I leoni marini smettono di muggire e scivolano, uno per uno, dal molo nell’acqua marrone-moka del fiume Fraser, vicino a Vancouver, British Columbia. La superficie dell’acqua è liscia, ad eccezione di una linea di increspature che si muovono lentamente verso l’alto. I leoni marini sembrano sapere che la superficie calma smentisce tumulto sotto.,
La marea è appena girata, e una lingua di acqua salata sta prima strisciando, poi galoppando, di nuovo nel Fraser poche ore dopo essere stata espulsa da un forte deflusso durante il precedente riflusso. Anche se la superficie appare calma, l’intersezione sottomarina di acqua dolce e salata ruggisce con vortici turbolenti forti come qualsiasi altro nell’oceano. La confusione di acqua vorticosa e sedimenti sospesi disorienta il salmone verso casa, fornendo una festa facile per i leoni marini.
Non tutti i fiumi finiscono drammaticamente come il Fraser., Ma la mescolanza di corsi d’acqua dolce e fiumi con maree oceaniche salate in un corpo d’acqua parzialmente chiuso—gli scienziati naturali lo chiamano estuario—alimenta alcuni degli ecosistemi più produttivi della Terra, e anche alcuni dei più vulnerabili.
Molto prima dell’avvento della civiltà, i primi umani riconoscevano la generosità dell’estuario e rendevano queste regioni un punto focale per l’abitazione umana. Sfortunatamente, lo sviluppo eccessivo, lo scarso uso del suolo e secoli di contaminazione industriale hanno preso un pedaggio sulla maggior parte degli estuari., Porto di Boston, baia di San Francisco, e il fiume Hudson sono i bambini manifesto per il degrado ambientale.
Eppure c’è speranza. Estuari sono le terre di confine tra sale – e ambienti d’acqua dolce, e sono incredibilmente diverse sia biologicamente che fisicamente. La diversità e l’alta energia dell’ecosistema rendono gli estuari notevolmente resilienti. Con una migliore comprensione di questi sistemi, possiamo invertire il loro declino e ripristinare la ricchezza ecologica di questi ambienti preziosi, anche se fangosi.
Come funziona un estuario?,
Dal punto di vista del fisico, la differenza di densità tra acqua dolce e salata rende gli estuari interessanti. Quando l’acqua del fiume incontra l’acqua di mare, l’acqua dolce più leggera sale e sopra l’acqua salata più densa. L’acqua di mare si getta nell’estuario sotto l’acqua del fiume in uscita, spingendosi a monte lungo il fondo.
Spesso, come nel fiume Fraser, questo si verifica in un fronte di sale improvviso. Attraverso tale fronte, il contenuto di sale (salinità) e la densità possono cambiare da oceanico a fresco in poche decine di metri orizzontalmente e appena un metro verticalmente.,
Che accompagnano questi forti gradienti di salinità e densità sono grandi cambiamenti verticali nella direzione e nella forza della corrente. Non puoi vedere queste acque vorticose dalla superficie, ma un pescatore potrebbe scoprire che la sua rete assume una vita propria quando la abbassa in acqua apparentemente placida.
Plinio il Vecchio, il noto naturalista romano, senatore e comandante della Flotta imperiale nel i secolo d.C., osservò questo particolare comportamento delle reti dei pescatori nello stretto del Bosforo, vicino a Istanbul., Plinio dedusse che le correnti di superficie e di fondo scorrevano in direzioni opposte, e fornì la prima documentazione scritta di ciò che ora chiamiamo la ” circolazione degli estuari.”
Intrusione di acqua salata
I flussi opposti di acqua dolce e salata a volte scorrono senza intoppi, uno sopra l’altro. Ma quando la differenza di velocità raggiunge una certa soglia, risultati turbolenza vigorosa, e il sale e acqua dolce sono mescolati., Le correnti di marea, che agiscono indipendentemente dalla circolazione dell’estuario, aggiungono anche alla turbolenza, mescolando il sale e le acque dolci per produrre acqua salmastra nell’estuario.
Nel fiume Fraser, questa circolazione è confinata in una zona frontale molto breve ed energica vicino alla foce, a volte lunga solo diverse centinaia di metri. In altri estuari, come la baia di San Francisco, la baia di Chesapeake o il fiume Hudson, il fronte salino e la circolazione degli estuari si estendono nell’entroterra per molte miglia.,
L’intrusione di sale verso terra è attentamente monitorata dagli ingegneri a causa delle potenziali conseguenze per l’approvvigionamento idrico se l’intrusione di sale si estende troppo lontano. Per esempio, la città di Poughkeepsie, N. Y., 60 miglia a nord della foce del fiume Hudson, dipende dal fiume per la sua acqua potabile. Circa una volta per decennio, le condizioni di siccità causano l’intrusione di sale per avvicinarsi all’assunzione di acqua dolce Poughkeepsie. L’ultima volta che è successo, nel 1995, è stato necessario versare acqua extra dalle dighe a monte per evitare che il fronte salino diventasse un pericolo per la salute pubblica.,
La linfa vitale degli estuari
La circolazione degli estuari svolge una preziosa funzione ecologica. Il flusso di fondo continuo fornisce un efficace sistema di ventilazione, attirando nuova acqua oceanica ed espellendo acqua salmastra. Se non fosse per questo processo naturale di “lavaggio”, le acque dell’estuario diventerebbero stagnanti, l’inquinamento si accumulerebbe e l’ossigeno si esaurirebbe.
Questo sistema di circolazione porta a un’incredibile produttività ecologica. I nutrienti e l’ossigeno disciolto vengono continuamente riforniti dall’oceano e i rifiuti vengono espulsi nelle acque superficiali., Questa azione di pompaggio porta ad alcuni dei più alti tassi di crescita delle piante microscopiche (i ricercatori la chiamano “produzione primaria”) in qualsiasi ambiente marino. Questa popolazione brulicante di plancton fornisce una base per diverse e preziose reti alimentari, alimentando la crescita di alcuni dei nostri pesci più pregiati, uccelli e mammiferi: salmone, spigola striata, airone blu, aquile calve, foche e lontre, solo per citarne alcuni.
Il vigore della circolazione dipende in parte dalla fornitura di acqua di fiume per spingere indietro l’acqua salata., La San Francisco Bay area è diventata un centro di polemiche negli ultimi anni, perché ci sono molti interessi in competizione per l “acqua dolce che scorre nella baia—principalmente l” agricoltura e le forniture di acqua urbana che si estende a sud della California. Gli ambientalisti sono determinati che la baia di San Francisco dovrebbe ottenere” la sua parte ” dell’acqua dolce proveniente dal delta Sacramento-San Joachim perché i vasti habitat d’acqua dolce della regione sono particolarmente vulnerabili all’intrusione di sale.,
La circolazione dell’estuario è anche influenzata dalle maree; le maree più forti generalmente migliorano lo scambio e migliorano la funzione ecologica del sistema. L’estuario Hudson, per esempio, è marea per 153 miglia nell’entroterra a Troy, New York Gli indiani Algonquin chiamato il fiume Mohicanituk, “il fiume che scorre in entrambe le direzioni.”
Rovinare il sistema
Gli estuari hanno i loro problemi. Alcuni sono autoinflitti; alcuni sono causati dagli abusi dell’abitazione umana.
Un estuario, con tutti i suoi movimenti dinamici, ha un attributo che promuove la propria distruzione: intrappola i sedimenti., Quando il fango sospeso e i solidi di un fiume entrano nell’estuario, incontrano il fronte del sale. A differenza dell’acqua dolce, che sale e supera lo strato salino, il sedimento cade dallo strato superficiale nello strato più denso e più salato dell’acqua che si muove nell’estuario. Mentre cade, rimane intrappolato e si accumula sul fondo. Lentamente, l’estuario diventa sempre più fangoso, meno profondo e meno profondo.
Occasionalmente una grande inondazione spingerà il sale fuori dall’estuario, portando con sé il sedimento fangoso., I nuclei di sedimenti nel fiume Hudson indicano che i sedimenti possono accumularsi per 10, 20 o anche 50 anni, stabilendo strati ogni anno come anelli di alberi. Ma poi un uragano o un grande scioglimento della neve inonda il fiume, spazza via gli strati di sedimenti e manda il fango in mare.
Il comportamento “episodico” della deposizione dei sedimenti è una buona notizia e una cattiva notizia. È buono perché una grande tempesta può impedire a un estuario di diventare troppo superficiale troppo veloce. In effetti, sembra che negli ultimi 6.000 anni, il dragaggio naturale da grandi tempeste abbia mantenuto una profondità d’acqua quasi costante nell’estuario dell’Hudson.,
La cattiva notizia è che il sedimento conserva una “memoria” di tutti i contaminanti che lo hanno attraversato nel corso degli anni. Le normative ambientali sono molto più severe rispetto a 50 anni fa e abbiamo smesso di usare molte sostanze chimiche che danneggiano l’ambiente. Ad esempio, i policlorobifenili (PCB) sono stati vietati negli 1970 perché hanno dimostrato di essere tossici per i pesci e la fauna selvatica e per gli esseri umani che li consumano., Eppure abbiamo ancora un problema di contaminazione nell’Hudson e in altri fiumi perché i PCB sono lenti a decadere e ogni nuova alluvione rimobilizza questi contaminanti “legacy” e prolunga la nostra esposizione.
Trickle-down effects
Miliardi di dollari vengono ora spesi per ripulire gli estuari americani contaminati dall’inquinamento industriale. A Boston, ad esempio, il nuovo sistema fognario creato per salvare il porto di Boston costa ai contribuenti circa billion 5 miliardi. Il programma Superfund della U. S. Environmental Protection Agency raccoglie e spende miliardi di dollari in più per bonificare gli estuari.,
Spesso le strategie di bonifica sono complesse e controverse. Nel caso del fiume Hudson, c’è un acceso dibattito sul fatto che i sedimenti contaminati da PCB debbano essere rimossi-dragati con metodi high—tech che teoricamente minimizzano i danni ambientali-o lasciati indisturbati. Quel dibattito ruota sul fenomeno episodico della tempesta: i sedimenti contaminati sono lì per rimanere, o potrebbero essere agitati quando il prossimo uragano attraversa la Hudson Valley?
A parte le iniziative di pulizia, parti dell’Hudson devono essere dragate per scopi di navigazione., Il dragaggio non è così costoso o difficile, ma trovare un posto dove mettere i sedimenti contaminati è un problema. Il porto di New York ha riempito le miniere di carbone abbandonate della Pennsylvania con il suo fango contaminato, ma questa non è una soluzione a lungo termine.
Mentre i problemi degli estuari americani sono complicati e costosi, impallidiscono rispetto agli estuari asiatici. L’intera nazione del Bangladesh si trova all’interno dell’estuario e della pianura alluvionale inferiore del fiume Gange-Brahmaputra., Altri fiumi asiatici come il Mekong, Chiang Jiang (o Yangtze) e Huang Ho (o fiume Giallo) sono affollati e tesi da insediamenti umani concentrati. L’aumento globale del livello del mare sta causando una perdita di terra, un aumento delle inondazioni e una maggiore intrusione di sale in questi estuari.
La domanda di acqua a monte per l’irrigazione e l’uso domestico riduce significativamente il flusso di acqua dolce attraverso questi sistemi., Il fiume Indo e gli estuari di Huang Ho hanno sofferto di drastiche riduzioni del flusso di acqua dolce negli ultimi decenni, e l’impatto di queste alterazioni umane è stato appena riconosciuto. Saranno necessarie nuove politiche sull’uso del suolo, la diversione idrica e persino la produzione globale di anidride carbonica (che influisce sul riscaldamento globale e sull’innalzamento del livello del mare) per proteggere questi ambienti vulnerabili degli estuari e i loro abitanti umani.,
Fomentare nuove idee
Una delle sfide della ricerca estuarine è che la maggior parte dei problemi significativi sono interdisciplinari, che coinvolgono la fisica, la biologia, la chimica, la geologia, e spesso le politiche pubbliche e l’economia. Gli estuari sono anche incredibilmente diversi, arrivando in tutte le forme e dimensioni. Eppure gli scienziati sono continuamente sfidati dai politici pubblici a generalizzare i nostri risultati dagli studi di un estuario e applicarli al resto degli estuari del mondo.,
Come scienziati, uno dei nostri ruoli è quello di prevedere i cambiamenti nell’ambiente, date diverse influenze naturali e indotte dall’uomo. Per prevedere la salute degli estuari in futuro, abbiamo alcune domande fondamentali a cui rispondere sul presente e sul passato. Fino a che punto il sale si intrometterà se il flusso del fiume viene tagliato a metà? I cambiamenti nel flusso del fiume aumentano o diminuiscono la velocità con cui i sedimenti affondano l’estuario? Che effetto hanno tali cambiamenti sui pesci che depongono le uova in acqua dolce?
Ciò che apprendiamo sarà fondamentale per una popolazione umana che apprezza sempre più le acque costiere., Abbiamo bisogno di una politica pubblica solida per ridurre la vulnerabilità alle inondazioni costiere e per proteggere l’acqua potabile, le forniture alimentari e alcuni degli habitat più importanti del mondo. Svilupperemo politiche migliori solo se riusciremo a fondarle su una scienza migliore.