Undersøgelse viser, at havgræs har et stærkt potentiale til at bremse erosion

De flestes erfaringer med søgræs, hvis nogen, svarer til lidt mere end en kildren på deres ankler, mens de vader i lavvandede kystnære farvande. Men det viser sig, at disse allestedsnærværende planter, sorter, som findes rundt om i verden, kunne spille en nøglerolle i at beskytte sårbare kyster, da de står over for stormløb fra stigende havniveauer.

Ny forskning kvantificerer for første gang, gennem eksperimenter og matematisk modellering, hvor stor og tæt en sammenhængende eng af søgræs skal være for at give tilstrækkelig dæmpning af bølger i en given geografisk, klimatiske, og oceanografiske omgivelser.

I et par artikler, der vises i majudgaverne af to forskningstidsskrifter, Kystteknik og Journal of Fluids and Structures , MIT professor i civil- og miljøteknik Heidi Nepf og ph.d.-studerende Jiarui Lei beskriver deres resultater og de betydelige miljømæssige fordele, havgræs tilbyder. Disse omfatter ikke kun forebyggelse af stranderosion og beskyttelse af strandvolde og andre strukturer, men også forbedring af vandkvaliteten og binding af kulstof for at hjælpe med at begrænse fremtidige klimaændringer.

Disse tjenester, kombineret med bedre kendte tjenester såsom at give levesteder for fisk og mad til andre havdyr, betyde, at nedsænket vandvegetation inklusive søgræs giver en samlet værdi på mere end 4 billioner USD globalt hvert år, som tidligere undersøgelser har vist. Men i dag, nogle vigtige havgræsområder, såsom Chesapeake Bay, er nede på omkring halvdelen af ​​deres historiske havgræsdækning (efter at have vendt sig tilbage fra et lavpunkt på kun 2 procent), dermed begrænse tilgængeligheden af ​​disse værdifulde tjenester.

Nepf og Lei genskabte kunstige versioner af søgræs, samlet af materialer af forskellig stivhed for at gengive de lange, fleksible klinger og meget stivere baser, der er typiske for søgræsplanter som Zostera marina, også kendt som almindelig ålegræs. De oprettede en englignende samling af disse kunstige planter i en 79 fod lang (24 meter) bølgetank i MIT's Parsons Laboratory, som kan efterligne naturlige bølger og strømme. De udsatte engen for en række forskellige forhold, herunder stillestående vand, stærke strømme, og bølgelignende skvulp frem og tilbage. Deres resultater validerede forudsigelser lavet tidligere ved hjælp af en computeriseret model af individuelle planter.

Forskerne brugte de fysiske og numeriske modeller til at analysere, hvordan søgræsset og bølgerne interagerer under en række forskellige betingelser for plantetæthed, bladlængder, og vandbevægelser. Undersøgelsen beskriver, hvordan planternes bevægelse ændres med bladstivhed, bølgeperiode, og bølgeamplitude, giver en mere præcis forudsigelse af bølgedæmpning over strandenge. Mens anden forskning har modelleret nogle af disse tilstande, det nye værk gengiver mere trofast forholdene i den virkelige verden og giver en mere realistisk platform til at teste ideer om søgræsrestaurering eller måder at optimere de gavnlige virkninger af sådanne nedsænkede enge, de siger.

For at teste modellens gyldighed, holdet lavede derefter en sammenligning af de forudsagte virkninger af søgræs på bølger, ser på en bestemt strandeng ud for kysten af ​​den spanske ø Mallorca, i Middelhavet, som er kendt for at dæmpe kraften af ​​indkommende bølger med en faktor på omkring 50 procent i gennemsnit. Ved at bruge målinger af engmorfologi og bølgehastigheder indsamlet i en tidligere undersøgelse ledet af professor Eduardo Infantes, i øjeblikket ved Göteborgs Universitet, Lei var i stand til at bekræfte forudsigelserne fra modellen, som analyserede den måde, hvorpå spidserne af græsstråene og partikler suspenderet i vandet begge har tendens til at følge cirkulære stier, når bølgerne går forbi, danner bevægelsescirkler kendt som orbitaler.

Observationerne der matchede forudsigelserne meget godt, Lei siger, viser den måde, hvorpå bølgestyrke og søgræss bevægelse varierede med afstanden fra kanten af ​​engen til dens indre afstemt med modellen. Så, "Med denne model kan ingeniørerne og praktikerne vurdere forskellige scenarier for søgræsrestaureringsprojekter, hvilket er en stor sag lige nu, " siger han, at det kan gøre en væsentlig forskel, han siger, fordi nogle restaureringsprojekter nu anses for at være for dyre at gennemføre, der henviser til, at en bedre analyse kunne vise, at et mindre område, billigere at restaurere, kan være i stand til at give det ønskede beskyttelsesniveau. På andre områder, analysen kan vise, at et projekt slet ikke er værd at udføre, fordi egenskaberne ved de lokale bølger eller strømme ville begrænse græssernes effektivitet.

Den særlige strandeng på Mallorca, som de undersøgte, er kendt for at være meget tæt og ensartet, så et fremtidigt projekt er at udvide sammenligningen til andre havgræsområder, inklusive dem, der er mere pletvis eller mindre tæt bevokset, Nepf siger, for at demonstrere, at modellen faktisk kan være nyttig under en række forskellige forhold.

Ved at dæmpe bølgerne og dermed yde beskyttelse mod erosion, søgræsset kan fange fint sediment på havbunden. Dette kan væsentligt reducere eller forhindre løbsk vækst af alger fodret med de næringsstoffer, der er forbundet med det fine sediment, hvilket igen forårsager en udtømning af ilt, der kan dræbe meget af livet i havet, en proces kaldet eutrofiering.

Søgræs har også et betydeligt potentiale for at binde kulstof, både gennem sin egen biomasse og ved at filtrere fint organisk materiale fra det omgivende vand, ifølge Nepf, og dette er et fokus for hendes og Leis igangværende forskning. En hektar søgræs kan lagre omkring tre gange så meget kulstof som en hektar regnskov, og Lei siger, at foreløbige beregninger tyder på, at globalt, strandenge er ansvarlige for mere end 10 procent af kulstof begravet i havet, selvom de blot fylder 0,2 procent af arealet.

Mens andre forskere har undersøgt virkningerne af søgræs i jævne strømme, eller i oscillerende bølger, "de er de første til at kombinere disse to typer strømme, som er hvad rigtige planter typisk udsættes for. På trods af den ekstra kompleksitet, de ordner virkelig fysikken og definerer forskellige flow-regimer med forskellig adfærd, siger Frédérick Gosselin, professor i maskinteknik ved Polytechnique Montréal, i Canada, som ikke var forbundet med denne forskning.

Gosselin tilføjer, "Denne forskningslinje er kritisk. Landudviklere er hurtige til at fylde og uddybe vådområder uden at tænke meget over, hvilken rolle disse fugtige miljøer spiller." Denne undersøgelse "demonstrerer, hvordan nedsænket vegetation har en nøjagtigt kvantificerbar effekt på at dæmpe indkommende bølger. Det betyder, at vi nu kan evaluere nøjagtigt, hvor meget en eng beskytter kysten mod erosion. ... Denne information ville give bedre beslutninger fra vores lovgivere."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.