lwy morskie przestają ryczeć i ślizgają się, jeden po drugim, z pomostu do Mocha-brown wody rzeki Fraser, w pobliżu Vancouver, Kolumbia Brytyjska. Powierzchnia wody jest gładka, z wyjątkiem linii zmarszczek poruszających się powoli w górę rzeki. Lwy morskie zdają się wiedzieć, że spokojna powierzchnia przeczy zamieszaniu pod spodem.,
fala właśnie się odwróciła, a język słonej wody najpierw się skrada, a potem galopuje, z powrotem do Fraser zaledwie kilka godzin po wypuszczeniu przez silny odpływ podczas poprzedniego odpływu. Chociaż powierzchnia wydaje się spokojna, podwodne przecięcie słodkiej i słonej wody roi się z burzliwymi wirami tak silnymi, jak każdy w oceanie. Zmieszanie wirującej wody i zawieszonych osadów dezorientuje łososia związanego z homeward, zapewniając łatwą ucztę dla lwów morskich.
nie wszystkie rzeki kończą się tak dramatycznie jak Fraser., Ale mieszanie Słodkowodnych strumieni i rzek ze słonymi pływami oceanicznymi w częściowo zamkniętym zbiorniku wodnym-naukowcy nazywają to ujściem-napędza niektóre z najbardziej produktywnych ekosystemów na ziemi, a także niektóre z najbardziej wrażliwych.
na długo przed pojawieniem się cywilizacji, pierwsi ludzie rozpoznali obfitość ujścia i uczynili te regiony centralnym punktem dla ludzkiego zamieszkania. Niestety, nadmierny rozwój, słabe użytkowanie gruntów i wieki zanieczyszczeń przemysłowych pobrały opłaty za większość estuariów., Boston Harbor, Zatoka San Francisco i Rzeka Hudson są narażone na degradację środowiska.
jednak jest nadzieja. Estuaria to pogranicze środowiska słonego i słodkowodnego, które są niezwykle zróżnicowane zarówno pod względem biologicznym, jak i fizycznym. Różnorodność i wysoka energia ekosystemu sprawiają, że ujścia są wyjątkowo odporne. Dzięki lepszemu zrozumieniu tych systemów możemy odwrócić ich upadek i przywrócić ekologiczne bogactwo tych cennych, choć błotnistych środowisk.
Jak działa ujście?,
z punktu widzenia fizyka, różnica gęstości między wodą słodką i słoną sprawia, że estuaria są interesujące. Gdy woda rzeczna spotyka się z wodą morską, lżejsza słodka woda unosi się w górę i nad gęstszą słoną wodą. Woda morska wpada do ujścia pod wypływającą wodą rzeki, spychając ją w górę wzdłuż dna.
często, jak w rzece Fraser, występuje to na nagłym słonym froncie. Na takim froncie zawartość soli (zasolenie) i gęstość mogą zmieniać się z oceanicznego na świeży w zaledwie kilkadziesiąt metrów w poziomie i zaledwie metr w pionie.,
towarzyszące tym silnym gradientom zasolenia i gęstości są dużymi pionowymi zmianami kierunku i siły prądu. Nie widać tych wirujących wód z powierzchni, ale rybak może odkryć, że jego sieć nabiera życia, gdy obniży ją do pozornie spokojnej wody.
Pliniusz Starszy, znany rzymski przyrodnik, senator i dowódca floty cesarskiej w I wieku n. e., zaobserwował to osobliwe zachowanie sieci Rybaków w cieśninie Bosfor, niedaleko Stambułu., Pliniusz wywnioskował, że prądy powierzchniowe i denne płyną w przeciwnych kierunkach i dostarczył pierwszą pisemną dokumentację tego, co teraz nazywamy „cyrkulacją estuarną.”
wtargnięcie słonej wody
przeciwstawne strumienie świeżej i słonej wody czasami płyną płynnie, jeden nad drugim. Ale kiedy różnica prędkości osiągnie pewien próg, energiczne wyniki turbulencji, a sól i słodka woda są mieszane., Prądy pływowe, które działają niezależnie od obiegu Estuary, również dodać do turbulencji, mieszając słoną i słodką wodę do produkcji słonawej wody w ujściu.
w rzece Fraser obieg ten ogranicza się do bardzo krótkiej i energicznej strefy czołowej w pobliżu ujścia, czasem tylko kilkusetmetrowej długości. W innych ujściach rzek, takich jak Zatoka San Francisco, Zatoka Chesapeake czy rzeka Hudson, salt front i towarzysząca mu cyrkulacja estuarna rozciągają się w głąb lądu na wiele kilometrów.,
wtargnięcie soli na ląd jest starannie monitorowane przez inżynierów ze względu na potencjalne konsekwencje dla zaopatrzenia w wodę, jeśli wtargnięcie soli rozciąga się zbyt daleko. Na przykład miasto Poughkeepsie, N. Y., 60 mil na północ od ujścia rzeki Hudson, zależy od rzeki dla jej wody pitnej. Mniej więcej raz na dekadę susza powoduje, że intruz soli zbliża się do spożycia słodkiej wody Poughkeepsie. Ostatni raz tak się stało, w 1995 r., dodatkowa woda musiała zostać wylana z zapór w górę rzeki, aby nie dopuścić do zagrożenia zdrowia publicznego.,
koło ratunkowe ujść
krążenie ujść pełni cenną, ekologiczną funkcję. Ciągły przepływ DNA zapewnia skuteczny system wentylacji, pobierając nową wodę oceaniczną i wydalając słonawą wodę. Gdyby nie ten naturalny proces „płukania”, wody w ujściu rzeki stanęłyby w stagnacji, zanieczyszczenie akumulowałoby się, a tlen byłby wyczerpany.
Ten system cyrkulacji prowadzi do niesamowitej wydajności ekologicznej. Składniki odżywcze i rozpuszczony tlen są stale uzupełniane z oceanu, a odpady są wydalane do wód powierzchniowych., To działanie pompujące prowadzi do jednych z najwyższych tempa wzrostu mikroskopijnych roślin (naukowcy nazywają to „produkcją pierwotną”) w każdym środowisku morskim. Ta tętniąca życiem populacja planktonu stanowi bazę dla różnorodnych i cennych sieci pokarmowych, napędzając wzrost niektórych z naszych najbardziej cenionych ryb, ptaków i ssaków—łososia, Bassa pasiastego, czapli niebieskiej, bielika, foki i wydry, by wymienić tylko kilka.
wigor cyrkulacji zależy częściowo od zaopatrzenia w wodę rzeczną w celu wypchnięcia słonej wody z powrotem., Obszar Zatoki San Francisco stał się centrum kontrowersji w ostatnich latach, ponieważ istnieje wiele interesów konkurujących o słodką wodę wpływającą do Zatoki—głównie Rolnictwo i miejskie zaopatrzenie w wodę rozciągające się do południowej Kalifornii. Ekolodzy są zdecydowani, że Zatoka San Francisco powinna uzyskać” swój udział ” w słodkiej wodzie pochodzącej z Delty Sacramento-San Joachim, ponieważ rozległe siedliska słodkowodne w regionie są szczególnie narażone na wnikanie soli.,
cyrkulacja Estuarna ma również wpływ na pływy; silniejsze pływy ogólnie poprawiają wymianę i poprawiają funkcję ekologiczną systemu. Ujście rzeki Hudson, na przykład, jest pływowe dla 153 mil w głąb lądu do Troy, N. Y. Indian Algonquin nazywa rzeki Mohicanituk, ” rzeka, która płynie w obie strony.”
Niektóre są samookaleczone; niektóre są spowodowane nadużyciami ludzkiego mieszkania.
ujście, ze wszystkimi swoimi dynamicznymi wstrząsami, ma jeden atrybut, który sprzyja jego własnemu zniszczeniu: zatrzymuje osady., Gdy zawieszone błoto i ciała stałe z rzeki wchodzą do ujścia, napotykają front solny. W przeciwieństwie do wody słodkiej, która płynie w górę i nad warstwą soli fizjologicznej, osad spada z warstwy powierzchniowej do gęstszej, zasolonej warstwy wody przechodzącej do ujścia. Gdy spada, zostaje uwięziony i gromadzi się na dnie. Powoli, ujście staje się coraz bardziej błotniste i błotniste, płytsze i płytsze.
czasami duża powódź wypycha sól prosto z ujścia, niosąc wraz z nią błotnisty osad., Rdzenie osadowe w rzece Hudson wskazują, że osad może gromadzić się przez 10, 20, a nawet 50 lat, układając co roku warstwy jak pierścienie drzew. Ale wtedy huragan lub wielki śnieg zalewa rzekę, wyciera warstwy osadów i wysyła błoto do morza.
„epizodyczne” zachowanie osadów to dobra i zła wiadomość. Jest to dobre, ponieważ duża burza może utrzymać ujście z coraz zbyt płytkie zbyt szybko. W rzeczywistości wydaje się, że w ciągu ostatnich 6000 lat naturalne pogłębianie przez duże burze utrzymywało prawie stałą głębokość wody w ujściu rzeki Hudson.,
złą wiadomością jest to, że osad zachowuje „pamięć” wszystkich zanieczyszczeń, które przeszły przez niego przez lata. Przepisy dotyczące ochrony środowiska są teraz o wiele bardziej rygorystyczne niż 50 lat temu, a my przestaliśmy używać wielu chemikaliów, które niszczą środowisko. Na przykład polichlorowane bifenyle (PCB) zostały zakazane w latach 70., ponieważ wykazano, że są toksyczne dla ryb i przyrody oraz dla ludzi, którzy je spożywają., Jednak nadal mamy problem z zanieczyszczeniem w Hudson i innych rzekach, ponieważ PCB są powolne do rozkładu, a każda nowa powódź usuwa te „dziedzictwo” zanieczyszczeń i przedłuża naszą ekspozycję.
efekty spływu
Na przykład w Bostonie nowy system kanalizacyjny stworzony, aby uratować Boston Harbor kosztował podatników około 5 miliardów dolarów. Program Superfund amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska zbiera i wydaje miliardy dolarów więcej na naprawę estuariów.,
często strategie remediacji są złożone i kontrowersyjne. W przypadku rzeki Hudson toczy się gorąca debata na temat tego, czy osady zanieczyszczone PCB powinny zostać usunięte-pogłębione za pomocą zaawansowanych technologicznie metod, które teoretycznie minimalizują szkody dla środowiska—czy pozostawione bez zakłóceń. Ta debata koncentruje się na epizodycznym zjawisku burzy: czy zanieczyszczone osady pozostaną, czy mogą zostać wzburzone, gdy następny huragan przemyje dolinę Hudson?
poza inicjatywami oczyszczania, części Hudson muszą być pogłębiane do celów nawigacyjnych., Pogłębianie nie jest tak kosztowne ani trudne, ale znalezienie miejsca na umieszczenie zanieczyszczonych osadów jest problemem. Port w Nowym Jorku zapełniał opuszczone kopalnie Pennsylvania zanieczyszczonym błotem, ale nie jest to długoterminowe rozwiązanie.
choć problemy ujść amerykańskich są skomplikowane i kosztowne, bledną w porównaniu z ujściami azjatyckimi. Cały naród Bangladeszu leży w ujściu rzeki Ganges-Brahmaputra i dolnym obszarze zalewowym., Inne rzeki azjatyckie, takie jak Mekong, Chiang Jiang (lub Jangcy) i Huang Ho (lub Żółta Rzeka) są zatłoczone i napięte przez skoncentrowane osady ludzkie. Globalny wzrost poziomu morza powoduje utratę lądu, zwiększone powodzie i zwiększone wtargnięcie soli do tych estuariów.
zapotrzebowanie na wodę do nawadniania i użytku domowego znacznie zmniejsza przepływ wody słodkiej przez te systemy., Rzeki Indus i ujścia Huang Ho ucierpiały z powodu drastycznego zmniejszenia przepływu wody słodkiej w ciągu ostatnich kilku dekad, a wpływ tych zmian ludzkich jest właśnie teraz rozpoznawany. Aby chronić wrażliwe środowiska estuariów i ich ludzkich mieszkańców, potrzebne będą nowe polityki dotyczące użytkowania gruntów, dywersji wodnej, a nawet globalnej produkcji dwutlenku węgla (co wpływa na globalne ocieplenie i wzrost poziomu morza).,
Estuaria są również niezwykle zróżnicowane, pochodzą we wszystkich kształtach i rozmiarach. Jednak naukowcy są nieustannie kwestionowani przez decydentów publicznych, aby uogólnić nasze wyniki badań jednego ujścia i zastosować je do reszty ujść świata.,
jako naukowcy, jedną z naszych ról jest przewidywanie zmian w środowisku, biorąc pod uwagę różne wpływy naturalne i ludzkie. Aby przewidzieć zdrowie ujść w przyszłości, musimy odpowiedzieć na kilka fundamentalnych pytań dotyczących teraźniejszości i przeszłości. Jak daleko będzie przeszkadzać sól, jeśli przepływ rzeki zostanie przecięty na pół? Czy zmiany w przepływie rzeki zwiększają lub zmniejszają tempo, z jakim osady ławicą ujścia? Jaki wpływ mają takie zmiany na ryby, które odradzają się w słodkiej wodzie?
to, czego się nauczymy, będzie kluczowe dla populacji ludzkiej, która coraz bardziej ceni wody przybrzeżne., Potrzebujemy solidnej polityki publicznej w celu zmniejszenia podatności na powodzie przybrzeżne oraz ochrony wody pitnej, dostaw żywności i niektórych najważniejszych siedlisk na świecie. Będziemy opracowywać lepsze polityki tylko wtedy, gdy będziemy mogli uziemić je w lepszej nauce.