Sztuczne Rafy i Zatopione Wraki: Budować Siedliska czy Przyciągać Ryby?

Rankiem 17 maja 2006 roku, 277-metrowy lotniskowiec USS Oriskany zatonął pod powierzchnię Zatoki Meksykańskiej siedem mil na południe od Pensacoli na Florydzie, w niespełna 37 minut. Osadził się na dnie morskim na głębokości 64 metrów, stając się największym statkiem, jaki kiedykolwiek celowo zatopiono jako sztuczną rafę w wodach amerykańskich. W ciągu kilku miesięcy badania morskie udokumentowały pojawienie się serioli, graników i szpadelkowatych w górnych partiach kadłuba. W ciągu trzech lat wrak był miejscem agregacji tarłowych gatunków o znaczeniu komercyjnym i przyciągał ponad 15 000 nurkowań rocznie.

Historia Oriskany to fascynujący symbol praktyki — zatapiania wraków w celu tworzenia siedlisk morskich — która jest jednocześnie bardziej złożona naukowo i bardziej zniuansowana ekologicznie, niż to zazwyczaj przedstawia literatura promocyjna. Rozmieszczanie sztucznych raf rozszerzyło się globalnie w ciągu ostatnich czterdziestu lat, obejmując zatopione statki, moduły betonowe, kamienie z kamieniołomów i instalacje rzeźbiarskie, od użytkowych po teatralne. Rozwikłanie, co te struktury faktycznie robią dla ekosystemów morskich — w przeciwieństwie do tego, co twierdzą ich zwolennicy — wymaga zajęcia się jedną z najbardziej trwałych kontrowersji w morskiej nauce rybołówczej: debata produkcja kontra atrakcja.

Pytanie: Produkcja czy Atrakcja?

Centralne pytanie naukowe dotyczące sztucznych raf jest zwodniczo proste: kiedy ryby gromadzą się wokół rozmieszczonej struktury, czy całkowita liczba ryb w ekosystemie wzrasta (produkcja), czy też te same ryby są po prostu redystrybuowane z naturalnych siedlisk do sztucznej struktury (atrakcja)? Odpowiedź ma ogromne znaczenie dla zarządzania. Jeśli sztuczne rafy przede wszystkim przyciągają i koncentrują ryby z otaczających raf naturalnych, ich rozmieszczenie może szkodzić rybołówstwu, ułatwiając znajdowanie i łowienie ryb — zjawisko czasem określane jako agregacja połowowa — jednocześnie nie przynosząc żadnych korzyści dla ekosystemu. Jeśli faktycznie wytwarzają nowe ryby, zapewniając siedliska do osiedlania się, zasoby żywnościowe i schronienie, których wcześniej brakowało w słupie wody nad miękkim osadem, stanowią uzasadnione narzędzie wzmacniające rybołówstwo.

James Bohnsack, biolog rybołówstwa z NOAA, w najbardziej wpływowy sposób sformułował tę dychotomię w swojej pracy, która stała się podstawą dla tej dziedziny. Bohnsack przeanalizował szybkie tempo kolonizacji, wysoką gęstość ryb i zwiększoną wydajność połowów na sztucznych rafach i argumentował, że te obserwacje były równie zgodne z atrakcją, jak i z produkcją. Zaproponował, że ograniczenie siedliskowe, a nie ograniczenie populacji, może być mechanizmem działającym: ryby mogą przenosić się na sztuczne rafy, ponieważ naturalne siedliska rafowe były już nasycone — co popierałoby hipotezę produkcyjną — ale ta sama obserwacja była zgodna z prostym preferowaniem nowej struktury, niezależnie od jakiegokolwiek efektu na poziomie populacji. Jego formalne podejście do stosowania rezerwatów morskich w zarządzaniu rybołówstwem rafowym ustaliło krytyczną zasadę zarządzania, która leży u podstaw wszystkich późniejszych dyskusji: wartość ochronna sztucznej rafy zależy całkowicie od tego, czy jej zagregowana populacja ryb jest chroniona przed połowami, czy też po prostu łatwiejsza do złowienia [1].

Narzędzia matematyczne do formalnego rozkładu efektów produkcji i atrakcji zostały opracowane przez Osenberga i współpracowników w artykule z 2002 roku w *ICES Journal of Marine Science*, który wprowadził ramy ilościowe do przypisywania zmian gęstości ryb na sztucznych rafach do każdego mechanizmu [2]. Łącząc parametry demograficzne — tempo wzrostu, śmiertelności i ruchu — z badaniami obfitości zarówno na sztucznych, jak i naturalnych rafach, ramy te mogły oszacować, jaka część zaobserwowanego wzrostu gęstości stanowiła rzeczywiste zwiększenie populacji. Zastosowane do danych z kilku dobrze zbadanych systemów rafowych, podejście to sugerowało, że oba mechanizmy działają jednocześnie, a równowaga między nimi znacznie się różni w zależności od projektu rafy, lokalizacji i kontekstu otaczającego siedliska [2].

Brickhill, Lee i Connolly rozwinęli to odkrycie w przeglądzie z 2005 roku w *Journal of Fish Biology*, który zsyntetyzował postępy metodologiczne z minionych lat [3]. Zidentyfikowali dwie kluczowe zmienne projektowe, które przesuwają równowagę w kierunku produkcji: rozmieszczanie sztucznych raf w obszarach z faktycznymi deficytami siedliskowymi (tj. nad równinami miękkiego osadu z dala od naturalnych raf) oraz projektowanie konstrukcji z wystarczającą złożonością wewnętrzną, aby wspierać bezkręgowce stanowiące pokarm, a także miejsca schronienia dla ryb. Struktury rozmieszczone bezpośrednio w pobliżu istniejących raf naturalnych w środowiskach już bogatych w siedliska najprawdopodobniej będą funkcjonować przede wszystkim jako atraktory; te rozmieszczone w środowiskach ubogich strukturalnie mają największy potencjał do prawdziwych zysków produkcyjnych [3].

Wykorzystanie Procesów Ekologicznych w Projektowaniu

Artykuł Margaret Miller z 2002 roku w *ICES Journal of Marine Science* na temat procesów ekologicznych w projektowaniu sztucznych raf zsyntetyzował mechanizmy biologiczne, które rządzą sukcesją społeczności na twardych podłożach, i wyciągnął praktyczne wnioski zarządcze [4]. Miller podkreśliła, że kolonizacja sztucznych raf podąża tymi samymi procesami sukcesyjnymi co rozwój raf naturalnych: pionierskie bezkręgowce — mszywioły, stułbiopławy, robaki osiadłe — tworzą złożoność mikrosiedliskową, która wspiera wtórne kolonizatory, w tym gąbki i korale miękkie, które z kolei przyciągają społeczności ryb, czyniąc rafy ekologicznie i ekonomicznie produktywnymi.

Czas potrzebny na tę sukcesję nie jest znikomy. Nowo rozmieszczone struktury zazwyczaj wspierają społeczności ryb w ciągu kilku tygodni, ale zasiedlające społeczności bezkręgowców, które stanowią podstawę troficzną rafy, potrzebują lat, a nawet dekad, aby osiągnąć złożoność raf naturalnych. Decyzje zarządcze — w szczególności, czy chronić sztuczne rafy przed połowami podczas tej fazy sukcesji — mają istotny wpływ na trajektorię rozwoju społeczności. Miller argumentowała, że sztuczne rafy powinny być postrzegane nie jako statyczne obiekty, ale jako siedliska, których zarządzanie musi ewoluować równolegle z ich rozwojem ekologicznym [4].

Rugoza strukturalna — trójwymiarowa złożoność powierzchni rafy — jest najsilniejszym predyktorem architektonicznym różnorodności i obfitości społeczności ryb. Struktury o wysokiej złożoności, z pustkami, nawisami i wąskimi przejściami, zapewniają schronienie przed drapieżnikami dla młodych ryb, tworząc de facto siedliska żłobkowe, które zwiększają rekrutację. To doprowadziło do rozwoju specjalnie zaprojektowanych modułów rafowych — sześciokątnych modułów betonowych, kul rafowych i zastrzeżonych, niestandardowych projektów — które maksymalizują powierzchnię i złożoność wewnętrzną w stosunku do kosztów budowy. Proste bloki betonowe lub stosy gruzu, choć funkcjonalnie lepsze od gołego osadu, ustępują specjalnie zaprojektowanym modułom pod praktycznie każdym względem biologicznym.

USS Oriskany: Praktyka Przygotowania Środowiskowego

Przygotowanie Oriskany przed zatopieniem było najbardziej wszechstronną remediacją środowiskową, jaką kiedykolwiek zastosowano wobec statku w wodach USA, i odzwierciedla Najlepsze Praktyki Zarządzania EPA USA dla Przygotowania Statków Przeznaczonych do Tworzenia Sztucznych Raf, sfinalizowane w 2006 roku. Przez cztery lata poprzedzające zatopienie, wykonawcy usunęli około 700 ton materiałów niebezpiecznych: polichlorowanych bifenyli (PCB) z kabli elektrycznych i kondensatorów, azbestu z izolacji i materiałów ognioodpornych, pozostałości ropy z zbiorników paliwa oraz metali ciężkich z systemów farb i maszyn.

Zanieczyszczenie PCB wymagało formalnej oceny ryzyka ekologicznego i zgody EPA zgodnie z ustawą o kontroli substancji toksycznych (Toxic Substances Control Act). Ocena wykazała, że pozostałości PCB w materiałach, których ekonomiczne usunięcie było niemożliwe, stwarzały akceptowalne ryzyko ekologiczne na planowanej głębokości i w miejscu, biorąc pod uwagę rozcieńczenie, zakopanie w osadzie i ograniczenia biodostępności PCB związanych w szczelnych matrycach stalowych. Zgoda była warunkowa i kontrowersyjna, a grupy ekologiczne argumentowały, że pozostałe zanieczyszczenia stanowią niedopuszczalne długoterminowe ryzyko dla bentosowych społeczności, które zasiedliłyby kadłub.

Dekadowe monitorowanie biologiczne Oriskany przyniosło wyniki, które w dużej mierze odpowiadają przewidywaniom dla dużej, złożonej struktury rozmieszczonej na stosunkowo ubogim w siedliska piaszczystym podłożu. Bogactwo gatunkowe ryb i biomasa w tym miejscu znacznie przewyższają referencyjne miejsca z miękkim osadem i są porównywalne z naturalnymi wapiennymi rafami o niskiej rzeźbie w regionie. Na miejscu udokumentowano agregacje tarłowe lucjanów czerwonych (*Lutjanus campechanus*) — ekologicznie znaczące, ponieważ miejsca agregacji lucjanów w Zatoce Meksykańskiej są ograniczającym siedliskiem dla komercyjnie ważnego i historycznie przeławianego gatunku. To, czy te agregujące osobniki stanowią ryby przyciągnięte z innych miejsc, czy też nowe rekruty wspierane przez zasoby pokarmowe miejsca, nie zostało formalnie rozstrzygnięte — co odzwierciedla szerszą niepewność dotyczącą produkcji i atrakcji, którą sformalizowali Osenberg i in. [2].

MUSA: Sztuczne Rafy jako Sztuka

Na drugim końcu spektrum projektów sztucznych raf leży Museo Subacuático de Arte (MUSA) u wybrzeży Cancún w Meksyku — podwodny ogród rzeźb składający się z około 500 figur ludzkich naturalnej wielkości, stworzonych przez brytyjskiego rzeźbiarza Jasona deCaires Taylora i zainstalowanych na głębokościach od czterech do ośmiu metrów w pobliżu Parku Narodowego Cancún. MUSA stanowi celowe połączenie ekoturystyki kulturowej i tworzenia raf: rzeźby zostały specjalnie zaprojektowane, aby wspierać kolonizację koralowców poprzez podłoże z betonu morskiego o wysokim pH.

Z założenia MUSA spełnia jednocześnie wiele funkcji. Jako instalacja artystyczna, odciąga nurków z fajką i butlą od sąsiedniego naturalnego systemu raf, zmniejszając antropogeniczny nacisk na społeczności koralowców w parku. Jako sztuczna rafa, od czasu pierwszych instalacji w 2009 roku, rozwinęły się w niej mierzalne społeczności ryb i inkrustacje koralowców. Jako narzędzie komunikacji w zakresie ochrony środowiska, wywołała znaczące międzynarodowe zainteresowanie medialne systemem raf Cancún i szeroko pojętą ochroną mórz.

Wyniki biologiczne są skromne w porównaniu z ambicjami: na głębokościach od czterech do ośmiu metrów, rzeźby znajdują się w strefie najbardziej narażonej na działanie fal turystycznych, zanieczyszczenia kremami przeciwsłonecznymi i eutrofizację spowodowaną spływem z lądu. Kolonizacja koralowców jest nieregularna, a różnorodność społeczności ryb pozostaje niższa niż w porównywalnych rafach naturalnych w tym miejscu. Jednak ograniczenie presji nurkowej na naturalną rafę parku — główny cel ochrony — wydaje się być częściowo osiągnięte, a operatorzy wycieczek zgłaszają, że miejsca MUSA odpowiadają za znaczną część wizyt nurkowych, które w przeciwnym razie koncentrowałyby się na naturalnym systemie raf.

Protokoły Przygotowania Środowiskowego: Co Wymaga Nauka

Lekcje z Oriskany, MUSA i kilku dekad badań nad sztucznymi rafami zostały skonsolidowane w coraz bardziej rygorystyczne protokoły przygotowania i lokalizacji. Kluczowe wytyczne US EPA, NOAA i International Artificial Reef Conference dotyczą czterech podstawowych obszarów.

Usuwanie materiałów niebezpiecznych jest bezwarunkowe dla statków. Ropa, PCB, azbest, tributylocynowe farby przeciwporostowe i amunicja muszą zostać usunięte lub zabezpieczone przed zatopieniem. W przypadku konstrukcji innych niż statki, brak wymywalnych zanieczyszczeń z materiałów budowlanych – w szczególności z materiałów z recyklingu, takich jak beton z popiołu lotnego i produkty spalania węgla – musi zostać zweryfikowany poprzez standardowe protokoły badań wymywania. Kilka wczesnych programów sztucznych raf wykorzystywało popiół węglowy jako materiał konstrukcyjny, zakładając, że zagęszczenie zapobiegnie wymywaniu; późniejsze badania wykazały podwyższone stężenia metali ciężkich w osadach nadosadowych i tkankach biologicznych, co doprowadziło do moratorium na materiały rafowe na bazie popiołu w wielu jurysdykcjach.

Lokalizacja musi równoważyć możliwości ekologiczne z bezpieczeństwem nawigacji, celami zarządzania rybołówstwem i stabilnością osadu. Konstrukcje rozmieszczone w obszarach silnych prądów dennych ryzykują zasypanie piaskiem; te w szlakach żeglugowych stwarzają zagrożenia nawigacyjne; te bezpośrednio przylegające do istniejących wysokiej jakości raf naturalnych mogą funkcjonować głównie jako atraktory, a nie producenci [3]. Analiza deficytu siedlisk — ocena, czy proponowany obszar miejsca brakuje twardego podłoża, które w przeciwnym razie ograniczałoby wielkość populacji ryb — jest coraz częściej wymagana jako część procesu uzyskiwania zezwoleń w dobrze zarządzanych jurysdykcjach.

Monitorowanie zostało wzmocnione po głośnych niepowodzeniach wczesnych programów, które rozmieszczały materiały bez późniejszej oceny wyników biologicznych. Standardowe protokoły monitorowania obejmują obecnie badania bazowe składu społeczności bentosowej przed rozmieszczeniem, a następnie coroczne badania ryb i bezkręgowców przy użyciu spójnej metodologii – zazwyczaj opartej na wideo lub SCUBA wizualnej inwentaryzacji – przez minimum pięć do dziesięciu lat po rozmieszczeniu.

Integracja zarządzania rybołówstwem jest być może najbardziej krytycznym i najczęściej zaniedbywanym elementem. Sztuczna rafa bez związanych z nią ograniczeń połowowych w obszarach intensywnych połowów, jak ustalił Bohnsack w swojej pracy, prawdopodobnie będzie funkcjonować jako urządzenie gromadzące ryby, które ułatwia sekwencyjne wyczerpywanie się przyciągniętej społeczności [1]. Jurysdykcje, które wyznaczają sztuczne rafy jako obszary zakazu połowów podczas początkowej fazy sukcesji — przechodząc do zarządzanego dostępu po ustabilizowaniu się rozwoju społeczności — konsekwentnie zgłaszają lepsze długoterminowe wyniki ekologiczne niż te z nieograniczonym dostępem od pierwszego dnia [4].

Bilans Zysków i Strat

Sztuczne rafy i zatapianie wraków zajmują naukowo uzasadnioną, ekologicznie warunkową i niezwykle popularną niszę w ochronie środowiska morskiego i rekreacji. W odpowiednich warunkach — miejsca rozmieszczenia ubogie w siedliska, gruntowne przygotowanie środowiskowe, specjalnie zaprojektowana złożoność strukturalna, ochrona dostępu podczas sukcesji i integracja z szerszym zarządzaniem rybołówstwem — ewidentnie zwiększają lokalną bioróżnorodność i obfitość ryb oraz świadczą prawdziwe usługi ekosystemowe. W niewłaściwych warunkach — bliskość istniejących raf naturalnych, niewystarczające usuwanie materiałów niebezpiecznych, nieograniczony dostęp do łowienia od momentu rozmieszczenia — mogą one koncentrować ryby dla łatwiejszych zbiorów, uwalniać zanieczyszczenia do wrażliwych społeczności bentosowych i stwarzać fałszywe poczucie, że inżynieria może zastąpić ochronę siedlisk.

Pytanie produkcja kontra atrakcja, po raz pierwszy matematycznie udoskonalone przez Osenberga i in. [2] oraz zsyntetyzowane przez Brickhilla i in. [3], nie zostało ostatecznie rozwiązane na poziomie populacji — i może nigdy nie zostanie, biorąc pod uwagę trudności logistyczne śledzenia indywidualnych ruchów ryb w zaangażowanych skalach krajobrazowych. To, co zgromadzona nauka firmly ustala, to fakt, że oba mechanizmy działają, równowaga między nimi jest określana przez decyzje projektowe i zarządcze podjęte przed i po rozmieszczeniu, a wartość ochronna każdej sztucznej rafy jest zatem określana nie przez biologię kolonizacji, ale przez otaczające ją decyzje zarządcze.

Nurek wynurzający się z wraku pokrytego koralowcami gorgoniowymi, ławicami ryb i osiadłymi gąbkami jest świadkiem prawdziwego zjawiska ekologicznego — twarda struktura w pozbawionym cech dnie morskim ewidentnie przekształca społeczność biologiczną powyżej. To, czemu nauka każe nam się sprzeciwiać, to automatyczne wnioskowanie, że ta transformacja stanowi zysk dla ochrony. Czy tak się dzieje, zależy od decyzji podjętych w biurach planowania i radach zarządzania rybołówstwem — a nie od spektakularnej biologii samej kolonizacji.