søløverne holder op med at brøle og glider en efter en ud af molen i det mokka-brune vand i Fraser-floden, nær Vancouver, British Columbia. Overfladen af vandet er glat, bortset fra en linje af krusninger bevæger sig langsomt op ad floden. Søløverne synes at vide, at den rolige overflade modsiger uro nedenunder.,
tidevandet er lige vendt, og en tunge saltvand kryber først og galopperer tilbage i Fraser kun få timer efter at være blevet udvist af en stærk udstrømning under den forrige Ebbe. Selvom overfladen ser rolig ud, Roler undervandskrydset mellem frisk og saltvand med turbulente hvirvler så stærke som alle i havet. Forvirringen af hvirvlende vand og suspenderede sedimenter desorienterer hjemmebundet laks, hvilket giver en let fest for søløverne.
ikke alle floder slutter så dramatisk som Fraser., Men blandingen af ferskvandsstrømme og floder med salt tidevand i en delvis lukket vandmasse—naturforskere kalder det en flodmunding—brænder nogle af de mest produktive økosystemer på jorden, og også nogle af de mest sårbare.længe før civilisationens fremkomst anerkendte de tidlige mennesker flodmundingen og gjorde disse regioner til et samlingspunkt for menneskelig beboelse. Desværre har overudvikling, dårlig arealanvendelse og århundreder med industriel forurening taget en vejafgift på de fleste flodmundinger., Boston Harbor, San Francisco Bay, og Hudson River er plakat børn for miljøforringelse.
men der er håb. Flodmundinger er grænselandet mellem salt-og ferskvandsmiljøer, og de er utroligt forskellige både biologisk og fysisk. Økosystemets mangfoldighed og høje energi gør flodmundinger bemærkelsesværdigt modstandsdygtige. Med en bedre forståelse af disse systemer kan vi vende deres tilbagegang og gendanne den økologiske rigdom i disse værdifulde, omend mudrede miljøer.
Hvordan fungerer en flodmunding?,
fra en fysikers synspunkt gør densitetsforskellen mellem frisk og saltvand flodmundinger interessant. Når flodvand møder havvand, stiger det lettere ferskvand op og over det tættere saltvand. Havvand næser ind i flodmundingen under det udstrømmende flodvand, skubber sin vej opstrøms langs bunden.
ofte, som i Fraser-floden, sker dette ved en pludselig saltfront. På tværs af en sådan front kan saltindholdet (saltholdighed) og densitet ændre sig fra oceanisk til frisk på kun få ti meter vandret og så lidt som en meter lodret.,
ledsager disse stærke saltholdighed og densitetsgradienter er store lodrette ændringer i nuværende retning og styrke. Du kan ikke se disse hvirvlende farvande fra overfladen, men en fisker kan opleve, at hans net tager et eget liv, når han sænker det til tilsyneladende roligt vand.
Plinius den ældre, den bemærkede romerske naturforsker, senator og kommandør for den kejserlige flåde i det 1.århundrede e. kr., observerede denne særegne opførsel af fiskernet i Bosporusstrædet, nær Istanbul., Plinius udledte, at overflade-og bundstrømme strømmer i modsatte retninger, og han leverede den første skriftlige dokumentation af det, vi nu kalder “flodmundingen.”
saltvandsindtrængning
de modsatte friske og saltvandsstrømme flyder undertiden glat, den ene over den anden. Men når hastighedsforskellen når en bestemt tærskel, resulterer kraftig turbulens, og saltet og ferskvandet blandes., Tidevandsstrømme, der virker uafhængigt af flodmundingen, øger også turbulensen, blander salt og ferskvand for at producere brakvand i flodmundingen.
i Fraser-floden er denne cirkulation begrænset til en meget kort og energisk frontal zoneone nær munden, nogle gange kun flere hundrede meter lang. I andre flodmundinger, såsom San Francisco Bay, Chesapeake Bay eller Hudson River, strækker saltfronten og den ledsagende flodmunding sig ind i landet i mange miles.,saltindtrængning overvåges nøje af ingeniører på grund af de potentielle konsekvenser for vandforsyningen, hvis saltindtrængen strækker sig for langt. For eksempel, byen Poughkeepsie, N. Y., 60 miles nord for mundingen af Hudson-floden, afhænger af floden for dens drikkevand. Årti, tørkeforhold får saltindtrængen til at nærme sig Poughkeepsie ferskvandsindtag. Sidste gang dette skete, i 1995, måtte der spildes ekstra vand fra dæmninger opstrøms for at forhindre saltfronten i at blive en folkesundhedsfare.,
flodmundingernes livblod
flodmunding tjener en værdifuld, økologisk funktion. Den kontinuerlige bundstrøm giver et effektivt ventilationssystem, der trækker nyt oceanisk vand og udviser brakvand. Hvis det ikke var for denne naturlige “skylleproces”, ville flodmundingens farvande blive stillestående, forurening ville ophobes, og ilt ville blive udtømt.
dette cirkulationssystem fører til utrolig økologisk produktivitet. Næringsstoffer og opløst ilt tilføres konstant fra havet, og affald udvises i overfladevandet., Denne pumpeaktion fører til nogle af de højeste vækstrater for mikroskopiske planter (forskere kalder det “primærproduktion”) i ethvert havmiljø. Denne vrimlende befolkning af plankton giver en base for forskellige og værdifulde mad weebs, brændstof til væksten af nogle af vores mest værdsatte fisk, fugle, og pattedyr—laks, stribet bas, stor blå hejre, skaldede ørne, sæler, og oddere, for at nævne nogle få.
cirkulationens kraft afhænger delvis af tilførslen af flodvand for at skubbe saltvandet tilbage., San Francisco Bay area er blevet et centrum for kontroverser i de senere år, fordi der er mange interesser, der konkurrerer om det ferskvand, der strømmer ind i bugten—hovedsageligt landbrug og vandforsyning i byerne, der strækker sig til det sydlige Californien. Miljøforkæmpere er fast besluttet på, at San Francisco Bay skal få “sin andel” af det friske vand, der kommer fra Sacramento-San Joachim-deltaet, fordi de store ferskvandshabitater i regionen er særligt sårbare over for saltindtrængning.,
Estuarine cirkulation påvirkes også af tidevandet; stærkere tidevand forbedrer generelt udvekslingen og forbedrer systemets økologiske funktion. Hudson flodmundingen, for eksempel, er tidevand for 153 miles inde i landet til Troy, N. Y. Algon .uin indianerne kaldte floden Mohicanituk, “floden, der flyder begge veje.”
Mucking op systemet
flodmundinger har deres problemer. Nogle er selvforskyldt; nogle er forårsaget af misbrug af menneskelig beboelse.
en flodmunding med alle dens dynamiske omrøringer har en egenskab, der fremmer sin egen ødelæggelse: den fælder sediment., Når suspenderet mudder og faste stoffer fra en flod kommer ind i flodmundingen, støder de på saltfronten. I modsætning til ferskvand, der rider op og over saltvandslaget, falder sedimentet ud af overfladelaget i det tættere, saltere lag vand, der bevæger sig ind i flodmundingen. Når det falder, bliver det fanget og akkumuleres på bunden. Langsomt, flodmundingen vokser mudrer og mudrer, fladere og lavvandede.
lejlighedsvis vil en større oversvømmelse skubbe saltet lige ud af flodmundingen og bære det mudrede sediment sammen med det., Sedimentkerner i Hudson-floden indikerer, at sediment kan akkumulere for 10, 20, eller endda 50 flere år, lægger lag hvert år som træringe. Men så oversvømmer en orkan eller stor snesmeltning floden, tørrer lagene af sediment ud og sender mudderet ud til havet.
den “episodiske” opførsel af sedimentaflejring er gode nyheder og dårlige nyheder. Det er godt, fordi en stor storm kan forhindre en flodmunding i at blive for lav for hurtigt. Faktisk ser det ud til, at den naturlige udgravning af store storme i løbet af de sidste 6,000 år har opretholdt næsten konstant vanddybde i Hudson-flodmundingen.,
den dårlige nyhed er, at sedimentet bevarer en “hukommelse” af alle de forurenende stoffer, der har passeret det gennem årene. Miljøbestemmelserne er langt strengere nu, end de var for 50 år siden, og vi er holdt op med at bruge mange kemikalier, der ødelægger miljøet. For eksempel blev polychlorerede biphenyler (PCB ‘er) forbudt i 1970’ erne, fordi de viste sig at være giftige for fisk og dyreliv og for de mennesker, der forbruger dem., Alligevel har vi stadig et forureningsproblem i Hudson og andre floder, fordi PCB ‘ er er langsomme til at forfalde, og hver ny oversvømmelse remobiliserer disse “arv” forurenende stoffer og forlænger vores eksponering.
Trickle-do .n effekter
milliarder af dollars bruges nu til at rydde op i amerikanske flodmundinger Forurenet af industriel forurening. I Boston, for eksempel, det nye kloaksystem oprettet for at spare Boston Harbor koste skatteyderne omkring $5 milliarder. Superfund-programmet fra det amerikanske miljøbeskyttelsesagentur indsamler og bruger milliarder af dollars mere til at afhjælpe flodmundinger.,
ofte oprydningsstrategierne er komplekse og kontroversielle. I tilfælde af Hudson River er der en ophedet debat om, hvorvidt PCB-forurenede sedimenter skal fjernes—mudret med højteknologiske metoder, der teoretisk minimerer miljøskader-eller forlades uforstyrret. Denne debat drejer sig om det episodiske stormfænomen: er de forurenede sedimenter der for at blive, eller kunne de blive rørt op, når den næste orkan vasker gennem Hudson Valley?
bortset fra oprydningsinitiativer skal dele af Hudson mudres til navigationsformål., Mudring er ikke så dyrt eller vanskeligt, men at finde et sted at lægge forurenede sedimenter er et problem. Havnen i Ne.York har fyldt op forladte Pennsylvania kulminer med sin forurenede mudder, men det er ikke en langsigtet løsning.selvom problemerne med amerikanske flodmundinger er komplicerede og dyre, bleges de i sammenligning med asiatiske flodmundinger. Hele nationen Bangladesh ligger inden for flodmundingen og nedre flodslette af Ganges-Brahmaputra-floden., Andre asiatiske floder som Mekong, Chiang Jiang (eller Yangt .e) og Huang Ho (eller Yello.River) er overfyldte og anstrengt af koncentrerede menneskelige bosættelser. Den globale stigning i havniveauet forårsager et tab af jord, øget oversvømmelse og øget saltindtrængning i disse flodmundinger.
efterspørgslen efter vand opstrøms til kunstvanding og husholdningsbrug reducerer ferskvandsstrømmen gennem disse systemer betydeligt., Indus-floden og Huang Ho-flodmundingerne har lidt af drastiske reduktioner af ferskvandsstrømmen i de sidste adskillige årtier, og virkningen af disse menneskelige ændringer anerkendes lige nu. Nye politikker om arealanvendelse, vand-afledning og endda globale kuldioxid produktionen (som påvirker den globale opvarmning og stigende vandstand) vil være behov for at beskytte disse sårbare flodmundinger miljøer og deres menneskelige indbyggere.,
omrøring af nye ideer
en af udfordringerne ved flodmundingsforskning er, at de fleste af de væsentlige problemer er tværfaglige, der involverer fysik, biologi, kemi, geologi og ofte offentlig politik og økonomi. Flodmundinger er også utroligt forskellige, kommer i alle former og størrelser. Alligevel udfordres forskere løbende af offentlige politikere til at generalisere vores resultater fra undersøgelser af en flodmunding og anvende dem på resten af verdens flodmundinger.,
som forskere er en af vores roller at forudsige ændringer i miljøet i betragtning af forskellige naturlige og menneskeskabte påvirkninger. For at forudse flodmundingernes sundhed i fremtiden har vi nogle grundlæggende spørgsmål at besvare om nutiden og fortiden. Hvor langt vil salt trænge ind, hvis flodstrømmen skæres i halvdelen? Øger eller mindsker ændringer i flodstrømmen den hastighed, hvormed sedimenter skummer flodmundingen? Hvilken virkning har sådanne ændringer på fisken, der gyder i ferskvand?
det, vi lærer, vil være kritisk for en menneskelig befolkning, der i stigende grad værdsætter kystfarvande., Vi har brug for en sund offentlig politik for at mindske sårbarheden over for oversvømmelser i kysterne og for at beskytte drikkevand, fødevareforsyninger og nogle af verdens vigtigste levesteder. Vi vil kun udvikle bedre politikker, hvis vi kan basere dem på bedre videnskab.