de zeeleeuwen stoppen met brullen en glijden één voor één van de steiger af in het Mokka-bruine water van de Fraser River, nabij Vancouver, British Columbia. Het oppervlak van het water is glad, behalve een lijn van rimpelingen die langzaam stroomopwaarts bewegen. De zeeleeuwen lijken te weten dat het kalme oppervlak de onrust eronder logenstraft.,
het tij is net gekeerd, en een tong zout water kruipt eerst, dan galoppeert, terug in de Fraser slechts een paar uur na het worden verdreven door een sterke uitstroom tijdens de vorige EB. Hoewel het oppervlak kalm lijkt, rolt de onderwater kruising van zoet en zout water met turbulente draaikolken zo sterk als alle andere in de oceaan. De verwarring van wervelend water en zwevende sedimenten desoriënteert naar huis gerichte zalm, het verstrekken van een gemakkelijk feest voor de zeeleeuwen.
niet alle rivieren eindigen zo dramatisch als de Fraser., Maar het vermengen van zoetwaterstromen en rivieren met zoute oceaangetijden in een gedeeltelijk ingesloten waterlichaam—natuurwetenschappers noemen het een estuarium—voedt enkele van de meest productieve ecosystemen op aarde, en ook enkele van de meest kwetsbare ecosystemen.lang voor de komst van de beschaving erkenden de vroege mensen de overvloed van het estuarium en maakten deze gebieden een brandpunt voor menselijke bewoning. Helaas hebben overontwikkeling, slecht landgebruik en eeuwenlange industriële verontreiniging een tol geëist van de meeste estuaria., Boston Harbor, San Francisco Bay, en de Hudson River zijn poster kinderen voor de achteruitgang van het milieu.
toch is er hoop. Estuaria vormen het grensgebied tussen zout – en zoetwatermilieus, en ze zijn zowel biologisch als fysiek ongelooflijk divers. De diversiteit en de hoge energie van het ecosysteem maken estuaria opmerkelijk veerkrachtig. Met een beter begrip van deze systemen, kunnen we hun achteruitgang omkeren en de ecologische rijkdom van deze waardevolle, zij het modderige, omgevingen herstellen.
Hoe werkt een estuarium?,
vanuit het oogpunt van een natuurkundige maakt het dichtheidsverschil tussen zoet en zout water estuaria interessant. Wanneer rivierwater zeewater ontmoet, stijgt het lichtere zoetwater op en over het dichtere zoute water. Zeewater neuzen in het estuarium Onder het uitstroomende rivierwater, duwt zijn weg stroomopwaarts langs de bodem.
vaak gebeurt dit, net als in de Fraser rivier, aan een abrupt zoutfront. Over zo ‘ n front kan het zoutgehalte (zoutgehalte) en de dichtheid veranderen van oceanisch naar vers in slechts een paar tientallen meters horizontaal en zo weinig als een meter verticaal.,
Deze sterke saliniteits-en dichtheidsgradiënten gaan gepaard met grote verticale veranderingen in stroomrichting en sterkte. Je kunt deze wervelende wateren niet zien vanaf het oppervlak, maar een visser kan merken dat zijn net een eigen leven neemt als hij het laat zakken in schijnbaar rustig water.Plinius de oudere, de beroemde Romeinse natuuronderzoeker, senator en commandant van de Keizerlijke vloot in de 1e eeuw na Christus, observeerde dit merkwaardige gedrag van vissersnetten in de straat van Bosporus, nabij Istanbul., Plinius leidde daaruit af dat de oppervlakte-en bodemstromen in tegengestelde richtingen stroomden, en hij verschafte de eerste schriftelijke documentatie van wat wij nu de “estuariene circulatie” noemen.”
zoutwaterintrusie
de tegengestelde zoet-en zoutwaterstromen stromen soms soepel, de ene boven de andere. Maar als het snelheidsverschil een bepaalde drempel bereikt, ontstaat hevige turbulentie en worden zout en zoet water gemengd., Getijdenstromingen, die onafhankelijk van de estuariene circulatie werken, dragen ook bij aan de turbulentie, door het zout en zoet water te mengen tot brak water in het estuarium.
in de Fraser is deze circulatie beperkt tot een zeer korte en energetische frontale zone bij de monding, soms slechts enkele honderden meters lang. In andere estuaria, zoals San Francisco Bay, de Chesapeake Bay, of de Hudson River, het zoutfront en de bijbehorende estuariene circulatie strekken zich landinwaarts voor vele mijlen.,
het binnendringen van zout aan land wordt door ingenieurs zorgvuldig gecontroleerd vanwege de mogelijke gevolgen voor de watervoorziening als het binnendringen van zout te ver gaat. Bijvoorbeeld, de stad Poughkeepsie, N. Y., 60 mijl ten noorden van de monding van de Hudson rivier, is afhankelijk van de rivier voor zijn drinkwater. Ongeveer een keer per decennium, droogte omstandigheden veroorzaken de zoutintrusie om de Poughkeepsie zoetwater inname te benaderen. De laatste keer dat dit gebeurde, in 1995, moest er extra water uit Dammen stroomopwaarts worden gemorst om te voorkomen dat het zoutfront een gevaar voor de volksgezondheid zou worden.,
de levensader van estuaria
de circulatie van estuaria heeft een waardevolle, ecologische functie. De continue bodemstroom zorgt voor een effectief ventilatiesysteem, trekt nieuw oceanisch water aan en verdrijft brak water. Zonder dit natuurlijke “spoelproces” zou het water van het estuarium stagneren, zou de vervuiling zich ophopen en zou de zuurstof uitgeput raken.
Dit circulatiesysteem leidt tot een ongelooflijke ecologische productiviteit. Voedingsstoffen en opgeloste zuurstof worden voortdurend vanuit de oceaan aangevoerd en afval wordt in het oppervlaktewater uitgestoten., Deze pompactie leidt tot enkele van de hoogste groeisnelheden van microscopische planten (onderzoekers noemen het “primaire productie”) in elk marien milieu. Deze krioelende populatie van plankton biedt een basis voor diverse en waardevolle voedselwebben, die de groei van enkele van onze meest gewaardeerde vissen, vogels en zoogdieren voeden—zalm, gestreepte baars, grote blauwe reiger, zeearenden, zeehonden en otters, om er maar een paar te noemen.
De kracht van de circulatie hangt gedeeltelijk af van de toevoer van rivierwater om het zoute water terug te duwen., De San Francisco Bay area is uitgegroeid tot een centrum van controverse in de afgelopen jaren, omdat er veel belangen concurreren voor het zoet water stroomt in de baai—voornamelijk landbouw en stedelijke watervoorziening uit te breiden tot Zuid-Californië. Milieuactivisten zijn vastbesloten dat de Baai van San Francisco “zijn deel” van het zoet water uit de Sacramento-San Joachim delta moet krijgen omdat de uitgestrekte zoetwaterhabitats in de regio bijzonder kwetsbaar zijn voor het binnendringen van zout.,
estuariene circulatie wordt ook beïnvloed door de getijden; sterkere getijden verbeteren over het algemeen de uitwisseling en verbeteren de ecologische functie van het systeem. De Hudson estuarium, bijvoorbeeld, is getijdenstroom voor 153 mijl landinwaarts naar Troy, N. Y. De Algonquin Indianen genoemd de rivier Mohicanituk, ” de rivier die beide kanten stroomt.”
het uit elkaar halen van het systeem
estuaria hebben hun problemen. Sommige zijn zelf toegebracht; sommige zijn veroorzaakt door het misbruik van menselijke bewoning.
een estuarium, met al zijn dynamische roerbewegingen, heeft één eigenschap die zijn eigen vernietiging bevordert: het vangt sediment op., Wanneer zwevende modder en vaste stoffen van een rivier het estuarium binnenkomen, komen ze het zoutfront tegen. In tegenstelling tot zoet water, dat op en over de zoutlaag rijdt, valt het sediment uit de oppervlaktelaag in de dichtere, zoute waterlaag die zich naar het estuarium verplaatst. Als het valt, komt het vast te zitten en hoopt zich op op de bodem. Langzaam groeit het estuarium modderiger en modderiger, ondieper en ondieper.
soms duwt een grote vloed het zout uit het estuarium en draagt het modderige sediment mee., Sedimentkernen in de Hudson geven aan dat sediment zich kan ophopen gedurende 10, 20, of zelfs 50 jaar, waarbij elk jaar lagen worden gelegd als boomringen. Maar dan overstroomt een orkaan of een grote sneeuwsmelt de rivier, vernietigt de lagen sediment en stuurt de modder de zee in.
het “episodische” gedrag van sedimentdepositie is goed en slecht nieuws. Het is goed omdat een grote storm kan voorkomen dat een estuarium te snel ondiep wordt. In feite lijkt het erop dat de laatste 6.000 jaar, het natuurlijke baggerwerk door grote stormen bijna constante waterdiepte in het Hudson estuarium heeft gehandhaafd.,
het slechte nieuws is dat het sediment een “geheugen” behoudt van alle contaminanten die er doorheen zijn gegaan door de jaren heen. De milieuregels zijn nu veel strenger dan 50 jaar geleden en we zijn gestopt met het gebruik van veel chemicaliën die schadelijk zijn voor het milieu. Zo werden polychloorbifenylen (PCB ‘ s) in de jaren zeventig verboden omdat bleek dat ze giftig waren voor vissen en wilde dieren, en voor de mensen die ze consumeren., Toch hebben we nog steeds een contaminatieprobleem in de Hudson en andere rivieren, omdat PCB ‘ s langzaam verval en elke nieuwe overstroming remobiliseert deze “erfenis” verontreinigingen en verlengt onze blootstelling.
Trickle-down effects
miljarden dollars worden nu besteed aan het opruimen van door industriële vervuiling verontreinigde Amerikaanse estuaria. In Boston, bijvoorbeeld, de nieuwe riolering gecreëerd om Boston Harbor redden kosten belastingbetalers ongeveer $ 5 miljard. Het Superfund-programma van het U. S. Environmental Protection Agency verzamelt en geeft miljarden dollars meer uit om estuaria te saneren.,
vaak zijn de saneringsstrategieën complex en controversieel. In het geval van Hudson River is er een verhitte discussie over de vraag of PCB-verontreinigde sedimenten moeten worden verwijderd—baggerdmet high-tech methoden die theoretisch schade aan het milieu te minimaliseren—of ongestoord gelaten. Dat debat draait om het episodische stormfenomeen: blijven de besmette sedimenten daar, of kunnen ze worden aangewakkerd als de volgende orkaan door de Hudson Valley spoelt?
afgezien van opruimingsinitiatieven moeten delen van de Hudson worden gebaggerd voor navigatiedoeleinden., Baggeren is niet zo duur of moeilijk, maar het vinden van een plek om verontreinigde sedimenten te plaatsen is een probleem. De haven van New York heeft verlaten steenkoolmijnen van Pennsylvania gevuld met verontreinigde modder, maar dat is geen oplossing voor de lange termijn.hoewel de problemen van Amerikaanse estuaria ingewikkeld en duur zijn, verbleken ze in vergelijking met Aziatische estuaria. Het hele land van Bangladesh ligt in het estuarium en de benedenloop van de Ganges-Brahmaputra rivier., Andere Aziatische rivieren zoals de Mekong, Chiang Jiang (of Yangtze), en Huang Ho (of Gele Rivier) zijn overvol en gespannen door geconcentreerde menselijke nederzettingen. De wereldwijde stijging van de zeespiegel veroorzaakt verlies van land, toenemende overstromingen en toenemende zoutinbraak in deze estuaria.
de vraag naar water stroomopwaarts voor irrigatie en huishoudelijk gebruik vermindert de zoetwaterstroom door deze systemen aanzienlijk., De Indus – en Huang Ho-riviermondingen hebben de afgelopen decennia te lijden gehad van een drastische vermindering van de zoetwaterstroom, en de impact van deze menselijke veranderingen wordt nu juist onderkend. Nieuw beleid inzake landgebruik, wateromleiding en zelfs de wereldwijde productie van kooldioxide (die gevolgen heeft voor de opwarming van de aarde en de stijging van de zeespiegel) zal nodig zijn om deze kwetsbare estuariene omgevingen en hun menselijke bewoners te beschermen.,een van de uitdagingen van het estuariene onderzoek is dat de meeste belangrijke problemen interdisciplinair zijn, waarbij fysica, biologie, chemie, geologie en vaak overheidsbeleid en economie betrokken zijn. Estuaria zijn ook ongelooflijk divers, komen in alle soorten en maten. Toch worden wetenschappers voortdurend uitgedaagd door publieke beleidsmakers om onze resultaten van studies van één estuarium te veralgemenen en toe te passen op de rest van de estuaria van de wereld.,
als wetenschappers is een van onze rollen het voorspellen van veranderingen in de omgeving, gegeven verschillende natuurlijke en door de mens veroorzaakte invloeden. Om de gezondheid van estuaria in de toekomst te voorspellen, hebben we een aantal fundamentele vragen te beantwoorden over het heden en het verleden. Hoe ver zal zout binnendringen als de rivierstroom doormidden wordt gesneden? Verhogen of verlagen veranderingen in de rivierstroom de snelheid waarmee sedimenten het estuarium bevuilen? Welk effect hebben dergelijke veranderingen op de vissen die in zoet water paaien?
wat we leren zal van cruciaal belang zijn voor een menselijke bevolking die steeds meer waarde hecht aan kustwateren., We hebben een goed overheidsbeleid nodig om de kwetsbaarheid voor overstromingen aan de kust te verminderen en om drinkwater, voedselvoorziening en enkele van de belangrijkste habitats ter wereld te beschermen. We zullen alleen beter beleid ontwikkelen als we dat in betere wetenschap kunnen onderbouwen.