In een kleine vissersboot vertrokken twee duikers naar de Andaman-eilanden in India, wegtrekkend van een ongerept strand en een kust omzoomd door mangroven.
De zee is elke tint blauw, maar alles is niet goed onder de oppervlakte van deze pittoreske archipel. In de afgelopen twee decennia hebben de koraalriffen verschillende bleekgebeurtenissen, een tsunami en stress door menselijke activiteit geleden.
Anjili Sarah en Sangamesh Uday, de twee duikers, duiken onder de golven door, naar een deel van het levendige koraalrif dat in 2019-2020 meer dan een half miljoen toeristen naar de eilanden trok. Steur, papegaaivissen en pijlstaartroggen zwemmen om hen heen terwijl ze methodisch elke centimeter van het rif onderzoeken op algen- of sponsgroei, nieuw zeeleven en nieuwe schade.
Negentig minuten later keren ze terug naar de boot, vergelijken notities en duiken al snel weer. Ze doen dit twee keer, soms drie keer per week, en beoordelen veranderingen in koraal en mariene diversiteit. Het is veel werk voor een enkel rif.
Maar dit is geen gewoon rif en Sarah en Uday zijn geen gewone duikers.
Ze werken voor ReefWatch Marine Conservation, een organisatie die negen kunstmatige riffen heeft ontwikkeld in de buurt van de natuurlijke koraalformaties van de archipel.
De riffen van ReefWatch zijn letterlijk supercharged.
Dobberend op het wateroppervlak levert een boei met een zonnepaneel, verbonden met het metalen frame van het kunstmatige rif, een continue elektrische stroom. Net als de creatie van een gekke wetenschapper die tot leven wordt gewekt door een bliksemschicht, versnelt deze laagspanningslading het natuurlijke vormingsproces van het koraal.
In de natuur groeit koraal met een kruipende halve centimeter per jaar door de aanwas van mineralen opgelost in zeewater, die een dikke laag substraat vormen.
Maar op elektrisch geladen riffen neemt de elektrische stroom een deel van het zware werk op zich dat nodig is om essentieel calciumcarbonaat op het rif af te zetten.
“Hierdoor kan koraal zeven tot twaalf keer sneller groeien dan in de natuur”, legt Nayantara Jain, directeur van ReefWatch, uit. ReefWatch-duikers verzamelen natuurlijk gebroken fragmenten van koraal en ritsen ze vast op hun kunstmatige riffen. Ze creëren ook handmatig diverse onderzeese habitats met behulp van rotsen, schelpen en waterplanten.
“We zien een onmiddellijke opleving van het zeeleven wanneer het kunstmatige rif wordt opgezet,” zegt ze. “Op termijn zal het hopelijk het natuurlijke rif samensmelten en verschansen.”
De wetenschap van zonne-geladen riffen
In de jaren 1970, tijdens het bestuderen van hoe schelpen en riffen groeien, ontdekte Wolf Hilbertz van de University of Texas School of Architecture dat wanneer een kleine elektrische stroom wordt doorgegeven tussen twee metalen elektroden die in zeewater zijn geplaatst, opgeloste mineralen worden afgezet in een laag kalksteen, vergelijkbaar met het substraat dat koralen nodig hebben om te gedijen.
Latere experimenten ontdekten dat de coating met een snelheid van vijf centimeter per jaar kon verdikken – tot tien keer sneller dan koraal van nature groeit – zolang er een stroom doorheen stroomde.
Samen met mariene wetenschapper Thomas J. Goreau paste Hilbertz het proces aan om kunstmatige koraalriffen te creëren. Ze noemden het resulterende substraat Biorock, bouwden de eerste experimentele kunstmatige riffen en patenteerden de technologie.
Hilbertz stierf in 2007 en het patent van Biorock verliep in 2008, waardoor de deur werd geopend voor wetenschappers overal ter wereld om het proces te gebruiken.
Goreau ging verder met het leiden van de Global Coral Alliance, die meer dan 700 Biorock-rifprojecten in meer dan 45 landen heeft ontwikkeld.
De voordelen van Biorock-structuren zijn talrijk gebleken, waardoor niet alleen hard koraal, maar ook andere vormen van zeeleven zoals manteldieren, tweekleppigen, sponzen en zachte koralen zich sneller ontwikkelen.
Maar het versnellen van de koraalgroei is niet het enige voordeel van een klein shot elektrische stroom. De buzz zorgt voor een continue afzetting van calciumcarbonaat, waardoor deze riffen zichzelf herstellen. Ze zijn ook beter bestand tegen tsunami’s, cyclonen en stormen.
Studies (hoewel meestal uitgevoerd door Goreau en zijn team bij Global Coral Reef Alliance) tonen aan dat Biorock-riffen snel aan de zeebodem worden vastgebonden met de aanwas van calciumcarbonaat en bijgevolg stormen effectief kunnen doorstaan.
Deze laboratoriumresultaten zijn bewezen door gebeurtenissen in de echte wereld. Na orkanen Hanna en Ike in september 2008 bleken Biorock koraalriffen in Grand Turk weinig structurele schade te hebben opgelopen en het meeste koraal op hen overleefde.
Bovendien blijkt uit onderzoek dat nadat Biorock-riffen werden geplaatst rond ernstig geërodeerde stranden op laaggelegen eilanden in Indonesië, de stranden in een paar maanden regenereerden.
Misschien nog belangrijker, in een tijd waarin stijgende oceaantemperaturen en zuurgraad koraalriffen wereldwijd bedreigen, helpt de elektrische lading in Biorock-riffen hen veerkrachtiger te maken tegen bleekgebeurtenissen, algenziekten en de verhoogde sedimentatie, waardoor het zonlicht dat ze ontvangen wordt verminderd.
Biorockriffen in Indonesië overleefden bleekgebeurtenissen in 2016 en 2020, terwijl koraal op nabijgelegen natuurlijke riffen dat niet deed.
De mensen van ReefWatch, die Biorock-technologie begonnen te gebruiken nadat het patent op was, merken op dezelfde manier op dat met de minerale accretie van het rif verzorgd door de elektrische stroom, koralen die erop groeien in staat zijn om al hun eigen energiereserves te gebruiken om te overleven.
“We hebben ontdekt dat de elektrische stroom het koraal verlaat met een energiebudget dat het helpt warmere temperaturen en koraalziekten te overleven,” zegt Jain.
Riffen creëren waar voorheen geen bestond
Meer dan 2.200 mijl verwijderd van waar Sarah en Uday hun onderzoek uitvoeren, in de Golf van Kutch voor de kust van Gujarat, betreuren duikers het slechte zicht op het water. In tegenstelling tot de heldere zeeën rond de Andaman-eilanden, is de golf een behoorlijk moeilijke plek voor het zeeleven.
Het heeft een breed temperatuurbereik, stromingen, organische verontreinigende stoffen en een hoog zoutgehalte, wat betekent dat de 40-tal soorten hard koraal en 10 soorten zacht koraal hier tegen alle verwachtingen in overleven.
In deze grotendeels kale zeebodem valt een kunstmatig rif met helder, groot koraal en vleermuisvissen die in en uit het frame fladderen van een afstand op.
Opgericht in 2020 door de Zoological Survey of India (ZSI), met steun van het Gujarat-bosdepartement en de Global Coral Reef Alliance, is dit project ambitieuzer in zijn omvang dan dat van ReefWatch.
“We wilden niet alleen de aangetaste riffen van de golf herstellen, maar ook het hertshoornkoraal terugbrengen, dat hier 10.000 jaar geleden lokaal was uitgestorven,” zegt Chowdula Satyanarayana, een wetenschapper bij de Survey die het project leidt.
Eerdere pogingen om de golf opnieuw te bevolken met hertshoornkoraal waren mislukt. Satyanarayana, die in Indonesië had getraind met de Global Coral Reef Alliance, besloot tot een tweeledige koers – Biorock-technologie en een slimmere transplantatietechniek.
“Eerdere pogingen om hertshoornkoraal terug te brengen, hadden exemplaren van Lakshadweep-eilanden gebruikt, die ongerept zijn in vergelijking met de golf. Misschien toen ze hier in de troebele wateren werden getransplanteerd, konden ze de schok niet weerstaan,” zegt hij.
In plaats daarvan transplanteerde ZSI exemplaren van meer dan 2.000 kilometer verderop in de Golf van Mannar, die tussen de zuidoostelijke punt van India en de westkust van Sri Lanka ligt. Dit is in delen nog meer gedegradeerd dan de wateren van Kutch.
De aanpak werkte. Twee jaar later zegt Satyanarayana dat 65 tot 68 procent van het koraal de langeafstandstransplantatie heeft overleefd. Bovendien groeien de getransplanteerde koralen acht tot tien keer sneller – en beter – op het Biorock-rif.
De kunstmatige riffen hebben ook de waterstromingen doorstaan en zijn “bijna gecementeerd aan de zeebodem” geworden, zegt hij, eraan toevoegend dat de koralen die op dit rif groeien veerkrachtiger lijken tegen de effecten van sedimentatie en lagere blootstelling aan de zon, vergeleken met die op het natuurlijke rif.
Het ReefWatch-model verschilt van het Biorock-proces doordat het geen continue stroom levert aan het rif – Jain en haar collega’s verwijderen de drijvende zonnepanelen tijdens de moesson om te voorkomen dat ze worden beschadigd en bevestigen ze opnieuw in september, terwijl de zonnepanelen op de Biorock-riffen in Kutch het hele jaar door werken.
Dit heeft hen in staat gesteld om te observeren hoe het rif behaves wanneer er geen stroom doorheen loopt.
“We hebben waargenomen dat koralen langzamer groeien zonder de stroom,” zegt Sarah. “Algengroei neemt ook toe, en vorig jaar, toen we na de moesson terugkeerden naar het rif, merkten we een opleving op in koraalroofdieren zoals papegaaivissen.” Zodra de riffen weer verbonden zijn met het zonnepaneel, worden de omstandigheden snel weer gunstiger voor koraalgroei.
Dit is de reden waarom critici van dergelijke intensieve koraalregeneratieprojecten vragen of ze de kosten en uitgebreide monitoring en onderhoud waard zijn die ze nodig hebben. Satyanarayana schat dat de riffen van de Zoological Survey in de Golf van Kutch ongeveer $ 31.400 USD per stuk kosten om te bouwen.
“In vergelijking met de uitkomst, het feit dat we erin geslaagd zijn om koraalriffen in een vervuild gebied te regenereren en een opslagplaats van zeldzame koralen hebben gecreëerd voor de kust van India, zijn de kosten het waard,” betoogt hij.
Terwijl ReefWatch’s Jain stelt dat hun kosten (ongeveer $ 19.000 USD om negen riffen te bouwen) veel lager zijn geweest, moet de slanke outfit van duikers hun negen kunstmatige riffen minstens vijf jaar volgen.
Ze werken momenteel aan de ontwikkeling van een veerkrachtiger zonne-apparaat waarmee ze meer continue stroom naar hun riffen kunnen leveren.
Op World Oceans Day in juni 2020 lanceerden ze Adopt a Reef, een programma dat individuele sponsoring van riffen uitnodigde voor $ 470 USD per jaar. Binnen zes weken waren alle bestaande riffen volledig gefinancierd.
Maar gezondere riffen kosten niet alleen geld – ze genereren het ook. Reefwatch’s Jain zegt dat de toeristische afdeling van de Andaman- en Nicobar-eilanden geïnteresseerd is in het ontwikkelen van kunstmatige riffen om meer toeristen naar de eilanden te trekken.
Satyanarayana is ambitieuzer en suggereert dat kustgebieden eigenlijk riffen kunnen creëren waar er voorheen geen bestonden, waardoor niet alleen meer habitats voor vissen, maar ook meer duikplekken voor toeristen worden geboden.
“Het mooie van deze technologie is dat je overal langs de kust Biorock-riffen kunt hebben, zelfs in gebieden zonder natuurlijke koraalriffen,” zegt hij, eraan toevoegend dat ze door een duikbedrijf zijn benaderd om een duikstek te ontwikkelen met een nieuwe koraalrifstructuur voor de kust van Chennai.
“Het ontwikkelen van nieuwe riffen zou niet alleen koralen ten goede komen, maar ook andere mariene organismen … en het zou ook inkomsten uit het toerisme opleveren.”
Dergelijke riffen zouden ook de kust en het vasteland beschermen tegen stormvloeden, tsunami’s en stranderosie.
De grote vraag is of koraaltransplantatie daadwerkelijk een volledig functioneel rifsysteem kan herstellen. Het beantwoorden hiervan legt de grootste uitdagingen bloot voor het herstel van koraalriffen vandaag.
Het klimaat verandert en extreme koraalrifverblekingsgebeurtenissen gebeuren vaker.
De planeet heeft mogelijk al de boventemperatuurlimiet overschreden voor ecosystemen van koraalriffen om te gedijen. Dit is waar elektrisch geladen kunstmatige riffen – en de hittebestendigheid waarvan is aangetoond dat ze zich ontwikkelen in de koralen die erop groeien – een haalbare oplossing bieden.
Maar zonder meer financiering en een wereldwijde gezamenlijke inspanning lopen ze het risico geïsoleerde proofs of concept te blijven, geen wijdverspreide oplossingen.
Ondertussen, in de turbulente wateren van Kutch, ritsen de duikers van ZSI zorgvuldig vers gebroken koraalfragmenten naar het rif. Verderop, in een onderwaterkwekerij, worden nieuwe transplantaties van hertshoornkoraal en vele andere koraalsoorten gekoesterd.
Satyanarayana zegt dat Biorock-riffen en dergelijke koraalkwekerijen de uiteindelijke overleving van verschillende koraalsoorten in de snel opwarmende oceanen van de wereld kunnen garanderen.
“Op een dag zouden ze dit rif kunnen bevolken, net zoals ze 10.000 jaar geleden deden,” zegt hij. “Dat is in ieder geval de hoop.”
