Oceanografer afdækker forholdet mellem størrelse og produktivitet i et af verdens mest komplekse økosystemer

De findes over hele verden, er blandt de mest produktive økosystemer på Jorden og er hjemsted for en bred vifte af dyreliv. De er også afgørende for den globale økonomi. De er flodmundinger - kystnære bugter, hvor fersk flodvand og salt havvand mødes.

Men denne enkle definition modsiger flodmundingens kompleksitet, mangfoldighed og betydning for menneskets bæredygtighed.

"Flodmundinger er vanskelige, fordi de ikke passer godt til terrestrisk videnskab eller oceanografi, " sagde Nick Nidzieko, en professor ved Institut for Geografi ved UC Santa Barbara. Kald dem deltaer, sløjfer, strandenge, havne, lyde eller bugter, Flodmundingssystemer er hverken helt marine eller helt flod- eller flodbredder. Denne blanding af egenskaber, mangfoldighed af levesteder og variation i kvalitet har gjort det vanskeligt for forskere at drage konklusioner om, hvordan disse systemer tilsammen bidrager til globale processer, især med hensyn til kulstof- og næringsstofkredsløb gennem kystzonen.

"Vi omtaler et økosystems metabolisme som den totale metabolisme af alt i en flodmunding - alle dyrene, alle planter, " sagde Nidzieko. "Det er et integreret mål for, hvor meget organisk kulstof, der produceres eller forbruges på et sted." som er vigtige for fiskeriet, transport, forsendelse og bortskaffelse af spildevand, i vid udstrækning er blevet undersøgt på individuel basis, forklarede han, men deres kombinerede indvirkning på havets kulstofbudget er stadig noget af en sort boks.

Det viser sig, ifølge Nidziekos observationer, at større flodmundingssystemer typisk er mindre produktive pr. størrelsesenhed end de mindre. Begrebet større-er-mere-effektivt har sine rødder i evolutionær biologi.

"Dette er velkendt med dyr, " sagde han. Kendt som Kleibers lov, ideen er, at et dyrs stofskifte skalerer til tre fjerdedele af dets masse. Jo større dyret er, jo langsommere dens stofskifte. "En mus lever i et par år, dens hjerte banker hurtigt, og den skal spise konstant for at leve. En elefant spiser af og til, dens hjerte slår langsommere, og den lever i årtier, " forklarede Nidzieko.

Den samme 3/4-skalering gælder for flodmundinger. Efter at have studeret en række offentliggjorte økosystemmetabolismeundersøgelser, Nidzieko fastslog, at produktiviteten af ​​et estuarinsystem ofte ikke skaleres lineært med størrelsen; større, dybere flodmundingssystemer er noget mindre produktive pr. størrelsesenhed end deres mindre, mere lavvandede modstykker.

"Forklaringerne på, hvorfor elefanten har et langsommere stofskifte end en mus, giver det samme svar på, hvorfor San Francisco Bay ikke er helt så produktiv, pr. enhedsstørrelse, som Goleta Slough, " sagde Nidzieko. "Dette er dybest set drevet af fysikken. Dette papir viser, at stofskifte er relateret til næringsstoffers opholdstid - med andre ord, hvor hurtigt næringsstoffer bevæger sig gennem systemet."

Resultaterne kan påvirke den måde, flodmundinger vurderes for deres fordele og deres plads i den større globale kredsløb af kulstof, samt den planlægning, der ligger i anvendelsen af ​​disse områder. Indregning af størrelse og dybde i beregningerne af en flodmundings produktivitet kan også give videnskabsfolk mulighed for at se tilbage på, hvad der kan være gået tabt som følge af indtrængen i kystnære vådområder – historisk set været mål for udvikling – såsom San Francisco Bay, havne og havne rundt om i verden, og spildevandsbehandlingssystemer.

Derudover disse resultater tyder på, at flere saneringsprojekter af mindre flodmundingssystemer kan have relativt større effekt end et enkelt projekt i et større system. Men Nidzieko er hurtig til at påpege, at større systemer også kan gøre ting, som mindre systemer ikke kan, især inden for biodiversitet.

"Men dette kan give en vis vejledning i, hvordan man designer eller vurderer beskyttede områder, " sagde han. I den nærmeste fremtid planlægger Nidzieko at tage dette koncept fra den lavvandede flodmundingsskala til den anden yderlighed - havbassinskalaen.

"Det samme mønster gælder, men vi forstår endnu ikke helt hvorfor, " han sagde.