Spatial Configuration and Multi-trophic Colonization in Modular Artificial Reefs: A Design-Research Field Study for Reef Restoration in the Gulf of Thailand

إن قاع المحيط ليس صحراء مسطحة وفارغة؛ بل هو مشهد طبيعي من الغرف المخفية، والأنفاق الضيقة، والساحات المفتوحة، حيث يوفر كل منها نوعاً مختلفاً من الأمان والفرص للكائنات التي تعيش هناك. لعدة عقود، عرف العلماء أن الشكل الفيزيائي للشعاب المرجانية هو العامل الأكثر أهمية في تحديد عدد الأسماك والحيوانات الأخرى التي يمكنها دعمها. فالشعاب التي تحتوي على شقوق عميقة وزوايا معقدة توفر ملاذاً للكائنات الصغيرة المختبئة من المفترسات، بينما تسمح المساحات المفتوحة للأسماك الكبيرة بالسباحة بحرية والصيد. وعندما تتضرر الشعاب الطبيعية بسبب العواصف أو التلوث أو ارتفاع حرارة المياه، تحاول المجتمعات إصلاح المشكلة عبر إنزال هياكل اصطناعية في البحر. هذه الشعاب الاصطناعية، المصنوعة عادة من الخرسانة أو مواد معاد تدويرها، تهدف إلى محاكاة تعقيد الطبيعة وتحفيز تعافي الحياة البحرية. ومع ذلك، فإن التصاميم لهذه الهياكل غالباً ما استندت إلى الحدس أو الهندسة البسيطة، مثل تكديس المكعبات أو إسقاط القباب، دون فهم واضح لكيفية جذب أشكال معينة لأنواع محددة من الحيوانات. ويبقى السؤال: هل ترتيب الثقوب والجدربة والمساحات المفتوحة يهم أكثر من الحجم الإجمالي للهيكل؟

في خليج تايلاند، شرع فريق من الباحثين في الإجابة على هذا السؤال من خلال التعامل مع العالم تحت الماء كتحدٍ تصميمي. لقد بنوا أربعة أنواع مختلفة من الشعاب الاصطناعية الصغيرة والنمطية، لكل منها تخطيط داخلي فريد، ووضعوها في قاع البحر قبالة سواحل "كوه كاي". وبدلاً من التخمين حول أي شكل سيكون الأفضل، طبقوا منهجية تسمى "بحث التصميم"، والتي تتضمن ترجمة الاحتياجات البيولوجية للكائنات البحرية إلى قواعد معمارية دقيقة. وقد ركزوا على ثلاث سمات رئيسية: مدى انغلاق المساحة، وحجم الفتحات، واتجاه تلك الفتحات. كان الهدف هو معرفة ما إذا كان بإمكانهم هندسة هيكل يدعو خصيصاً لأنواع مختلفة من الحياة، من السرطانات الصغيرة التي تختبئ في الشقوق الضيقة إلى أسراب الأسماك التي تسبح في المياه المفتوحة.

قام الباحثون ببناء أربعة نماذج أولية متميزة باستخدام خرسانة منخفضة الكربون وتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. التصميم الأول، المسمى "المحاكاة الصخرية العشوائية"، بدا مثل كومة من الصخور المتناثرة ذات فجوات غير منتظمة وأحجام متفاوتة، بهدف خلق متاهة من أماكن الاختباء. أما التصميم الثاني، "الملاجئ المتدرجة المترابطة"، فقد بُني مثل طبقات خرسانية ذات منصات متدرجة وأنفاق أفقية واسعة، لتوفير المأوى لمخلوقات من أحجام مختلفة. أما التصميم الثالث، "التجاويف الرأسية"، فقد تميز بأنابيب تشبه المداخن تمتد من الأعلى إلى الأسفل، صُممت لتوجيه تدفق المياه والأكسجين عبر الهيكل. والتصميم الرابع، "تجويف الطبقات الأفقية"، يتكون من كتل مثلثية متداخلة تخلق ممرات عرضية واسعة تمر عبر الوحدة. تم إنزال كل من هذه الهياكل الأربعة إلى عمق يتراوح بين 6 إلى 8 أمتار وتركها لتستوطنها الحياة البحرية. وعلى مدار ثلاثة أشهر، عاد الباحثون إلى الموقع كل 30 يوماً لالتقاط صور فوتوغرافية ومقاطع فيديو تحت الماء، مع عد الأسماك واللافقاريات بدقة في مناطق مختلفة من كل هيكل.

كشفت النتائج عن نمط واضح ومثير للدهشة: لا يوجد تصميم واحد مثالي لجميع أنواع الحيوانات. وجدت الدراسة أن درجة الانغلاق — أي كمية المساحة المفتوحة مقابل كمية المأوى المخفي — عملت بمثابة مفتاح يحابي مجموعة من الحيوانات على حساب أخرى. فالهياكل ذات الأسطح الأكثر انفتاحاً وانكشافاً، وخاصة تلك التي تحتوي على ممرات أفقية، جذبت أكبر عدد من الأسماك. هذه الأسماك، ومعظمها من الأنواع المهاجرة والزوار المؤقتين، فضلت المياه المفتوحة حيث يمكنها رؤية محيطها والسباحة بحرية. وفي المق المقابل، امتلأت الهياكل ذات المساحات الأكثر انغلاقاً وتعقيداً، مثل كومة الصخور والطبقات المتراكمة، بسرعة باللافقاريات مثل السرطانات والروبيان والحلزونات. هذه الكائنات، التي غالباً ما تختبئ لتجنب أن تُؤكل، ازدهرت في الشقوق الضيقة والمظلمة حيث تشعر بالأمان.

ومن المثير للاهتمام أن الباحثين لاحظوا أن الأسماك والكائنات المختبئة لم يفضلا أماكن مختلفة فحسب، بل تجنبا بيئات بعضهما البعض بشكل نشط. فكلما زاد انغلاق المساحة، قل عدد الأسماك الموجودة فيها، ولكن زاد استقرار اللافقاريات فيها. وعلى العكس من ذلك، كانت المناطق الأكثر انفتاحاً تعج بالأسماك ولكنها تفتقر بشدة إلى الكائنات المختبئة. يشير هذا إلى أن شعاباً اصطناعية واحدة لا يمكنها تعظيم جذب الأسماك وحماية الحياة الصغيرة المختبية في آن واحد. كما أظهرت الدراسة أن الوقت لعب دوراً حاسماً؛ ففي بداية التجربة، كانت معظم الأسماك مجرد عابرة، ولكن مع تقدم عمر الهياكل، بدأت المزيد منها في البقاء والعيش هناك، خاصة في المناطق المحمية. أما الكائنات الدقيقة، فقد انتقلت بسرعة أكبر بكثير، حيث استولت غالباً على أضيق المساحات خلال الشهر الأول.

تتحدى هذه النتائج الممارسة الشائعة المتمثلة في بناء شعاب اصطناعية ضخمة ومتجانسة. فبدلاً من إنزال هيكل واحد عملاق يحاول القيام بكل شيء، يقترح الباحثون أن مشاريع الترميم يجب أن تنشر مزيجاً من التصاميم المختلفة. ومن خلال وضع هيكل مصمم لجذب الأسماك بجانب آخر مصمم لإيواء اللافقاريات، يمكن للمجتمعات إنشاء حي تحت مائي أكثر تنوعاً ومرونة. كما سلطت الدراسة الضوء على أن المساحة بين الهياكل تهم بقدر أهمية الهياكل نفسها؛ إذ أصبحت المياه المفتوحة المحيطة بالشعاب نقطة تجمع للأسماك، مما يوضح أن الترتيب الكامل للشعاب، وليس فقط الكتل الفردية، هو ما يشكل النظام البيئي.

ورغم أن الدراسة كانت محدودة بحقيقة أنه تم اختبار تصميم واحد فقط من كل نوع، إلا أن الأنماط كانت قوية بما يكفي لاقتراح طريقة جديدة للتفكير في ترميم الشعاب. تشير الأبحاث إلى أن نجاح الشعاب الاصطناعية يعتمد على الهندسة المحددة لثقوبها وأنفاقها أكثر من اعتماده على وزنها الإجمالي أو حجمها. ومن خلال التصميم الدقيق للمخطط الداخلي ليتناسب مع احتياجات الأنواع المختلفة، يمكن للعلماء والمهندسين إنشاء بيئات تحت مائية تدعم نطاقاً أوسع من الحياة. ينتقل هذا النهج من مجرد وضع الخرسانة في المحيط إلى طريقة معمارية أكثر تفكيراً في إعادة بناء البحر، حيث يتم وضع كل شق وفتحة بغرض محدد. ويعمل هذا العمل كإثبات للمفهوم، مبيناً أنه مع التصميم الصحيح، يمكننا هندسة موائل تستدعي الحياة للعودة إلى قاع المحيط.