Wie 3D-Druck Korallenriffe retten kann

Technik ist vielleicht nicht das Erste, was einem in den Sinn kommt, wenn es um die Rettung des Planeten geht. Doch in den letzten Jahrzehnten haben sich Naturschützer mit Innovatoren und Technikgurus zusammengetan, um nachhaltige Lösungen für Umweltprobleme zu finden, wie zum Beispiel die Rettung von Korallenriffen mit 3D-Druck.

Tech-getriebene Naturschutzinitiativen helfen dabei, so unterschiedliche Probleme wie Plastikverschmutzung, Wilderei und Energieknappheit zu lösen. Einige der aufregendsten Entwicklungen konzentrieren sich auf die Wiederherstellung von Korallenriffen, die für die Gesundheit unserer Ozeane so wichtig sind.

Warum müssen wir Korallenriffe schützen?

Korallen sind essentiell für das Leben im Meer. Sie bestehen aus Millionen von winzigen Lebewesen, die Polypen genannt werden, und bedecken nur 1% des Meeresbodens. Dennoch beherbergen sie etwa 25 % aller Meerestiere - das sind etwa zwei Millionen. Diese lebenden Riffe bieten auch einen Puffer gegen starke Gezeiten und Wellen.

Ihr Schutz verhindert die Küstenerosion und die Beschädigung von Grundstücken am Meer. Allerdings werden die Korallen derzeit durch eine ganze Reihe von Faktoren geschädigt. Dazu gehören Massentourismus, Bevölkerungswachstum, Umweltverschmutzung und vor allem die globale Erwärmung.

Was ist die Korallenbleiche?

Wenn die Meerestemperaturen steigen, geraten die Korallen unter Stress und stoßen die Mikroalgen - Zooxanthellen - aus, die das Gewebe um ihr Skelett herum bewohnen. Diese winzigen Algen geben den Korallen ihre leuchtenden Farben. Außerdem wandeln sie Abfallstoffe in Nährstoffe um, die die Korallen ernähren.

Wenn sie die Zooxanthellen abstoßen, legen die Korallen ihre zerbrechlichen Kalkstrukturen frei, wodurch sie anfällig für Schäden und Krankheiten werden. Dieser Prozess wird als Korallenbleiche bezeichnet.

Vorkommen von Korallenbleichen

Dieses Phänomen war bis 1964 unbekannt, als der Salzgehalt des Ozeans nach dem Hurrikan Flora auf Jamaika plötzlich und dramatisch abfiel. Zwischen 1982 und 1983 löste das El-Nino-Ereignis die erste globale Massenkorallenbleiche aus, die jemals aufgezeichnet wurde. Diese globale Erwärmungskrise zerstörte 99% der Korallen und alle Korallenriffe im Galapagos-Archipel.

Als die verheerendste Korallenriffkrise der Geschichte betrachten Wissenschaftler jedoch die Bleiche des australischen Great Barrier Reef in den Jahren 2016 und 2017. Das Great Barrier Reef ist das größte Korallenriff der Welt und erstreckt sich über rund 1.200 Kilometer entlang der Ostküste des Kontinents. In diesen beiden Jahren starben etwa 50 % dieser Korallen.

Eine Studie, die 2021 in der Zeitschrift One Earth veröffentlicht wurde, ergab, dass die Welt seit den 1950er Jahren die Hälfte ihrer Korallen verloren hat.

3D-Projekte zur Restaurierung der Korallenriffe

Künstliche Korallenriffe sind kein neues Konzept. Die Menschen haben sie schon vor vielen Jahren geschaffen, indem sie Betonblöcke oder ausrangierte Schiffe auf dem Meeresboden deponiert haben. Der 3D-Druck bringt diese Idee jedoch auf die nächste Stufe, indem er künstliche Riffe schafft, die echten Steinkorallen besser ähneln. Und diese Projekte werden an so unterschiedlichen Orten wie Australien, dem Arabischen Golf und Hawaii verwirklicht.

Der 3D-Druck macht es möglich, organisch geformte Korallenattrappen mit Rundungen, Spalten, Löchern und Rillen herzustellen. Diese Ecken und Rillen bieten Schutz vor Fressfeinden und sind daher attraktiver für Arten, die in Korallenriffen leben. Außerdem sind viele dieser künstlichen Riffe widerstandsfähiger gegen den Klimawandel und andere Umweltbedrohungen.

Doch Innovatoren setzen die Möglichkeiten des 3D-Drucks noch weiter ein, um Korallenriffe wiederherzustellen. Die folgenden Organisationen haben geniale Methoden entwickelt, um das Potenzial der Technologie bei der Wiederherstellung von Riffen voll auszuschöpfen.

Reef Design Lab

Im Jahr 2013 entwickelte der junge australische Industriedesign-Student Alex Goad eine neuartige Lösung für Korallenschäden. Seine Modular Artificial Reef Structures (MARS) sind 3D-gedruckte Strukturen, die natürliche Korallen in Größe, Form und Gestalt imitieren. Außerdem können sie in einem Lego-ähnlichen Format gebaut werden, indem mit der Zeit Teile zur ursprünglichen Struktur hinzugefügt werden.

So können kleine Schiffe je nach Kapazität einzelne Riffelemente zu den Einsatzorten transportieren. Sobald diese Boote an den jeweiligen Einsatzorten angekommen sind, füllen die Teammitglieder die 3D-Bauteile mit einer Mischung aus Stahl und Zement. MARS-Taucher bringen diese künstlichen Riff-Facetten dann unter Wasser, um sie zu installieren. Dieser Stück-für-Stück-Prozess macht den Einsatz von schweren Maschinen oder großen Booten für den Transport des MARS-Systems überflüssig.

Seit er dieses innovative Schutzkonzept entwickelt hat, hat Goad sein eigenes Unternehmen, Reef Design Lab, gegründet. Das Unternehmen konzentriert sich ganz auf die Wiederherstellung von Riffen und den Schutz der Meere. Neben MARS arbeitet Goads Team derzeit an weiteren 3D-Druck-Projekten, um dieses Ziel zu erreichen.

Dazu gehört das Living Sea Walls Project, ein 3D-gedruckter Küstenschutz, der echte Felsküsten nachahmt, komplett mit kleinen Tümpeln und Mangrovenwurzeln. Diese Barrieren wurden im Hafen von Sydney installiert und ziehen weitaus mehr Meerestiere an als flache Wände. Seitdem hat Goads Firma mit anderen Unternehmen zusammengearbeitet, um Living Seas Walls an den Küsten von Gibraltar, Wales und Singapur zu installieren. Das Projekt war einer der Finalisten, die für den Earthshot Prize 2021 in der Kategorie Revive Our Oceans nominiert waren.

Reef Arabia

In ähnlicher Weise hilft Reef Arabia dabei, die Schäden an den Korallenriffen vor der bahrainischen Küste durch 3D-Druck auszugleichen. Die Bemühungen des Projekts sind dringend notwendig. Nach Angaben des World Resources Institute ist der Korallenbestand in der Region von rund 50 % in den 1980er Jahren auf heute weniger als 1 % gesunken. Das Team von Reef Arabia besteht aus lokalen Experten und Forschern von Sustainable Oceans International (SOI) aus Australien.

Das 2012 gegründete Unternehmen entwirft und betreibt eine Vielzahl von künstlichen Riffen. Dazu gehören das Flaggschiff "Reef Ball", die Majfara Reef Replacement Unit und die Seamount-Modelle. Außerdem entwirft das Unternehmen Sonderanfertigungen, darunter auch Anlagen, die die traditionelle arabische Architektur widerspiegeln. Alle Anlagen von Reef Arabia bieten geeignete Lebensräume für Korallen, Fische und andere Meeresbewohner. Neben den maßgeschneiderten Produkten ahmen die Kreationen des Unternehmens auch natürliche Felsformationen, Korallen und/oder Küstenhöhlen nach.

Das Unternehmen begann damit, seine Reef Balls aus hochwertigem, beständigem Meeresbeton zu fertigen, der frei von giftigen Zusätzen ist. Außerdem wurde das Material mehreren Prozessen unterzogen, um seinen PH-Wert zu neutralisieren und sicherzustellen, dass es die Meeresumwelt nicht verändert. Seit seiner Gründung hat Reef Arabia mehr als 750.000 Reefs Balls produziert und weltweit eingesetzt. Diese Strukturen haben sich in über 70 Ländern als erfolgreich erwiesen. Die Einheiten wiegen zwischen 20 Kilogramm und etwa neun Tonnen.

Seitdem ist Reef Arabia dazu übergegangen, komplexere 3D-Riffmodelle aus Sandstein herzustellen. Dieses poröse Gestein ist der biochemischen Zusammensetzung von Korallen sehr ähnlich, erklärt David Lennon, ein Mitglied des Reef Arabia-Teams und SOI-Direktor. Reef Arabia hat seine Produkte bereits mit großem Erfolg im gesamten Arabischen Golf und darüber hinaus eingesetzt.

3D Mapping

Wissenschaftler haben jedoch nicht beim 3D-Druck aufgehört, um Korallenriffe zu schützen. Ein Team von Forschern aus mehreren weltweit führenden Institutionen hat ein 3D-Mapping-System zur Überwachung von Korallenkolonien entwickelt und eingesetzt. Die Mapping-Technologie wurde entwickelt, um verschiedene ökologische Veränderungen in Korallenriffen zu erkennen. Insbesondere ermittelt das System Muster von Bakterien und Viren, die die Korallen bewohnen und beeinflussen. Die Ergebnisse der Studie sind in der April-Ausgabe 2021 von Frontiers in Marine Science erschienen.

Konkret entdeckten die Forscher, dass Bakterien und Viren in Korallen durch das Zusammenspiel von Algen und konkurrierenden Korallen beeinflusst werden. Durch die Vermessung der Korallen mittels 3D-Kartierung können Wissenschaftler subtile biologische und Gesundheitsveränderungen in den Riffen fast sofort erkennen. Diese Warnsignale ermöglichen es ihnen außerdem, so früh wie möglich einzugreifen.

Diese 3D-Innovationen verdeutlichen die wertvolle Rolle, die die Technologie im Naturschutz spielen kann. Die Wiederherstellung von Korallenriffen ist nur eines der vielen Projekte, bei denen Technologie zum Schutz unseres Planeten eingesetzt wird. Sie wird zunehmend als Instrument für den Meeres-, Land- und Artenschutz auf der ganzen Welt eingesetzt.