Изображения профиля отложений
 | Эта статья , возможно, содержит оригинальные исследования . ( сентябрь 2012 г. ) |
Снимки профиля отложений (SPI) — это подводный метод фотографирования границы раздела между морским дном и вышележащей водой. Этот метод используется для измерения или оценки биологических, химических и физических процессов, происходящих в первых нескольких сантиметрах отложений , поровой воде и важном придонном пограничном слое воды. Покадровая визуализация (tSPI) используется для изучения биологической активности в течение естественных циклов, таких как приливы и дневной свет, или антропогенных переменных, таких как кормовая нагрузка в аквакультуре . Системы SPI стоят от десятков до сотен тысяч долларов и весят от 20 до 400 килограммов. Традиционные установки SPI могут эффективно использоваться для исследования континентального шельфа и абиссальных глубин . Недавно разработанные системы SPI-Scan или rSPI (ротационный SPI) теперь также можно использовать для недорогого исследования мелководных (<50 м) пресноводных, устьевых и морских систем.
Преимущества
[ редактировать ]Люди сильно визуально ориентированы. Нам нравится информация в виде изображений, и мы можем интегрировать множество различных типов данных , когда они представлены в одном или нескольких изображениях. Кажется естественным искать способ прямого изображения границы раздела осадок-вода , чтобы исследовать взаимодействие животных и отложений в морском бентосе. Роадс и Канде (1971) сделали снимки границы раздела осадочных пород и воды с высоким разрешением (субмиллиметра) в небольших пространственных масштабах (сантиметрах), чтобы быстро изучить структуру бентоса во времени или в больших пространственных масштабах (километрах). Разрезав морское дно и сделав снимки вместо физических кернов, они проанализировали изображения вертикального профиля отложений с помощью метода, который стал известен как SPI. В последующие десятилетия этот метод получил развитие благодаря ряду механических усовершенствований, а также технологий цифрового изображения и анализа. В настоящее время SPI является устоявшимся подходом, принятым в качестве стандартной практики в некоторых частях мира, хотя его более широкое внедрение затруднено отчасти из-за стоимости оборудования, сложностей с его развертыванием и интерпретацией. Он также претерпел некоторые неудачи в парадигме. Объем информации, которую человек может извлечь из изображений, как правило, нелегко и многократно свести к количественным и интерпретируемым значениям (но см. Печ и др., 2004; Ткаченко, 2005). Салстон и Ферри (2002) писали об этой трудности при изучении генома человека. Электронно-микроскопические изображения их модельного организма ( Caenorhabditis elegans ) содержали много информации, но были проигнорированы многими учеными, поскольку их было нелегко оценить количественно, однако эта графическая информация в конечном итоге привела к глубокому и поддающемуся количественной оценке пониманию основных принципов и механизмов. Точно так же SPI успешно использовался, фокусируясь на интеграции визуальных данных и нескольких объективно измеримых параметров при разведке и мониторинге объектов.
История и применение
[ редактировать ]Обычный дайвинг ограничивается мелководьем. Дистанционный отбор проб более глубоких отложений с высоким содержанием воды часто ненадежен из-за волн носовой части пробоотборника, уплотнения при ударе или различных нарушений поверхностных особенностей отложений (Somerfield and Clarke 1997). В 1971 году Роудс и Канде описали инструмент для решения проблем адекватного наблюдения и сбора илистых отложений. Их оборудование для дистанционного отбора проб открыло область изображений вертикального профиля отложений in situ и то, что сейчас обычно называют камерами SPI. Устройство в основном состоит из клиновидной коробки, закрепленной в раме. Коробка имеет наклонную грань из прозрачного акрила и обращенную вниз камеру (рис. 1). Грузы вдавливают клин и его внутреннее зеркало в осадки. Зеркало, расположенное под углом 45° к прозрачной части, отражает изображение границы раздела осадок-вода на подводную камеру, как в перископ. Чтобы клин оставался жестким на глубине, его наполняют дистиллированной водой.
Рис. 1. Схематический чертеж профильной камеры в частичном разрезе, показывающий люльку в нижнем положении, пересекающую дно. А – провисание троса лебедки; Б- маслонаполненный цилиндр; С- шток поршня; D- поршень с отверстием малого диаметра; Е-корпус аккумуляторной батареи с магнитным герконом, F- грузики, G-камера (ориентирована вертикально); Н- светлый; I- гильотина из оргстекла, наполненная дистиллированной водой; J- граница раздела осадок-вода; K-угловое зеркало 45°, отражающее профиль границы раздела осадок-вода под углом 90° к объективу камеры. Взято из Роудса и Канде (1971).
Их устройство вернуло изображения, подобные изображенным на рисунке 2. На первый взгляд изображения SP могут показаться ничем не примечательными, но анализ десятков изображений позволяет выявить широту содержащейся в них информации. На рисунке 2 сразу видна общая текстура и содержание воды в отложениях. Поскольку разрешение позволяет отображать отдельные песчинки, можно оценить классические параметры текстуры (процент гравия, песка и грязи) и оценить средний размер зерен. Граница раздела осадок-вода ясная. Если изображение было сделано сразу после установки, это наблюдение указывает на то, что устройство вошло на морское дно с небольшими нарушениями. Кроме того, интерфейс отличается. Несмотря на кажущуюся простоту, некоторые морские дны вместо дискретной точки перехода имеют пограничный слой взвешенных отложений с широким градиентом плотности. Это состояние имеет фундаментальное значение для многих донных организмов. Биологическая активность также легко очевидна. При калибровке с использованием традиционных образцов или кернов в сочетании с несколькими SP-изображениями разрешение позволяет идентифицировать некоторую инфауну, включая трубчатых сабеллидных полихет, раздвоенную нереиду и насыпь трепанга, показанную на рисунке 2.
Рисунок 2. Фотография профиля отложений илистого дна глубиной 35 м в заливе Кейп-Код, Массачусетс. Место фотографии проходит через фекальный холмик Molpadia oolitica (голотурия). На вершине конуса обитает сабеллидная полихета Euchone incolor (А). Заблудшая полихета была разрезана гильотиной (B). Пустоты на глубине образуются в результате кормовой деятельности M. oolitica (C). Светлый окисленный (бедный сульфидами) осадок залегает примерно на 3 см ниже поверхности осадка. Взято из Роудса и Канде (1971).
Еще одной важной особенностью рисунка 2 является отчетливое изменение цвета поверхностных и более глубоких отложений. Этот градиент изменения цвета, хотя и непрерывный, известен как кажущаяся глубина разрыва окислительно-восстановительного потенциала (ARPD) при уменьшении до средней точки перехода. При правильном рассмотрении в сочетании с местной геологией и уровнями биотурбации глубина и характер ARPD могут дать глубокое понимание взаимодействия между геохимией отложений и биологической активностью. Обзор Графа (1992) подтверждает ранние наблюдения Йоргенсена и Фенчела (1970) о том, что отложения можно разделить на кислородные , субкислородные и бескислородные уровни, что имеет фундаментальные последствия для биоты. Они определили, что эти границы возникают на уровне >300 мВ (окислительно-восстановительный потенциал) для кислородных и менее 100 мВ для бескислородных хемоклинов (с субкислородными между ними), как показано на рисунке 3. Вертикальное положение этих границ может меняться сезонно и локально. в ответ на поступление детрита и перемешивание (из-за биотурбации или физически опосредованного перемешивания) со скоростью 1 см/сут. Бескислородные отложения, как правило, токсичны для большинства животных из-за наличия свободного H. 2 S и низкий pH. В этой восстановительной среде также могут выпадать в осадок тяжелые металлы. Некоторые тяжелые металлы, такие как кадмий и медь, стабилизированы в виде сульфидов и не растворяются легко, но могут быстро ремобилизоваться и загрязнять воду пограничного слоя, если восстанавливаются кислородные условия (Graf 1992). Проникновение химических веществ из вышележащих вод в эти слои будет сильно зависеть от размера и формы зерен отложений. Используя жидкий бромидный индикатор, Дикке (Graf 1992) обнаружил, что только молекулярная диффузия проникает в мягкие отложения на глубину 4 см за один день и на 8 см через 4 дня. Биотурбация может ускорить этот процесс в десять раз. Таким образом, хемоклины воздействуют и, в свою очередь, подвергаются воздействию донных организмов. Помимо эффектов вытеснения и биотурбации аэробных организмов, Фенхель и Ридл (1970) стали пионерами исследований необычной фауны, населяющей субкислородные области отложений. Очевидно, что инструменты SPI могут многое предложить в расследованиях такого рода.
Рисунок 3. Разрыв окислительно-восстановительного потенциала (RPD) – концепция слоев Фенчела и Рейделя (1970). Осадок разделен на бескислородный, субкислородный и кислородный слои. Вдоль стенок трубок и нор животных окислительно-восстановительные изолинии понижены (ср. Jorgensen & Revsbech, 1985). По данным микроэлектродных измерений кислорода, так называемый кислородный слой действительно не содержит свободного кислорода на всей глубине. Рисунок взят из Graf (1992).
Роадс и Джермано (1982) разработали список параметров, взятых из SPI, в попытке уменьшить и количественно оценить конкретные экологические характеристики и сделать их доступными для традиционного статистического анализа. Их список был изменен и уточнен в литературе, но обобщен в Таблице 1. Некоторые из этих параметров можно калибровать и воспроизводить в различных средах обитания. Общая текстура отложений, вероятно, является наименее спорным и наиболее информативным параметром для составления карт бентической среды обитания и выявления воздействий, изменяющих отложения. Очевидный разрыв окислительно-восстановительного потенциала (ARPD) также может быть мощным параметром оценки. Например, одним из сообщаемых последствий устойчивой аквакультурной деятельности на прибрежную среду является отложение и накопление богатых органическими веществами отложений вблизи места производства, будь то фекалии и псевдофекалии моллюсков или несъеденной пищи, а также выделения плавниковой рыбы. Это может привести к увеличению потребления кислорода отложениями, образованию бескислородных отложений, а также к образованию и выбросу вредных газов, таких как метан, H. 2 S и CO 2 , которые могут влиять на толщу воды, донную макрофауну (Pocklington et al. 1994) и мейофауну (Mazzola et al. 1999). Взаимосвязь между инфауной, субоксическими отложениями и обогащением органическими веществами хорошо документирована (Weston 1990; Rees et al. 1992; Hargrave et al. 1997). Эта система во многом похожа на систему, описанную Пирсоном и Розенбергом (1978), представленную на рисунке 4. Роадс и Джермано (1982) продвинули эту концепцию на шаг дальше, назначив категории различным последовательным стадиям в попытке интегрировать биотические и геохимические реакции. к органическому обогащению. Для надежного использования определения последовательных стадий должны проводиться в биологическом и физическом контексте каждого исследования, они обязательно являются субъективными и вряд ли будут более чем информативными для аналитиков. Аналогичным образом, большинство параметров, представленных в Таблице 1, зависят от места и исследования. Действуя аналогично конусному пенетрометру, глубина проникновения клина SPI в мягкие отложения в целом может быть полезна в качестве показателя структуры отложений при калибровке, но результаты будут чувствительны к различиям в оборудовании и способах его применения.
Таблица 1
| ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ SPI | Наблюдение |
|---|---|
| Размер зерна | обычно оценивают визуально; более крупные отложения можно определить количественно с помощью автоматического анализа частиц |
| Глубина проникновения призмы | в качестве представителя осадочной ткани |
| Обломки грязи | количество, размер, окисленные или уменьшенные |
| Рельеф поверхности отложений | должно учитывать ориентацию/масштаб изображения |
| Редокс-площадь/глубина | АРПД |
| Редокс-контраст | Реликтовые окислительно-восстановительные границы |
| Метановые газовые везикулы | количество, размер, глубина |
| Углеводороды | H-пятна (Диаз и др., 1993) или спектроскопически (Роудс и др., 1997). |
| Наблюдения на конкретных участках | |
| Биологические параметры SPI | |
| Эпифауна | число, таксоны |
| Плотность трубки | количество на погонный сантиметр |
| Питание пустот | эпифаунальный, инфаунальный, смешанный, ареал |
| Видимое видовое богатство | .... |
| Сукцессионный этап | I, II или III определяются в соответствии с моделью Пирсона-Розенберга и моделью Роудса и Джермано (1982). |
| Наблюдения на конкретных участках | особая фауна, бактериальные маты и т. д. |
Рисунок 4. Схема изменения фауны и структуры отложений по градиенту обогащения органическими веществами (Пирсон и Розенберг, 1978).
Даже с учетом этих ограничений SPI может быть чрезвычайно мощным инструментом анализа, разведки и мониторинга. Карты типов отложений часто составляются путем извлечения проб или керна с последующей многодневной или недельной лабораторной обработкой. После того, как устройство SPI опущено в отложения и записано изображение, его можно неоднократно поднимать и опускать без полного восстановления устройства. Такое судно, «прошивающее» устройство SPI по заданному маршруту, может обследовать территорию с беспрецедентной экономичностью по сравнению с физическим сбором проб. Конечно, существует компромисс между качеством и количеством выборочных данных. SPI обеспечивает гораздо больший пространственный охват в течение заданного времени полевых работ за счет подробных дескрипторов отложений, обычно получаемых из физических кернов (анализ текстуры в интервале половины фи, содержание углерода и т. д.). Управление этим балансом является сутью правильного использования SPI и подчеркивает его сильные стороны. Например, Хьюитт и др. (2002), Дрозд и др. (1999) и Заяк (1999) обращают внимание на ценность интеграции наблюдений за сообществами макрофауны, собранных в разных масштабах, и их применения для описания процессов, происходящих на разных уровнях в гетерогенном бентическом ландшафте. При оценке вопросов ландшафтного масштаба редко бывает возможным просто и всесторонне провести выборку всей пространственной протяженности с помощью плотных и одинаково подробных точек выборки. Исследователь должен найти компромисс между зернистостью сбора данных и размерами фактической единицы выборки (обычно 0,1 м). 2 грейфер или аналогичный), а также расстояние между единицами выборки, по которому будут интерполироваться результаты (часто от десятков до сотен метров для выборок). Изображения профиля отложений могут быть эффективным инструментом мониторинга в сочетании с более детальными методами отбора проб, такими как отбор проб макрофауны или непрерывное исследование разрезов отложений (Gowing et al. 1997). Он предлагает точечные данные, которые можно экономично собирать с достаточной частотой, чтобы экологически значимым образом объединить более ресурсоемкие образцы. Таким образом, исследование может проводиться во вложенных пространственно-временных масштабах, при этом SPI обеспечивает общие карты и связность, в то время как другие методы отбора проб используются для характеристики комплексов и изменчивости в пределах типов среды обитания. Этот тип интеграции необходим для развития нашего понимания и предсказуемости процессов мягких отложений (Thrush et al. 1999; Noda 2004).
Картирование нарушений бентоса
[ редактировать ]SPI использовался для моделирования целостности и эффективности закрытых участков добычи полезных ископаемых (NOAA 2003) и мест сдерживания (например, Парламентский комиссар, 1995; Гоуинг и др., 1997). Детальные акустические исследования мест захоронения грунта по своей сути ограничены вертикальным разрешением ок. 10 см (Рамзи, 2005). Имеются убедительные доказательства того, что вскрышные породы толщиной менее 10 см затрагивают виды макрофауны (Chang and Levings 1976; Maurer et al. 1982; Maurer et al. 1986; Chandrasekara and Frid 1998; Schratzberger et al. 2000; Cruz-Motta and Collins 2004). ). Методы обратного рассеяния и высокочастотного гидролокатора бокового обзора могут обеспечить более быструю характеристику протяженности грунта, но только тогда, когда акустическая отражательная способность или топология грунта достаточно отличаются от естественных отложений. Устройства SPI создают изображения границы раздела осадок/вода с субмиллиметровым разрешением. Таким образом, SPI дает возможность изучить морфологию насыпи грунта, уплотнение, веяние, интеграцию с естественными отложениями и, возможно, биологическую активность в масштабе, соответствующем изучаемым комплексам макрофауны.
SPI может применяться и для других, возможно, более распространенных исследований нарушений бентоса ( [ 1 ] ). В качестве иллюстрации рассмотрим исследование экологического воздействия на бентос гипотетического предприятия по выращиванию моллюсков. Существует огромное разнообразие подходов к обучению. Существующая информация и доступные ресурсы неизбежно ограничивают каждый проект. При небольшом количестве информации о типе дна, простое, одноразовое исследование пространственного воздействия, подобное показанному на рисунке 5, с восемью участками вдоль изобаты и с тремя повторными захватами с каждого, является довольно распространенным и умеренно эффективным. Предварительный сбор данных, включая батиметрические наблюдения, наблюдения с помощью водолазов, буксируемых камер, ROV или гидролокаторов бокового обзора, вероятно, изменит расположение участка и значительно повысит общую информацию и ценность. Сбор таких данных даже на таком небольшом участке, как этот, требует значительных ресурсов и, вероятно, приведет к перерыву в несколько дней, необходимому для обработки данных между первыми полевыми днями и событиями отбора проб (именно эта задержка исключает или уменьшает значение изучения переходных процессов в гидродинамически энергетических областях). Сбор большого количества точечных данных с устройства SPI легко осуществляется: полученные снимки характера бентоса автоматически размещаются на карте исследуемой территории в режиме реального времени. Этот подход позволяет быстро классифицировать согласно одной или нескольким интересующим переменным. В водах глубиной менее 30 м вполне разумно ожидать сбора 170 SP-изображений, показанных на рисунке 6, и создания грубой карты классификации бентоса за один полевой день. Категории могут быть основаны на текстуре отложений, покрывающих слоях, специфических детритах, биоте и т. д. Затем усилия по отбору проб можно распределить таким образом, чтобы сосредоточить внимание на изменчивости сообществ среди общих различий в среде обитания, используя дночерпательные работы, поскольку среда обитания воспроизводится с различным запаздыванием. Этот тип подхода обеспечивает более широкое понимание системы и позволяет принимать более обоснованные решения за счет увеличения общности выборочных данных. Доказательства SPI могут эффективно увеличить масштабы с одного измерения как минимум до двух. Корреляция между физическими и биологическими данными, собранными с помощью дночерпателей, также позволяет извлечь больше данных из изображений SP путем выявления конкретных особенностей (инфаунистические виды, трубки, курганы и т. д.). Более того, подробный анализ глубин АСПО может быть затем представлен в виде контуров геохимической среды.
Роудс и Джермано (1982) сравнивают методы SPI с тремя другими исследованиями, проведенными у восточного побережья США. Их работа поместила SPI в общепринятые экологические рамки и впоследствии расширила его привлекательность и ценность как стандартного инструмента мониторинга. Солан и др. (2003) рассматривают более широкий концептуальный сдвиг от традиционных методологий «убей их и посчитай» в исследованиях бентоса и показывают, как интеграция SPI и других оптических и акустических технологий с традиционным отбором проб фундаментально расширила наше понимание некоторых бентосных процессов. Хотя большинство исследований SPI остаются в «серой литературе» (Киган и др., 2001), появляется все большее число и разнообразие их применений. Данные, полученные с помощью SPI, были столь же информативны, как образцы макрофауны по градиенту органического обогащения в умеренной системе (Grizzle and Penniman 1991). Другие исследования включают исследования Джермано (1992), который исследовал удаление грунта в заливе Хаураки в Окленде, и Хейпа (1992), который суммировал ценность SPI наряду с отбором проб мейо- и макрофауны возле океанской буровой платформы у Немецкой бухты. Румор и Шоманн (1992) обнаружили, что изображения SP дают важные подсказки и контекст для интерпретации загадочных данных по бентосу. Ранние работы по использованию SPI для выявления углеводородного загрязнения (Диаз и др., 1993) были позже усовершенствованы и теперь включают более точные и точные измерения с помощью спектроскопии (Роадс и др., 1997). Смит и др. (2003) исследовали воздействие рыболовных тралов с использованием SPI, в то время как Солан и Кеннеди (2002) продемонстрировали использование замедленного SPI для количественной оценки биотурбации офиуроидов. Диас и Каттер (2001) использовали тот же метод для количественной оценки биотурбации полихет посредством временного образования нор и ее связи с проникновением кислорода в отложения. NOAA (2003 и ссылки в нем) сообщают о широком использовании SPI для картирования среды обитания, мониторинга запасов материала при дноуглубительных работах и кислородного стресса (Нильссон и Розенберг, 1997) в устьевых, прибрежных и глубоководных средах. Помимо чистого исследования, SPI — это метод, хорошо подходящий для многоуровневого мониторинга и соблюдения требований. В настоящее время этот метод широко признан стандартным (Rhoads et al., 2001). Очевидно, что применение SPI разнообразно и научно обосновано при правильном применении, но некоторые практические проблемы ограничивают его более широкое использование. Киган и др. (2001) резюмируют, что SPI «...разработан не как замена традиционным инструментам мониторинга бентоса, а как метод исследования и разведки для оптимизации эффективности программ мониторинга бентоса». Далее они заявляют:
«...SPI только сейчас получает широкое признание, которого заслуживает. Хотя это как-то связано с признанными ограничениями в интерпретации изображений, остаются определенные препятствия, связанные с размером и весом устройства, а также с ограничением его использования в грязи и илистом песке. Относительно высокая стоимость самой простой сборки SPI, пожалуй, наиболее показательна из всего... SPI, как правило, используется в деятельности, поддерживаемой больше правительством и более богатыми коммерческими экологическими консалтинговыми компаниями, чем более традиционным исследовательским сектором».
Разработка системы SPI-Scan [1] , также известной как rSPI (ротационный SPI), разработанная Брайаном Пааво и Benthic Science Limited, решает проблемы массы и затрат, позволяя пользователям озер и прибрежных районов экономично развертывать системы SPI с небольших судов.
SPI-сканирование нового вида SPI
[ редактировать ]Чтобы сформировать и проверить фундаментальные гипотезы экологии сообщества или решить такие задачи, как оценка воздействия, сохранение и эксплуатация морской среды, необходимо исследовать сложные взаимодействия между отложениями, организмами и водой. Постепенно завоевывает признание множество развивающихся технологий для измерения и исследования этого динамического интерфейса с помощью биологических, химических и физических подходов. Виолье и др. (2003) и Роадс и др. (2001) дают обзор этой темы, хотя используемые технологии и стандарты быстро меняются. Некоторые методы позволили бентологам рассмотреть «общую картину» вопросов геохимико-биологических взаимодействий и функционирования экосистем. Беттеридж и др. (2003) использовали акустическую технологию для измерения динамики осадочных пород in situ в масштабе, соответствующем макрофауне. Их бентические аппараты регистрировали скорость воды у морского дна и одновременно определяли характер возмущений отложений в высоком разрешении. Бентические камеры использовались для изучения продуктивности реалистичных комплексов макрофауны при различных режимах стока (Байлс и др., 2003). Методы изотопного анализа позволяют исследования пищевой сети и воздействия на окружающую среду (например, Rogers 2003; Schleyer et al. 2006), которые всего несколько лет назад невозможно было провести вне лаборатории. Методы ДНК с короткими последовательностями (например, Институт биоразнообразия Онтарио, 2006) быстро продвигаются к методам автоматической идентификации и оценки разнообразия, которые обещают совершить революцию в экологии бентоса.
Киган и др. (2001) описал отношения между работниками и властями, оценивающими давно зарекомендовавшие себя, хотя часто дорогостоящие и медленные, методологии с более поздними технологическими разработками как иногда несогласованные. Грей и др. (1999b) сетовал на то, что среди экологов отложений существует сильная институциональная тенденция полагаться на методы отбора проб, разработанные в начале 1900-х годов! Необходимо найти тонкий баланс. Некоторая степень инерции парадигмы необходима для поддержания интеллектуальной преемственности, но она может зайти слишком далеко. Физика, как наука, давно столкнулась с этой проблемой и широко внедрила новые технологии после того, как установила научную культуру, которая всегда связывает новые методы с установленными открытиями в период калибровки и оценки. Темп этого процесса в биологии в целом ускорился за последние несколько десятилетий, и экология лишь недавно вышла на этот горизонт. В этой статье представлена одна из таких технологий — изображения профиля отложений (SPI), которая постепенно завоевывает признание и в настоящее время проходит период оценки и калибровки, хотя существует с 1970-х годов. Как и многие из упомянутых выше технологий, каждая новая возможность требует тщательного рассмотрения ее пригодности для любого конкретного применения. Это особенно верно, когда они пересекают важные, хотя зачастую и тонкие, границы ограничений сбора данных. Например, большая часть наших знаний о бентосе была получена на основе точечных методов, таких как керны или дночерпатели, тогда как непрерывный сбор данных, как и некоторые методы анализа видеотрансектов (например, Ткаченко, 2005), может потребовать различных пространственных интерпретаций, которые более явно учитывают неоднородность. Хотя методы дистанционного отбора проб часто улучшают разрешение точечных проб, бентологи должны учитывать реальную неоднородность в небольших пространственных масштабах и сравнивать ее с шумом, присущим большинству методов сбора больших объемов данных (например, Rabouille et al. 2003 для микроэлектродных исследований). поровой воды). Новые разработки в области SPI предоставят инструменты для исследования динамических процессов отложений, но также бросят вызов нашей способности точно интерполировать точечные данные, собранные при пространственной плотности, приближающейся к непрерывным наборам данных.
Снимки SP, воплощенные в коммерческой системе REMOTS (Rhoads et al., 1997), являются дорогостоящими (> 60 000 новозеландских долларов на момент написания), требуют тяжелого подъемного оборудования (около 66–400 кг с полным набором грузов для эффективного проникновения в отложения). , и ограничивается илистыми отложениями. REMOTS не очень хорошо подходит для небольших исследовательских программ или для работы на мелководье с небольших судов, что, вполне возможно, является той областью, где он может быть наиболее полезен. Изучение мелководной субприливной среды может оказаться сложной задачей, особенно среди зыбучих песков. Отбор проб макрофауны обычно происходит в субметровом масштабе, в то время как доминирующие физические факторы, такие как воздействие волн и текстура отложений, могут меняться в масштабе всего лишь метров, хотя зачастую они разрешаются только в масштабе сотен метров. В такой динамичной среде мониторинг потенциально временных возмущений, таких как насыпь грунта, требует картирования бентоса в мелких пространственных и временных масштабах, а это приложение идеально подходит для SPI.
Концепция дизайна
[ редактировать ]Определяющей характеристикой предшествующих устройств SPI является призма, содержащая прозрачную поверхность, зеркало и дистиллированную воду, независимо от того, погружается ли устройство в отложения, как перископ, или буксируется по морскому дну, как плуг (Каттер и Диас, 1998). Чтобы протолкнуть что-либо в отложения, необходимо сместить песчинки и заменить их устройством визуализации, не нарушая при этом соседние слои отложений, которые необходимо визуализировать. Использование клина для смещения отложений требует значительной структурной целостности и силы, что увеличивает размер, вес и стоимость его строительства и развертывания. Меньший клин, конечно, снизил бы эти требования, но за неприемлемую цену чрезвычайно маленькой площади отбора проб (типичное изображение устройств SPI составляет около 300 см). 2 ). Зеркало еще больше ограничивает форму клина. Если для изменения геометрии пути света не используется радикальная и дорогая оптика, между поверхностью осадка и плоскостью камеры необходимо поддерживать угол 45°. Эти ограничения диктуют, что призма SPI представляет собой наклонную плоскость (то есть треугольную призму, содержащую один прямой угол). Вдавливание призмы SPI в отложения совершает физическую работу, определяемую классическим уравнением:
W = Fd
где W = работа, F = сила и d = расстояние. Смещение любого зерна осадка требует определенного объема работы для преодоления как инерции, так и трения, создаваемого всеми соседними зернами (как статического, так и динамического). Клин выполняет работу перемещения, прилагая меньшую силу за счет увеличения расстояния, которое должно пройти зерно. Чтобы уменьшить размер устройства SPI, имеет смысл уменьшить объем работы, необходимой для перемещения осадка для данной области изображения. Пребывание в водной среде дает первое преимущество в сокращении труда. При увеличении содержания воды в отложениях как статические, так и динамические коэффициенты трения, возникающие в результате взаимодействия зерна с зерном, значительно снижаются. В этих больших физических масштабах вязкостные взаимодействия очень малы по сравнению с трением. Таким образом, псевдоожижение отложений позволит устройству SPI вытеснять больше и более крупные отложения с меньшей силой, направленной вниз. (Конечно, вся масса-энергия сохраняется – требуется больше работы, чтобы закачать воду в отложения – но, по крайней мере, это можно сделать вдали от клина.) Важно аккуратно отделить осадки, которые необходимо разжижить и удалить из осадочной ткани. это должно быть изображено неповрежденным.
Водную смазку можно использовать для уменьшения требуемой силы и рабочей нагрузки, но можем ли мы также уменьшить расстояние, на которое необходимо смещать зерна? Зеркало визуализации является самым большим препятствием для уменьшения смещения зерен, поэтому имеет смысл отказаться от него. Существует ряд коммерческих и потребительских линейных сканеров, которые оцифровывают изображение, перемещаясь в плоскости, записывая цвет и интенсивность встречающегося света. Планшетные сканеры и цифровые копировальные аппараты являются примерами этого метода. Свет, исходящий от устройства, отражается от сцены и передается на датчик, расположенный рядом с источником света. Путь света можно сгибать и манипулировать с помощью ряда промежуточных зеркал и линз к небольшой линейной матрице датчиков или непосредственно к большому множеству крошечных датчиков. Как пришли к выводу Киган и др., погружение тонкого планшетного сканера в отложения требует гораздо меньше усилий, чем перемещение большой призмы. (2001):
«С точки зрения нынешней конструкции размер призмы в массиве SPI препятствует проникновению во все, кроме более мягких и менее компактных отложений. Когда для улучшения проникновения становится необходимым использовать полный комплект свинцовых грузов (66 кг), с системой становится трудно работать на небольших судах с ограниченным подъемным оборудованием. Размер и, соответственно, вес можно было бы уменьшить, если бы призму можно было заменить, чтобы она действовала как тонкое «копательное лезвие», всю открытую поверхность которого можно было бы сканировать в цифровом виде на месте. Такое лезвие не только облегчило бы более легкое и глубокое проникновение, но и расширило бы возможности использования SPI для более плотных, мелких и средних песков. Авторы уже экспериментировали с подходящей обсадной трубой, которая могла бы проникнуть в эти более устойчивые отложения на глубину, превышающую 55 см, однако физически надежный сканер, который выдержит шок от удара и будет иметь уровень разрешения, адекватный цели, еще предстоит найти».
Инженерные проблемы разрешения, веса, устойчивости к давлению и ударам усугубляются тем, что сканер имеет прямоугольную конфигурацию (Паттерсон и др., 2006). Большая часть подводного оборудования размещается в цилиндрах, поскольку цилиндры имеют меньшую площадь поверхности для помещения заданного объема, чем прямоугольный корпус. Для данной площади поверхности (изображения) меньшее количество зерен осадка необходимо будет сместить на более короткое расстояние при изображении от периметра цилиндра, чем от наклонной грани клина. Концептуально просто модифицировать потребительский планшетный сканер так, чтобы его сканирующая головка (содержащая источник света и матрицу датчиков) двигалась по круговой траектории, а не по плоскости, как показано на рисунке 7. Такое изменение конфигурации позволяет добиться более эффективной геометрии клина. или, как мы увидим позже, допускает его устранение.
Рисунок 7. Изменение траектории сканирующей головки с типичной плоскости, используемой в бытовых сканерах, на круговую траекторию, позволяет визуализировать ту же область с гораздо меньшей площадью перпендикулярного плана (то есть лицевой стороной, которая должна проникать в отложения). Эта конфигурация также позволяет использовать механически более совершенный (под внешним давлением) цилиндр, а не коробку.
Первый прототип
[ редактировать ]Целью было получить наибольшую площадь изображения в наименьшем цилиндрическом объеме с помощью потребительского планшетного сканера. Типичные планшетные сканеры отображают область размером около 220 x 300 мм (660 см). 2 ), поэтому необходимо было найти систему, которую можно было бы переконфигурировать так, чтобы она помещалась внутри герметичной прозрачной капсулы. В современных планшетных сканерах существует два основных метода получения изображений. С 1980-х до конца 1990-х годов на рынке доминировали системы, способные захватывать изображения с любой глубины резкости. В большинстве таких устройств цифровой обработки изображений использовалась матрица устройств с зарядовой связью (ПЗС). В ПЗС-матрице отдельные точки светочувствительного материала создают определенный заряд в зависимости от интенсивности падающего на них света. ПЗС-матрица не распознает цвет. В этой технологии сцена освещается, узкая полоса отраженного света от сцены проходит через щель (для устранения света, идущего с других направлений), затем концентрируется с помощью набора зеркал (обычно сложенных в коробку) в призму. обычно несколько сантиметров в длину. Призма разделяет свет на составляющие его цвета. Небольшие ПЗС-матрицы аккуратно размещаются в точках, где основные цвета четко сфокусированы. Отдельные интенсивности цвета объединяются в составные значения и записываются компьютером (или электронными блоками сканера) в виде строки пикселей. Затем движущаяся сканирующая головка продвигается на небольшое расстояние, чтобы собрать следующую строку сцены. Таким образом, разрешение по одной оси определяется размером ПЗС-матрицы и сфокусированной оптикой, а разрешение по другой оси определяется наименьшим надежным шагом, который может сделать двигатель продвижения сканирующей головки. Оптические узлы этого типа сканера достаточно устойчивы к вибрации, а традиционный источник света (трубка с холодным катодом и сбалансированной цветовой температурой) — нет. Поэтому он был заменен массивом твердотельных белых светодиодов (LED). Еще одним преимуществом этой замены является то, что источники можно чередовать между белым светом и ультрафиолетом (УФ) с длиной волны около 370 нм. Этот источник ультрафиолетового света позволял обнаруживать заметно флуоресцирующие материалы (обычно индикаторные минералы или углеводороды) с помощью прототипа.
Была найдена подходящая модель сканирующей головки, которую можно было переконфигурировать для размещения в цилиндре диаметром 80 мм, а стандартный шаговый двигатель сканера был модифицирован для размещения в том же пространстве. Затем весь блок был установлен на шарнире из нержавеющей стали и вращался с помощью подпружиненного фрикционного колеса, прижимающегося к внутренней стенке цилиндра. Поскольку периметр цилиндра (250 мм) был меньше типичного пути сканирования (300 мм), передача двигателя была уменьшена для улучшения разрешения сканирования по пути, возникающее изменение геометрии изображения было относительно легко исправить в программном обеспечении захвата изображения. . Полученная сборка показана на рисунке 8.
Плотное прилегание электроники требовало довольно жестких внутренних допусков, а прозрачный цилиндр должен был помещаться во внешний броневой цилиндр с более жесткими допусками. Последнее было необходимо, чтобы избежать зазоров между поверхностью осадка, подлежащей изображению, и плоскостью изображения. Пробелы позволяют отложениям выпадать или размазываться, что снижает научную ценность профиля отложений. В конечном итоге была использована автомобильная выхлопная труба из нержавеющей стали, обжатая гидроцилиндром с использованием конуса из нержавеющей стали (316), изготовленного по индивидуальному заказу. В центральной части были вырезаны порталы, позволяющие получить изображение области размером 210 х 150 мм, разделенной на четыре окна.
Чтобы закачать воду в отложения так, чтобы вытеснить одни, но не потревожить другие, была отлита и установлена проникающая головка. Ряд геометрических форм проникающих головок был исследован с использованием серии моделей в масштабе ¼, прикрепленных к пенетрометру и погруженных в песчаные отложения под водой. В качестве наиболее эффективной была выбрана остроугольная плоскость с удаленным смещенным коническим сечением. При такой конфигурации головка сначала отделяет (силой) отложения, подлежащие вытеснению, одновременно поддерживая отложения на стенке ствола скважины. Водяной вихрь создавался наклонными струями воды в коническом пространстве. Такая конструкция сильно нарушила отложения в одном «выхлопном» секторе изображения SPI, но свела к минимуму нарушения в остальной части. Головка пенетратора была изготовлена путем вырезания желаемой формы из 1,5 кг сливочного масла, затем отливки негатива из парижского гипса, внутри формы были установлены водяные форсунки (медные трубки), сборка была высушена в печи при 70 °. C в течение трех дней, а затем положительно отлили, используя около 7 кг расплавленного свинца. Последняя проникающая головка показана на рисунке 10. Перед развертыванием устройства требовался трос, обеспечивающий электрическое и механическое соединение с надводным судном, и рама, обеспечивающая перпендикулярное вхождение устройства в морское дно.
Первый прототип был построен для проверки концепции. Стеклянный цилиндр вряд ли выдержит многократное использование в полевых условиях. Устройство было подвергнуто моделированию приложения SPI: мониторинг крышки насыпи грунта. Бочка емкостью 450 л была наполнена мелким песком с местного пляжа. Затем вместе с песком отдельными слоями укладывался клейкий ил и материал размером с глину. Затем сверху положили «шапку» из крупного песка и весь барабан наполнили морской водой. Проникновение было удовлетворительным (13 см изображения, еще 15 см для головки пенетратора), но разрешение было плохим, как и ожидалось.
Второй прототип
[ редактировать ]Опыт создания и тестирования первого прототипа выявил ряд ключевых проблем. Выбранная технология сканирования обеспечивала большую глубину резкости (полезную для выявления особенностей поверхности), но требовала большого объема для сборки зеркала (которое пришлось укрепить, чтобы противостоять вибрациям). Кроме того, броня, опорные фланцы и водопроводные трубы ограничивали дальнейшее проникновение осадков и вызывали их нарушение. Было желательно переместить всю водяную галерею в центр модуля сканера, чтобы можно было быстро менять пенетраторные головки в полевых условиях. Вполне вероятно, что разные формы будут более эффективны для разных текстур и тканей отложений.
Эти решения привели к появлению альтернативной технологии сканирования, которая была разработана и продавалась в основном в начале 2000-х годов. Он известен под разными названиями, такими как контактная визуализация, прямая визуализация или непрямое воздействие светодиодами (патент США 5499112). В этой технологии цепочка светодиодов стробирует основные цвета на плоскости изображения. Освещение имеет решающее значение, поэтому плоскость изображения должна быть близкой. Отраженный свет от плоскости изображения направляется в ряд световодов, ведущих к ПЗС-элементам. Физическое расположение между световодами и плоскостью изображения ограничивает глубину резкости при использовании этой технологии. Испытания с использованием потребительских сканеров показали, что плоскость изображения может находиться на расстоянии 1–3 мм от сканирующей головки для изображений с полным разрешением, но за пределами этого расстояния быстро снижается. Детали сцены на расстоянии 5 мм и более от сканирующей головки были практически неразличимы. Поскольку основная ценность изображений SP — двумерность, это ограничение было небольшим компромиссом ради значительной экономии пространства. Твердотельная технология устойчива к вибрации и не требует зеркал. К сожалению, УФ-подсветку было трудно обеспечить без специально разработанной сканирующей головки, поэтому она не была включена во второй прототип.
Одним из основных преимуществ SPI является то, что он надежно предоставляет информацию об отложениях независимо от прозрачности воды. Тем не менее, многие приложения SPI, такие как картографирование среды обитания и гидролокатор бокового обзора, получат выгоду от изображений поверхности морского дна, когда видимость позволяет. Поскольку трос служил источником энергии и компьютерной связи с надводным судном, добавление цифровой камеры для получения изображений поверхности морского дна, непосредственно прилегающей к профилю отложений, было еще одним концептуально простым дополнением. Лазерная решетка, окружающая камеру, позволяла корректировать геометрию изображения поверхности морского дна (поскольку оно снимается под переменным углом) и его масштаб. Такие изображения обеспечивают более крупную систему отсчета для интерпретации соседнего профиля отложений и позволяют более информированно оценить связь мест обитания нескольких профилей. Продольный разрез второго прототипа с камерой поверхности морского дна представлен на рисунке 11. Типичная конфигурация развертывания показана на рисунке 12.
Рисунок 11. Продольный разрез второго прототипа имидж-сканера SPI-Scan производства Benthic Science Limited . A) отсек для электроники, B) узел двигателя/редуктора, соединенный с вертикальным приводным валом, C) один из пяти лазеров, D) ПЗС-матрица поверхности морского дна, E) модуль камеры, F) сканирующая головка, G) сменный пенетратор с водными галереями и форсунки, H) сменное режущее лезвие, I) держатель сканирующей головки, J) центральная водяная галерея под давлением, K) прозрачный поликарбонатный цилиндр, L) водяной насос.
Рисунок 12. Схема второго прототипа (одна опора кадра удалена для ясности), как показано на месте, с активными лазерами масштабирования/геометрии, исходящими из наземной камеры.
Результаты полевых испытаний
[ редактировать ]Несколько решений на этапе проектирования повлияли на конечную полезность этого устройства. Система REMOTS хорошо подходит для получения точечных спутниковых изображений на большой глубине с больших судов. Прототипы SPI-Scan были специально предназначены для работы на мелководье с небольших судов. Хотя конструкцию можно модифицировать для работы на большей глубине, для эффективной работы на глубине 30 м использовался трос длиной 50 м. Полевые испытания впервые были проведены на глубине 29 м с научно-исследовательского судна «Мунида» факультета морских наук Университета Отаго.
Рисунок 13. Второй прототип на полевых испытаниях. Здесь показано развертывание с 6-метрового НИС «Науплиус» (вверху слева), на морском дне, хотя оно зафиксировано в поднятом положении (вверху справа и внизу слева – лазеры здесь не видны), и начало копаться в песке (внизу справа).
Следующая серия ходовых испытаний была проведена вблизи объекта аквакультуры с 5-метрового исследовательского судна. Было собрано семьдесят восемь изображений примерно из 20 развертываний. На рисунке 14 представлены два репрезентативных изображения. Цифровые изображения содержат гораздо больше деталей, чем представлено здесь, как показано на рисунке 15.
Рисунок 14. Вот две части профилей отложений, взятые на расстоянии 1 км от объекта аквакультуры вдоль приливного течения (слева) и поперек (справа). Расстояние между делениями правой шкалы составляет 1 мм.
Рисунок 15. Части изображений на рисунке 14 показаны на панелях 6, 7 и 8. Текстура отложений подробно описана на панели 6, на панели 7 виден многощетинковый червь, а на панели 8 показаны эхинокарда фрагменты панциря (сердечного ежа) в иле. матрица. На панели 9 показан дайвер, показывающий сканеру знак «большой палец вверх», чтобы проиллюстрировать ограниченную глубину резкости второго прототипа. Плохая видимость воды также подтверждается сильным фоновым освещением. Все деления шкалы указаны в миллиметрах.
Наземный компьютер нанес дату и время сбора непосредственно на изображение SP. Специальное программное обеспечение интегрировало поток данных NMEA от GPS, подключенного к последовательному порту компьютера, чтобы также отмечать географическое положение надводного судна (или устройства, если оно корректируется выходными данными NMEA от массива акустических маяков позиционирования). Программное обеспечение также использует модификацию графического стандарта GEOTiff для встраивания информации о географическом положении и исходных данных в теги изображения. Это позволяет автоматически размещать изображения SPI и поверхности морского дна в пространственно подходящих позициях при открытии в пакете ГИС. Эта функция позволяет в реальном времени оценивать данные о бентосе в полевых условиях для принятия дальнейших решений по отбору проб.
Будущие направления
[ редактировать ]Полевые испытания доказали, что устройство создает пригодные для использования изображения (анализ изображений — это отдельная тема, описанная в более широкой литературе). Эта технология существенно более экономична, чем другие существующие устройства SPI, и ее можно развертывать с небольших судов (около 5 м) двумя людьми, управляющими легкой рамой или шлюпбалкой. Развитие устройства продолжается с улучшенной геометрией проникновения и технологиями, большим количеством гидродинамических корпусов и дополнительными опциями датчиков. Кениг и др. (2001) рассмотрели некоторые интересные разработки в области оптических датчиков (также известных как оптоды или реактивная фольга), способных определять субсантиметровое распределение кислорода (с использованием метода непотребляющей рутениевой флуоресценции) и pH. Очень маленькие окислительно-восстановительные (Eh) зонды также доступны уже довольно давно. Вопель и др. (2003) продемонстрировали полезность объединения таких инструментов при изучении взаимодействия животных с отложениями. Эти инструменты можно сравнительно легко интегрировать в систему визуализации отложений, и они позволят провести абсолютную количественную оценку геохимических профилей отложений на небольшом количестве участков для анализа окружающих SP-изображений. Добавление УФ-подсветки — это всего лишь производственная проблема. Возможности УФ-излучения могут расширить роль SPI в прямом мониторинге загрязнения гаваней или оценке последствий разливов нефтехимических продуктов. Разрешение SP-изображения достаточно велико, чтобы можно было проводить исследования индикаторов осадка без дорогостоящего окрашивания, если минерал-индикатор обладает уникальными характеристиками цвета или флуоресценции.
Киган и др. (2001) отметили, что химические и физические измерения окружающей среды сами по себе легко поддаются количественной оценке и легко воспроизводятся, но в целом являются плохими средствами мониторинга состояния окружающей среды. Биологическая и экологическая теория достаточно развита, чтобы быть полноправным партнером экологического законодательства, мониторинга и правоприменения (Карр, 1991) и может обеспечить соответствующий местный контекст для интерпретации физико-химических результатов. При типичной оценке воздействия марикультуры на бентос Уэстон (1990) обнаружил, что химия отложений (CHN, водорастворимые сульфиды и окислительно-восстановительные меры) меры воздействия органического обогащения простираются всего на 45 м от фермы, но эффекты бентического сообщества были очевидны 150 м. SPI может объяснить многие из этих важных биологических параметров. Benthic Science Limited продолжает разработку технологии SPI-Scan.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Джермано и др. 2011 год
Беттеридж, KFE, Дж. Дж. Уильямс и др. (2003). «Акустическая аппаратура для измерения придонных процессов и гидродинамики отложений». Журнал экспериментальной морской биологии и экологии 285: 105–118.
Байлз, К.Л., М. Солан и др. (2003). «Поток изменяет влияние биоразнообразия на функционирование экосистемы: исследование эстуарных отложений на месте». Журнал экспериментальной морской биологии и экологии 285: 167–177.
Чандрасекара, В.У. и CLJ Фрид (1998). «Лабораторная оценка выживания и вертикального перемещения двух эпибентических видов брюхоногих моллюсков, Hydrobia ulvae (Вымпел) и Littorinalittorea (Linnaeus), после захоронения в отложениях». Журнал экспериментальной морской биологии и экологии 221 (2): 191–207.
Чанг, Б.Д. и К.Д. Левингс (1976). «Лабораторные эксперименты по воздействию сброса океана на донных беспозвоночных. 2. Воздействие захоронения на сердечного моллюска (Clinocardium nuttallii) и краба Дандженесса (Cancer magister)». Технические отчеты: Исследования и разработки в области рыболовства и морских услуг (662).
Круз-Мотта, Джей Джей и Дж. Коллинз (2004). «Воздействие выемки грунта на тропический бентический комплекс с мягким дном». Бюллетень о загрязнении морской среды 48(3-4): 270–280.
Каттер, Г. Р. и Р. Дж. Диас (1998). «Новое оптическое дистанционное зондирование и наземное исследование донной среды обитания с использованием системы камеры для вспашки профиля отложений Burrow-Cutter-Diaz (салазки BCD)». Журнал исследований моллюсков 17 (5): 1443–1444.
Диас, Р.Дж. и GRJ Каттер (2001). Измерение взаимодействия организма и осадка in situ: скорость образования нор, заброса и окисления отложений, сокращения. Симпозиум «организмы и осадки». Колумбия, Издательство Университета Южной Каролины: 19–32.
Диас, Р.Дж., Л.Дж. Ханссон и др. (1993). «Экспресс-седиментологическая и биологическая оценка загрязненных углеводородами отложений». Загрязнение воды, воздуха и почвы 66: 251–266.
Фенчел, Т.М. и Р.Дж. Ридл (1970). «Сульфидная система: новое биотическое сообщество под окисленным слоем морского песчаного дна». Морская биология 7: 255–268.
Джермано, JD (1992). Морская утилизация вынутого грунта: уроки, извлеченные из двух десятилетий мониторинга за рубежом. Окленд, порты Окленда: 4.
Гоуинг Л., С. Пристли и др. (1997). «Мониторинг места захоронения дноуглубительных работ в заливе Хаураки с использованием зарегистрированных REMOTS и других установленных методов отбора проб». Тихоокеанские побережья и порты '2 (532). Граф, Г. (1992). «Бентосно-пелагическое соединение: бентосный обзор». Океанография и морская биология: Ежегодный обзор 30: 149–190.
Грей, Дж. С., У. Дж. Эмброуз и др. (1999). Выводы и рекомендации. Биогеохимический круговорот и экология осадков. Дж. С. Грей, У. Дж. Эмброуз и А. Санявска. Дордрехт, издательство Kluwer Academic: 229–232.
Гриззл, Р.Э. и Калифорния Пенниман (1991). «Влияние органического обогащения на бентос макрофауны эстуария: сравнение изображений профиля отложений и традиционных методов». Серия «Прогресс морской экологии» 74: 249–262.
Харгрейв, Б.Т., Г.А. Филлипс и др. (1997). «Оценка воздействия на бентос органического обогащения морской аквакультуры». Загрязнение воды, воздуха и почвы 99: 641–650. Хейп, К. (1992). «Бентосные исследования: итоги и выводы». Серия достижений морской экологии 91: 265–268.
Хьюитт, Дж. Э., С. Ф. Траш и др. (2002). «Интеграция неоднородности в пространственных масштабах: взаимодействие между Atrina zelandica и донной макрофауной». Серия «Прогресс морской экологии» 239: 115–128.
Джонсон, Б.Х. и П.Р. Шредер (1995). STFATE - Краткосрочная судьба удаления вынутого грунта в моделях открытой воды. Экспериментальная станция инженеров водных путей армии США. Карр, младший (1991). «Биологическая целостность: давно игнорируемый аспект управления водными ресурсами». Экологические приложения 1 (1): 66–84.
Киган, Б.Ф., Д.С. Роудс и др. (2001). Изображения профиля отложений как инструмент мониторинга бентоса: введение в «долгосрочную» оценку истории болезни (залив Голуэй, западное побережье Ирландии). Симпозиум «организмы и осадки». Колумбия, Издательство Университета Южной Каролины: 43–62.
Кениг Б., Г. Холст и др. (2001). Визуализация распределения кислорода на границах бентоса: краткий обзор. Симпозиум «организмы и осадки». Колумбия, Издательство Университета Южной Каролины: 63.
Маурер Д., Р.Т. Кек и др. (1986). «Вертикальная миграция и смертность морского бентоса в вынутом грунте: синтез». Internationale Revue Der Gesamten Hydrobiologie 71 (1): 49–63.
Маурер Д., Р.Т. Кек и др. (1982). «Вертикальная миграция и смертность бентоса в грунте: часть III – Полихеты». Исследования морской окружающей среды 6 (1): 49–68.
Маццола А., С. Мирто и др. (1999). «Первоначальное воздействие рыбоводных ферм на комплексы мейофауны в прибрежных отложениях западного Средиземноморья». Бюллетень о загрязнении морской среды 38(12): 1126–1133.
Нильссон, Х.К. и Р. Розенберг (1997). «Оценка качества бентической среды обитания фьорда с повышенным содержанием кислорода по изображениям профиля поверхности и отложений». Дж. Мар. Сист 11: 249–264.
НОАА (2003). Программа характеристики и восстановления ландшафта (LCR), Центр прибрежных служб NOAA. 2003.
Нода, Т. (2004). «Пространственный иерархический подход в экологии сообществ: выход за рамки высокой контекстной зависимости и низкой предсказуемости местных явлений». Экология населения 46 (2): 105–117.
Онтарио, БиО, о. (2006). Штрих-код систем данных о жизни, Институт биоразнообразия Онтарио. 2006. Парламентский комиссар (1995). Утилизация дноуглубительных работ в заливе Хаураки: заключительный отчет группы технической оценки. Веллингтон, Новая Зеландия, парламентский комиссар по окружающей среде: 71.
Паттерсон А., Р. Кеннеди и др. (2006). «Полевые испытания новой недорогой камеры для получения изображений профиля отложений на базе сканера». Лимнология и океанография: Методы 4: 30–37.
Пирсон, Т.Х. и Р. Розенберг (1978). «Макробентосная последовательность в связи с органическим обогащением и загрязнением морской среды». Океанография и морская биология: Ежегодный обзор 16: 229–311.
Печ Д., А.Р. Кондал и др. (2004). «Оценка численности беспозвоночных скалистых берегов в небольшом пространственном масштабе с помощью цифровой фотографии высокого разрешения и анализа цифровых изображений». Журнал экспериментальной морской биологии и экологии 299 (2): 185–199.
Поклингтон П., Д.Б. Скотт и др. (1994). Реакция полихет на различные виды аквакультурной деятельности. Материалы Международной конференции полихет, Париж, Франция, Mém. Муз. ест. Хист. Нат. Рабуй К., Л. Дени и др. (2003). «Потребность в кислороде в прибрежных морских отложениях: сравнение микроэлектродов in situ и лабораторных инкубаций керна». Журнал экспериментальной морской биологии и экологии 285: 49–69.
Райнер, С.Ф. (1981). Бентические сообщества мягкого дна в гавани Отаго и заливе Блюскин, Новая Зеландия. Данидин, Новая Зеландия, Мемуары Новозеландского океанографического института: 38.
Рамзи, С. (2005). Применение RTK GPS для профилирования пляжей с высокой плотностью населения и точной батиметрии для оценки восстановления отложений в Шелли-Бич, гавань Отаго, Новая Зеландия. Гидрографические изыскания. Данидин, Новая Зеландия, Университет Отаго: 131.
Рис, Х.Л., С.М. Роулатт и др. (1992). Исследования бентоса на свалках дноуглубительных работ в Ливерпульском заливе, Управление исследований рыболовства Министерства сельского хозяйства, рыболовства и продовольствия: 21.
Роудс, округ Колумбия, и С. Канде (1971). «Камера профиля осадков для исследования отношений организм-отложения in situ». Лимнология и океанография 16: 110–114.
Роудс, округ Колумбия, К. Койл и др. (1997). Методы и аппаратура для спектроскопических измерений слоев отложений под водоемом. Патент США 5604582. Соединенные Штаты Америки, Международная корпорация Science Application (Сан-Диего, Калифорния).
Роудс, округ Колумбия, и Джей Ди Джермано (1982). «Характеристика отношений организм-отложения с использованием изображений профиля отложений: эффективный метод дистанционного экологического мониторинга морского дна (система Remots (tm))». Прогресс морской экологии, серия 8: 115–128.
Роудс, округ Колумбия, Р. Уорд и др. (2001). Важность технологий в исследованиях и мониторинге бентоса: оглядываясь назад, чтобы заглянуть в будущее. Симпозиум «организмы и осадки». Колумбия, Университет Южной Каролины Press: 1-15.
Роджерс, К.М. (2003). «Стабильные показатели изотопов углерода и азота указывают на восстановление морской биоты после загрязнения сточными водами в Моа-Пойнт, Новая Зеландия». Бюллетень о загрязнении морской среды 46(7): 821–827.
Румор, Х. и Х. Шоманн (1992). «Профили отложений REMOTS вокруг разведочной буровой установки в южной части Северного моря». Серия достижений морской экологии 91: 303–311.
Шлейер, М.Х., Дж.М. Хейлкуп и др. (2006). «Бентосное исследование отмели Аливал и оценка воздействия стоков древесной массы на риф». Бюллетень по загрязнению морской среды 52: 503–514.
Шрацбергер М., Х.Л. Рис и др. (2000). «Влияние моделирования осаждения вынутого грунта на структуру скоплений нематод - роль загрязнения». Морская биология 137 (4): 613–622.
Смит, К.Дж., Х. Румор и др. (2003). «Анализ воздействия донных тралов на осадочное морское дно с помощью изображений профиля отложений». Журнал экспериментальной морской биологии и экологии 285: 479–496.
Солан М., Дж. Д. Джермано и др. (2003). «На пути к лучшему пониманию закономерностей, масштабов и процессов в морских донных системах: одна картина стоит тысячи червей». Журнал экспериментальной морской биологии и экологии 285: 313–338.
Солан, М. и Р. Кеннеди (2002). «Наблюдение и количественная оценка отношений животных и отложений in situ с использованием покадровых изображений профиля отложений (t-SPI)». Серия «Прогресс морской экологии» 228: 179–191.
Сомерфилд, П.Дж. и К.Р. Кларк (1997). «Сравнение некоторых методов, обычно используемых для сбора сублиторальных отложений и связанной с ними фауны». Исследования морской среды 43 (3): 145–156.
Салстон Дж. и Г. Ферри (2002). Общая нить. Вашингтон, округ Колумбия, США, Джозеф Генри Пресс. Дрозд, С.Ф., С.М. Лори и др. (1999). Проблема масштаба: неопределенности и последствия для морских сообществ с мягким дном и оценка воздействия человека. Биогеохимический круговорот и экология осадков. Дж. С. Грей, У. Дж. Эмброуз и А. Санявска. Дордрехт, Kluwer Academic Publishers: 195–210.
Ткаченко, КС (2005). «Оценка системы анализа видеотрансектов, используемых для отбора проб сублиторальной эпибиоты». Журнал экспериментальной морской биологии и экологии 318 (1): 1–9.
Виолье Э., К. Рабуй и др. (2003). «Бентосная биогеохимия: современные технологии и рекомендации для будущего исследований на месте». Журнал экспериментальной морской биологии и экологии 285: 5-31.
Вопель К., Д. Тистл и др. (2003). «Влияние хрупкой звезды Amphiura filiformis (Amphiuridae, Echinodermata) на поток кислорода в осадок». Лимнология и океанография 48 (5): 2034–2045.
Уэстон, ДП (1990). «Количественное исследование изменений сообщества макробентоса по градиенту органического обогащения». Серия «Прогресс морской экологии» 61: 233–244.
Заяк, Р.Н. (1999). Понимание ландшафта морского дна с точки зрения оценки воздействия и управления окружающей средой в прибрежных морских отложениях. Биогеохимический круговорот и экология осадков. Дж. С. Грей, У. Дж. Эмброуз и А. Санявска. Дордрехт, Kluwer Academic Publishers: 211–228.