sjölejonen slutar bellowing och slip, en efter en, utanför bryggan i mocka-bruna vattnet i Fraser River, nära Vancouver, British Columbia. Ytan av vattnet är slät, med undantag för en linje av krusningar rör sig långsamt uppför floden. Sjölejonen verkar veta att den lugna ytan förringar oro under.,
tidvattnet har just vänt, och en tunga saltvatten kryper först, sedan galopperar, tillbaka till Fraser bara några timmar efter att ha utvisats av ett starkt utflöde under föregående ebb. Även om ytan verkar lugn, undervattenskorsningen av färskt och saltvatten roils med turbulenta virvlar lika stark som någon i havet. Förvirringen av virvlande vatten och suspenderade sediment disorients homeward-bunden lax, vilket ger en lätt fest för sjölejon.
inte alla floder slutar lika dramatiskt som Fraser., Men blandningen av sötvattenströmmar och floder med saltvatten i en delvis sluten vattenkropp—naturliga forskare kallar det en flodmynning—bränner några av de mest produktiva ekosystemen på jorden, och även några av de mest utsatta.
långt före civilisationens tillkomst erkände tidiga människor flodmynningens bounty och gjorde dessa regioner till en kontaktpunkt för mänsklig bosättning. Tyvärr har överutveckling, dålig markanvändning och århundraden av industriell förorening tagit en vägtull på de flesta flodmynningar., Hamnen i Boston, San Francisco Bay och Hudson River är affischen barn för miljöförstöring.
ändå finns det hopp. Flodmynningar är gränsområdena mellan salt-och sötvattenmiljöer, och de är otroligt olika både biologiskt och fysiskt. Ekosystemets mångfald och höga energi gör flodmynningarna anmärkningsvärt motståndskraftiga. Med en bättre förståelse för dessa system kan vi vända deras nedgång och återställa den ekologiska rikedomen hos dessa värdefulla, om än leriga, miljöer.
hur fungerar en flodmynning?,
ur en fysiker synvinkel gör densitetsskillnaden mellan färskt och saltvatten flodmynningar intressant. När flodvatten möter havsvatten stiger det lättare färskvattnet upp och över det tätare saltvattnet. Havsvatten näsor i flodmynningen under det utflödiga flodvattnet och driver sig uppströms längs botten.
ofta, som i Fraser River, sker detta vid en abrupt saltfront. Över en sådan front kan saltinnehållet (salthalten) och densiteten förändras från oceaniska till färska på bara några tiotals meter horisontellt och så lite som en meter vertikalt.,
som åtföljer dessa starka salthalt och densitetsgradienter är stora vertikala förändringar i nuvarande riktning och styrka. Du kan inte se dessa virvlande vatten från ytan, men en fiskare kan upptäcka att hans nät tar på sig ett eget liv när han sänker det till synes stillastående vatten.
Plinius den äldre, den noterade romerska naturalisten, senatorn och befälhavaren för den kejserliga flottan under 1: a århundradet e.Kr., observerade detta märkliga beteende av Fiskarnas nät i Bosporen, nära Istanbul., Plinius drog slutsatsen att ytan och bottenströmmarna flödade i motsatta riktningar, och han gav den första skriftliga dokumentationen av vad vi nu kallar ”estuarine circulation.”
saltvatten intrång
de motsatta färska och saltvatten strömmar ibland smidigt, en ovanför den andra. Men när hastighetsskillnaden når ett visst tröskelvärde, resulterar kraftig turbulens och saltet och färskvattnet blandas., Tidvattenströmmar, som verkar oberoende av flodmynningen, lägger också till turbulensen, blandar salt och färskt vatten för att producera brackvatten i flodmynningen.
i Fraser River är denna cirkulation begränsad till en mycket kort och energisk frontzon nära munnen, ibland bara flera hundra meter lång. I andra flodmynningar, såsom San Francisco Bay, Chesapeake Bay, eller Hudson River, salt front och åtföljande flodmynning sträcker sig inåt landet för många miles.,
det landnära intrånget av salt övervakas noggrant av ingenjörer på grund av de potentiella konsekvenserna för vattenförsörjningen om saltintrånget sträcker sig för långt. Till exempel, staden Poughkeepsie, N. Y., 60 miles norr om mynningen av Hudson River, beror på floden för dess dricksvatten. Ungefär en gång per decennium orsakar torka förhållanden saltintrång att närma sig Poughkeepsie sötvatten intag. Förra gången detta hände, 1995, måste extra vatten spillas från dammar uppströms för att hålla saltfronten från att bli en folkhälsofara.,
flodmynningarnas livsduglighet
flodmynningen har en värdefull, ekologisk funktion. Det kontinuerliga bottenflödet ger ett effektivt ventilationssystem, ritning i nytt oceaniskt vatten och utvisa bräckt vatten. Om det inte var för denna naturliga ”spolning” – process skulle vattnet i flodmynningen bli stillastående, föroreningar skulle ackumuleras och syre skulle vara utarmat.
detta cirkulationssystem leder till otrolig ekologisk produktivitet. Näringsämnen och upplöst syre återställs kontinuerligt från havet, och avfall utvisas i ytvattnet., Denna pumpning leder till några av de högsta tillväxttakten för mikroskopiska växter (forskare kallar det ”primärproduktion”) i någon marin miljö. Denna myllrande befolkningen i plankton ger en bas för olika och värdefulla mat banor, bränslepåfyllning tillväxten av några av våra mest prisade fisk, fåglar och däggdjur—lax, randig bas, stora blå häger, örnar, sälar och utter, för att nämna några.
cirkulationens kraft beror delvis på tillförseln av flodvatten för att trycka tillbaka saltvattnet., San Francisco Bay area har blivit ett centrum för kontroverser under de senaste åren eftersom det finns många intressen som konkurrerar om färskvatten som strömmar in i bukten – främst jordbruk och urbana vattenförsörjning som sträcker sig till södra Kalifornien. Miljöaktivister är fast beslutna att San Francisco Bay ska få ”sin andel” av färskvatten som kommer från Sacramento-San Joachim delta eftersom de stora sötvatten livsmiljöer i regionen är särskilt utsatta för salt intrång.,
Estuarincirkulationen påverkas också av tidvatten; starkare tidvatten förbättrar i allmänhet utbytet och förbättrar systemets ekologiska funktion. Hudson mynning, till exempel, är tidvatten för 153 miles inåt landet till Troy, N. Y. Algonquin indianerna kallade floden Mohicanituk, ”floden som flyter åt båda hållen.”
Mucking upp systemet
flodmynningar har sina problem. Vissa är självförvållade; vissa orsakas av missbruk av mänsklig bostad.
en flodmynning, med alla dess dynamiska stirrings, har ett attribut som främjar sin egen förstörelse: det fångar sediment., När suspenderad lera och fasta ämnen från en flod kommer in i flodmynningen möter de saltfronten. Till skillnad från färskvatten, som rider upp och över saltlagret, faller sedimentet ut ur ytskiktet i det tätare, saltare skiktet av vatten som rör sig in i flodmynningen. När det sjunker blir det fångat och ackumuleras på botten. Långsamt växer flodmynningen muddigare och muddigare, grundare och grundare.
Ibland kommer en stor översvämning att driva saltet direkt ut ur flodmynningen och bära det leriga sedimentet tillsammans med det., Sedimentkärnor i Hudsonfloden indikerar att sediment kan ackumuleras i 10, 20 eller till och med 50 år och lägger ner Lager varje år som trädringar. Men sedan översvämmar en orkan eller stor snösmältning floden, torkar ut sedimentlagren och skickar leran ut till havet.
sedimentdepositionens ”episodiska” beteende är goda nyheter och dåliga nyheter. Det är bra eftersom en stor storm kan hålla en flodmynning från att bli för grunt för fort. Faktum är att det under de senaste 6,000 åren har den naturliga muddringen av stora stormar upprätthållit nästan konstant vattendjup i Hudson-flodmynningen.,
den dåliga nyheten är att sedimentet behåller ett ”minne” av alla föroreningar som har gått igenom det genom åren. Miljöbestämmelser är mycket strängare nu än de var för 50 år sedan, och vi har slutat använda många kemikalier som leker förödelse med miljön. Till exempel var polyklorerade bifenyler (PCB) förbjudna på 1970-talet eftersom de visade sig vara giftiga för fisk och vilda djur och för de människor som konsumerar dem., Ändå har vi fortfarande ett föroreningsproblem i Hudson och andra floder eftersom PCB är långsamma att förfalla och varje ny översvämning remobilizes dessa ”arv” föroreningar och förlänger vår exponering.
Trickle-down effekter
miljarder dollar spenderas nu för att städa upp Amerikanska flodmynningar förorenade av industriell förorening. I Boston, till exempel, det nya avloppssystemet som skapats för att rädda Boston Harbor kostar skattebetalarna cirka $5 miljarder. Superfund – programmet för US Environmental Protection Agency samlar in och spenderar miljarder dollar mer för att remediera flodmynningar.,
ofta är saneringsstrategierna komplexa och kontroversiella. När det gäller Hudson River finns det en uppvärmd debatt om huruvida PCB-förorenade sediment ska avlägsnas-muddras med högteknologiska metoder som teoretiskt minimerar miljöskador-eller lämnas ostörda. Den debatten svänger på det episodiska stormfenomenet: är de förorenade sedimenten där för att stanna, eller kan de bli upprörda när nästa orkan tvättar genom Hudson Valley?
bortsett från rensningsinitiativ måste delar av Hudson vara muddrade för navigeringsändamål., Muddring är inte så dyrt eller svårt, men att hitta en plats att sätta förorenade sediment är ett problem. Hamnen i New York har fyllt upp övergivna Pennsylvania kolgruvor med sin förorenade lera, men det är inte en långsiktig lösning.
medan problemen med amerikanska flodmynningar är komplicerade och dyra, bleknar de i jämförelse med asiatiska flodmynningar. Hela nationen Bangladesh ligger inom mynningen och lägre floodplain av Ganges-Brahmaputra River., Andra asiatiska floder som Mekong, Chiang Jiang (eller Yangtze) och Huang Ho (eller Gula floden) är trångt och ansträngda av koncentrerade mänskliga bosättningar. Global havsnivåhöjning orsakar förlust av mark, ökad översvämning och ökat saltintrång i dessa flodmynningar.
efterfrågan på vatten uppströms för bevattning och hushållsbruk minskar avsevärt sötvattenflödet genom dessa system., Indusfloden och Huang Ho-flodmynningarna har drabbats av drastiska minskningar av sötvattenflödet under de senaste decennierna, och effekterna av dessa mänskliga förändringar erkänns just nu. Nya strategier för markanvändning, avledning av vatten och till och med global koldioxidproduktion (som påverkar den globala uppvärmningen och havsnivåhöjningen) kommer att behövas för att skydda dessa sårbara flodmynningar och deras mänskliga invånare.,
omrörning av nya idéer
en av utmaningarna med estuarinforskning är att de flesta av de betydande problemen är tvärvetenskapliga, som involverar fysik, biologi, kemi, geologi och ofta offentlig politik och ekonomi. Flodmynningar är också otroligt olika, kommer i alla former och storlekar. Men forskare ständigt utmanas av offentliga beslutsfattare att generalisera våra resultat från studier av en flodmynning och tillämpa dem på resten av världens flodmynningar.,
som forskare är en av våra roller att förutsäga förändringar i miljön, med tanke på olika naturliga och mänskliga inducerade influenser. För att förutse estuaries hälsa i framtiden har vi några grundläggande frågor att svara på om nutiden och det förflutna. Hur långt kommer salt att tränga in om flodflödet skärs i hälften? Ökar eller minskar förändringar i flodflödet den hastighet med vilken sediment Stimmar mynningen? Vilken effekt har sådana förändringar på fisken som leker i färskt vatten?
vad vi lär oss kommer att vara avgörande för en mänsklig befolkning som i allt högre grad värderar kustvatten., Vi behöver en sund offentlig politik för att minska sårbarheten för översvämningar vid kusten och för att skydda dricksvatten, livsmedelsförsörjning och några av världens viktigaste livsmiljöer. Vi kommer bara att utveckla en bättre politik om vi kan grunda dem på bättre vetenskap.