已有大量包括墨魚在內的野生生物在裡面產卵,「這真是令人振奮!」余碧芬表示,並希望未來潛水時,能見到珊瑚碎片長大到能夠遮蓋整塊礁盤。

貝克教授也提到,「當礁盤一觸地,我們看到許多像是小魚或蟹類的物種馬上把它當作庇護所,真的很振奮人心。」貝克教授希望政府會讓研究團隊種植更多珊瑚,讓香港變成生物多樣性的熱點與潛水天堂。

香港的這個珊瑚礁盤計畫,後來發展成產官學三方的合作。研究員余碧芬成立了新創公司「ArchiREEF」,期望該公司可以作為一個媒介,讓關心珊瑚復育的朋友一起共同努力。目前 ArchiREEF 的最大客戶是來自政府的保育相關專案,同時也申請如「Green Technology」或「Ecological Enhancement」等不同機構的資金。

未來 3 年「ArchiREEF」以研究開發工作為主,目前針對珊瑚,但更大的願景是希望推動藍碳(Blue Carbon),指所有被海洋生物從大氣中吸收與儲存於生態系的碳,包括海藻、紅樹林與蠔等系統。

世界各地都在用 3D 列印救珊瑚,但不足以成為珊瑚救星

「ArchiREEF」的遠景其實才是拯救珊瑚最核心的問題。其實用 3D 列印復育珊瑚生態,世界各地都在做,但它不是最終解方。

非營利組織「Reef Design Labs」2018 年把 3D 列印的人工珊瑚礁「 Modular Artificial Reef Structure」,簡稱 MARS,放進馬爾地夫海中。潛水員可將瓷組件帶到海底組裝,並黏上珊瑚碎片,吸引更多珊瑚依附其上生長。

以色列的內蓋夫本—古里安大學(Ben Gurion University of the Negev)與以色列理工學院 (Technion – Israel Institute of Technology)在 2019 年合作,以當地黏土製成的低成本陶瓷為材料,利用 3D 列印製造出構造複雜的人造珊瑚礁,藉此吸引不同魚群。

然而,世界各地有這麼多 3D 列印復育珊瑚的計畫,卻不能從根本拯救珊瑚。

科學家都表示,人工珊瑚科技並非拯救珊瑚的萬靈丹,因為太貴了,要達到完整復育的目標,成本太高。

英格蘭的紐卡斯爾大學(Newcastle University)的珊瑚礁生態學榮譽教授愛德華斯(Alasdair Edwards)表示:「為珊瑚幼蟲提供一個小巧且複雜的基質,讓牠們寄宿並成長,在這方面 3D 列印的確扮演重要角色。但是若我們談的是在過去 50 年,全球各處死去的數萬平方公里珊瑚,對於這個問題,3D 列印可能幫上一點忙,但顯然不是一個解決方法。唯一的答案是限制溫室氣體排放。」

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參考資料

timesofisraelstartupbeatunwire.pro香港漁農自然護理署guardian

科技報橘cnn海洋保育署

(首圖來源:wiki)