Unsere digitalen 3D-Modelle könnten helfen, riesige Korallenriffe wiederzubeleben

Für ein Team von Meeresbiologen kann die Beurteilung des Gesundheitszustands von Tausenden Quadratmetern Korallenriff eine entmutigende Aufgabe sein – aber ein digital Revolution ändert das, sagen Taucher TIM LAMONT und RINDAH TALITHA VIDA von der Lancaster University und TRIES BLANDINE RAZAK von der IPB University in Indonesien

Wir müssen oft einige der Artenvielfalt der Ökosysteme auf dem Planeten, und aufgrund der Sicherheitsbestimmungen beim Sporttauchen gibt es ein striktes Zeitlimit.

Lies auch: Wissenschaftler entdecken hitzetolerante Korallen, die sich direkt vor der Linse verstecken

Um selbst kleine Riffbereiche genau zu messen und zu klassifizieren, muss man oft viele Stunden unter Wasser verbringen. Und angesichts der Millionen von Riffen auf der ganzen Welt, die überwacht werden müssen, angesichts der drohenden Bedrohungen für ihre Existenz, Geschwindigkeit ist entscheidend.

Aber jetzt a digital Revolution in der Überwachung von Korallenriffen könnte im Gange sein, ermöglicht durch die jüngsten Fortschritte in der kostengünstigen Kamera- und Computertechnologie. Unsere neue Studie zeigt, wie 3D- Computer Modelle ganzer Riffe – auch bekannt als digital Zwillinge – können uns helfen, diese wertvollen Ökosysteme schneller, genauer und detaillierter zu überwachen als je zuvor.

Wir haben an 17 Untersuchungsstandorten in Zentralindonesien gearbeitet – einige Riffe waren zerstört, andere gesund oder wiederhergestellt. Wir folgten demselben Protokoll an rechteckigen Flächen von 1,000 Quadratmetern an jedem Standort und verwendeten die Technik der „Photogrammetrie“, um 3D-Modelle jedes Rifflebensraums zu erstellen.

Einer von uns tauchte und schwamm 2 m über den Korallen in einem „Rasenmäher“-Muster hin und her über jeden Quadratmeter dieses Riffs. Dabei hatte er zwei Unterwasserkameras dabei, die so programmiert waren, dass sie zweimal pro Sekunde Fotos vom Meeresboden machten. Innerhalb von nur einer halben Stunde hatten wir 10,000 hochauflösende, sich überlappende Bilder gemacht, die das gesamte Gebiet abdeckten.

Hochleistungsrechner

Später starteten wir einen Hochleistungs- Computerund mit Hilfe von Fachexperten eines Unterwasser-Technologieunternehmens namens Tritonia Scientifichaben wir diese Bilder für jeden der 3 Standorte zu präzisen 17D-Darstellungen verarbeitet. Die daraus resultierenden Modelle übertreffen herkömmliche Überwachungsmethoden in puncto Geschwindigkeit, Kosten und der Fähigkeit, genaue Messungen konsistent zu reproduzieren.

Unser Forschungsbericht wendet diese Technik an, um den Erfolg des weltweit größten Korallenrestaurierungsprojekts zu bewerten. Mars Coral Reef Restaurierungsprojekt befindet sich auf der Insel Bontosua im Spermonde-Archipel in Südsulawesi, Indonesien.

Unsere Erkenntnisse zeigen, dass gut geleitete Bemühungen zur Wiederherstellung der Korallenriffe viele Elemente wiederherstellen können, darunter auch die Komplexität der Riffstruktur über große Flächen hinweg.

Durch den Vergleich der 3D-Modelle können wir erkennen, wie komplex die Oberflächenstruktur des Korallenriffs aussieht und seine Details in verschiedenen Maßstäben messen. Unter Wasser wären diese Aspekte für Taucher viel zu schwierig zu vermessen.

In einem früheren 2024 Studiehat unser Team Photogrammetrie eingesetzt, um das Wachstum einzelner Korallenkolonien zu messen. Durch die Aufnahme detaillierter 3D-Modelle vor und nach einem Jahr Wachstum wir haben gezeigt, dass Wiederhergestellte Riffe können Wachstumsraten erreichen, die mit denen gesunder natürlicher Ökosysteme vergleichbar sind.

Dieses Ergebnis ist besonders bedeutsam, da es das Potenzial restaurierter Riffe unterstreicht, sich zu erholen und ähnlich zu funktionieren wie unberührte Riffumgebungen.

Jenseits der Korallenriffe

Die Photogrammetrie wird in vielen Bereichen immer häufiger eingesetzt. an Land und im Meer. Außer zur Beobachtung von Korallenriffen wird es auch eingesetzt, um Wälder mit Drohnen zu überwachen, detaillierte Modelle für Architektur und Städteplanung zu entwickeln und Bodenerosion und Landschaftsveränderungen zu überwachen.

In Meeresumgebungen ist die Photogrammetrie ein leistungsstarkes Werkzeug zur Überwachung und Messung Umweltveränderungen wie etwa Variationen in der Korallenbedeckung, Verschiebungen in der Artenvielfalt und Veränderungen in der Riffstruktur. Es wurde auch verwendet, um kostengünstige Methoden zur Messung der Rauheit von Korallenriffen (der Unebenheit oder Textur der Riffoberfläche) zu entwickeln.

Eine stärkere Rauheit weist im Allgemeinen auf komplexere Lebensräume hin, die eine größere Vielfalt an Meereslebewesen unterstützen können und auf gesündere Riffsysteme hinweisen.

Darüber hinaus wird die Komplexität der verschiedenen Formen und Strukturen innerhalb des Riffs gemessen. Diese Methoden liefern wichtige Grundlagen, die Wissenschaftlern wie uns helfen, Veränderungen im Laufe der Zeit zu verfolgen und wirksame Schutzstrategien zu entwickeln.

Obwohl diese Methode kostengünstiger und schneller als die traditionelle Feldarbeit ist, bestehen immer noch erhebliche finanzielle Hürden.

Kosten und Schulung

Die Kosten für die erforderliche Ausrüstung und Software können je nach verwendeter Ausrüstung und Software mehrere Tausend bis Zehntausend Dollar betragen, und die Beherrschung dieser Techniken braucht Zeit. Es könnte einige Zeit dauern, bis diese Methoden für die meisten Feldbiologen zum Standard werden.

Über die Überwachung von Korallenriffen hinaus wird die Photogrammetrie zunehmend eingesetzt in virtuellen Realität und die Entwicklung von Augmented Reality, wodurch die Schaffung immersiver, lebensechter Umgebungen für Bildung, Unterhaltung und Forschung ermöglicht wird.

Beispielsweise hat die US-Behörde National Oceanic & Atmospheric Administration Korallenriff virtuelle Realität bietet eine spannende Möglichkeit, Korallenriffe mithilfe der virtuellen Realität zu erkunden.

In der Zukunft könnte die Photogrammetrie die Umweltüberwachung revolutionieren, indem sie schnellere, genauere Basisdaten und Bewertungen von Ökosystemveränderungen wie Korallenbleiche und Veränderungen der Artenvielfalt ermöglicht.

Fortschritte im maschinellen Lernen und im Cloud-Computing dürften die Photogrammetrie weiter automatisieren und verbessern, ihre Zugänglichkeit und Skalierbarkeit erhöhen und ihre Rolle als wesentliches Instrument in der Konservierungswissenschaft etablieren.

Sie haben nicht die Zeit, so viel über den Klimawandel zu lesen, wie Sie möchten? Erhalten Sie stattdessen eine wöchentliche Zusammenfassung in Ihrem Posteingang. Jeden Mittwoch schreibt der Umweltredakteur von The Conversation Imagine, eine kurze E-Mail, die etwas tiefer auf nur ein Klima eingeht Problem. Schließen Sie sich den über 35,000 Lesern an, die sich bisher angemeldet haben.

Auch auf Divernet: Was brauchen Korallen zum Überleben?, Die Korallenriffe der Welt sind größer als wir dachten ..., Abgelegenes Korallenriff im Pazifik zeigt eine gewisse Fähigkeit, mit der Erwärmung des Ozeans zurechtzukommen, Korallencrash: Können unsere Riffe gerettet werden?