Forbindelse af kystnære processer med globale systemer

Vi lever, arbejde, og lege ved kysten.

Omkring 40 procent af verdens befolkning bor i øjeblikket nær kysten. Meget af verdens energi, forsvar, og industriel infrastruktur er placeret på kysten, og skibsfart gennem kysthavne tegner sig for mere end 90 procent af den globale handel.

Men kystlandskaber er også sårbare over for globale forandringer. Ved 2100, mere end dobbelt så mange mennesker kunne bo i områder, der er modtagelige for oversvømmelser, givet havniveaustigningen, byvækst, indvandring, og scenarier for høje kuldioxidemissioner.

"De vigtigste globale klimamodeller [computer] forskere bruger i øjeblikket beskriver kysten som en pixel, der i det væsentlige er halvt land og halvt hav, " sagde PNNL biogeokemiker Nick Ward. "Det afleverer bare landet til havet."

I en nylig anmeldelsesartikel, udgivet 18. maj i Naturkommunikation , et tværfagligt team af forskere ledet af Ward foreslog en vej til at forfine repræsentationen af ​​kystgrænseflader i jordsystemers modeller, der bruges til at forudsige klimaet på Jorden. De foreslår at beskrive funktionerne af kystgrænseflader på en økosystemskala, klassificering af kystnære økosystemer i nogle få funktionelle typer, ved hjælp af detaljerede modeller, der findes på lokal skala for disse kategorier, og derefter anvende erfaringer fra lokale modeller til lignende kystnære økosystemer rundt om på kloden.

Definition af kystprocesgradienter på en økosystemskala

Jordsystemmodeller beskriver, hvordan økosystemer rundt om i verden interagerer gennem næringsstof- og energioverførsel for at påvirke klimaet. Biologisk og geokemisk diversitet er grundlaget for mange af disse overførselscyklusser, og kystnære økosystemer er hjemsted for nogle af de mest biologisk og geokemisk forskellige systemer på planeten.

Imidlertid, de fleste detaljer om funktionen af ​​kystnære økosystemer mangler i de nuværende jordsystemmodeller. Disse modeller repræsenterer i øjeblikket en kystgrænseflade som en simpel overgang mellem land og hav. I virkeligheden, grænsefladen er et gradvist skift, formet i høj grad af balancen mellem tidevandsstrømning og ferskvandsudledning fra land.

Geografi - stejle eller lavvandede kystlinjer - er en primær faktor, der påvirker, hvordan ferskvand og havvand interagerer ved en kystgrænseflade. Effekten af ​​tidevand bevæger sig længere ind i landet gennem tidevandsfloder for lavvandede kystlinjer end en, hvor klippefyldte klipper møder havet. Også, at følge vandstrømmen ved en kystgrænseflade afslører processer og gradienter fra skalaen af ​​molekyler og mikrober til træer og sedimenter.

Blandingen af ​​ferskvand og saltvand ved en kystgrænseflade genererer en saltholdighedsgradient, der påvirker de typer af planter, der vokser inde i landet, samt sammensætningen af ​​mikrobielle samfund, der lever i jorden og sedimentet. Planterne og mikroberne i et kystområde påvirker et økosystems næringsstof- og kulstofkredsløb, og sediment skyllet fra land til floder og flodmundinger påvirker tilgængeligheden af ​​næringsstoffer.

"Disse faktorer er blevet undersøgt i laboratorier og på forskellige steder rundt om i verden, " sagde Vanessa Bailey, en jordbundsforsker ved PNNL. "Nu vil vi samle alle, der studerer grænsefladen mellem land og hav for bedre at forstå de forbundne processer, der sker i kystgrænseflader på økosystemskalaen."

Beskriver kystprocessforstyrrelser og modstandsdygtighed

Efterhånden som forskere arbejder for bedre at forstå, hvordan kystnære økosystemer fungerer, de har også en anden opgave:at studere, hvor modstandsdygtige disse økosystemer er over for globale forandringer. Fordi kyst-økosystemer er en grænseflade mellem land og hav, de oplever også effekter af forstyrrelser i begge områder. Tørke og ændringer i arealanvendelsen inde i landet kan påvirke kystprocesser, sammen med havniveaustigningen i havet.

Med så mange indbyrdes forbundne processer, der sker i kystnære økosystemer, videnskabsmænd står over for mange spørgsmål, når de opretter detaljerede forudsigende modeller af funktionen og responsen af ​​kystgrænseflader. Hvilke kystnære processer og hvilke landbaserede processer skal inddrages? På hvilke geografiske og tidsskalaer? Afspejler modellerne, hvordan kystnære økosystemer kunne reagere på globale forandringer?

Klassificering af kystprocesser og koordinering af fremtidig forskning

I deres artikel, holdet af tværfaglige forskere fra den akademiske verden, nationale laboratorier, og føderale agenturer foreslår en strategi til at besvare disse spørgsmål. En måde at repræsentere kystgrænseflader i jordsystemmodellen er med en model af hvert kyst-økosystem i verden. Imidlertid, med 372, 000 miles kyststrækning rundt om i verden, forskerne erkender, at opgaven er uigennemførlig.

Så de tilbyder en anden mulighed:klassificere kystnære økosystemer i nogle få funktionelle typer, lave detaljerede modeller for disse kategorier, og derefter anvende disse modeller på andre kystnære økosystemer.

Funktionelle klassifikationer kunne beskrive geografiske træk, som forrevne kystlinjer eller let skrånende strande. De kunne beskrive økosystemer på måder, der samler forskellige typer flodmundingssystemer, tidevandsflader, eller kystlinjer sammen.

"Når det videnskabelige samfund udvikler disse modeller, det vil også afsløre huller, hvor flere observationsdata er nødvendige for at validere modellerne, " sagde Ward. For at indsamle de data, han og hans kolleger anbefaler at udnytte eksisterende langsigtede økologiske overvågningsnetværk og rette forskningen mod almindelige spørgsmål.

Opgaven forude er noget, ingen kan klare alene, konkluderede holdet. Ward var enig:"At udvikle disse detaljerede modeller vil kræve koordinering på tværs af institutioner, finansieringsbureauer, og eksisterende langsigtede forskningsnetværk for at udvikle en global forståelse af kystgrænseflader."