Die Seelöwen hören auf zu brüllen und rutschen nacheinander vom Steg in das mokka-braune Wasser des Fraser River in der Nähe von Vancouver, British Columbia. Die Oberfläche des Wassers ist glatt, mit Ausnahme einer Wellenlinie, die sich langsam flussaufwärts bewegt. Die Seelöwen scheinen zu wissen,dass die ruhige Oberfläche Turbulenzen unter.,
Die Flut hat sich gerade gedreht, und eine Zunge Salzwasser kriecht zuerst, dann galoppierend, nur wenige Stunden zurück in den Fraser, nachdem sie während der vorherigen Ebbe durch einen starken Abfluss ausgestoßen wurde. Obwohl die Oberfläche ruhig erscheint, brüllt die Unterwasserkreuzung von Süß-und Salzwasser mit turbulenten Wirbeln, die so stark sind wie alle im Ozean. Die Verwirrung von wirbelndem Wasser und suspendierten Sedimenten desorientiert heimischen Lachs und bietet den Seelöwen ein leichtes Festmahl.
Nicht alle Flüsse enden so dramatisch wie der Fraser., Aber die Vermischung von Süßwasserströmen und Flüssen mit salzigen Gezeiten in einem teilweise geschlossenen Gewässer—Naturwissenschaftler nennen es eine Mündung—treibt einige der produktivsten Ökosysteme der Erde und auch einige der am stärksten gefährdeten an.
Lange vor dem Aufkommen der Zivilisation erkannten die frühen Menschen die Fülle der Mündung und machten diese Regionen zu einem Brennpunkt für die menschliche Besiedlung. Leider haben Überentwicklungen, schlechte Landnutzung und jahrhundertelange industrielle Kontamination die meisten Flussmündungen belastet., Der Hafen von Boston, die Bucht von San Francisco und der Hudson River sind Plakatkinder für Umweltzerstörung.
Doch es gibt Hoffnung. Flussmündungen sind die Grenzgebiete zwischen Salz-und Süßwasserumgebungen, und sie sind unglaublich vielfältig sowohl biologisch als auch physisch. Die Vielfalt und die hohe Energie des Ökosystems machen Flussmündungen bemerkenswert widerstandsfähig. Mit einem besseren Verständnis dieser Systeme können wir ihren Niedergang rückgängig machen und den ökologischen Reichtum dieser wertvollen, wenn auch schlammigen Umgebungen wiederherstellen.
Wie funktioniert eine Mündung?,
Aus physikerischer Sicht macht der Dichteunterschied zwischen Süß-und Salzwasser Flussmündungen interessant. Wenn Flusswasser auf Meerwasser trifft, steigt das leichtere Süßwasser auf und über das dichtere Salzwasser. Meerwasser Nasen in die Mündung unter dem auslaufenden Flusswasser, seinen Weg stromaufwärts entlang des Bodens schieben.
Oft, wie im Fraser River, tritt dies an einer abrupten Salzfront auf. Über eine solche Front kann sich der Salzgehalt (Salzgehalt) und die Dichte in nur wenigen zehn Metern horizontal und nur einem Meter vertikal von ozeanisch zu frisch ändern.,
Begleitend zu diesen starken Salzgehalt – und Dichtegradienten sind große vertikale Änderungen in Stromrichtung und-stärke. Sie können diese wirbelnden Gewässer nicht von der Oberfläche aus sehen, aber ein Fischer kann feststellen, dass sein Netz ein Eigenleben annimmt, wenn er es in scheinbar ruhiges Wasser senkt.
Plinius der Ältere, der bekannte römische Naturforscher, Senator und Kommandeur der kaiserlichen Flotte im 1.Jahrhundert n. Chr., beobachtete dieses eigentümliche Verhalten von Fischernetzen in der Bosporusstraße in der Nähe von Istanbul., Plinius folgerte, dass Oberflächen – und Bodenströme in entgegengesetzte Richtungen flossen, und er lieferte die erste schriftliche Dokumentation dessen, was wir jetzt die „Mündungszirkulation“ nennen.“
Salzwassereintritt
Die gegenüberliegenden Süß-und Salzwasserströme fließen manchmal glatt übereinander. Wenn die Geschwindigkeitsdifferenz jedoch eine bestimmte Schwelle erreicht, kommt es zu kräftigen Turbulenzen, und Salz und Süßwasser werden gemischt., Gezeitenströmungen, die unabhängig von der Mündungszirkulation wirken, tragen ebenfalls zu den Turbulenzen bei und mischen Salz und Süßwasser, um Brackwasser in der Mündung zu erzeugen.
Im Fraser River ist diese Zirkulation auf eine sehr kurze und energetische Frontalzone in der Nähe der Mündung beschränkt, die manchmal nur mehrere hundert Meter lang ist. In anderen Flussmündungen wie der San Francisco Bay, der Chesapeake Bay oder dem Hudson River erstrecken sich die Salzfront und die dazugehörigen Flussmündungen über viele Meilen ins Landesinnere.,
Das Eindringen von Salz an Land wird von Ingenieuren aufgrund der möglichen Folgen für die Wasserversorgung sorgfältig überwacht, wenn sich das Eindringen von Salz zu weit erstreckt. Zum Beispiel, Die Stadt Poughkeepsie, N. Y., 60 Meilen nördlich der Mündung des Hudson River, hängt vom Fluss für sein Trinkwasser ab. Etwa einmal pro Jahrzehnt führt Dürre dazu, dass sich das Salz in den Fluss Poughkeepsie nähert. Das letzte Mal, 1995, musste zusätzliches Wasser aus Dämmen stromaufwärts verschüttet werden, um zu verhindern, dass die Salzfront zu einer Gefahr für die öffentliche Gesundheit wurde.,
Das Lebenselixier der Flussmündungen
Der Flussmündungskreislauf dient einer wertvollen, ökologischen Funktion. Der kontinuierliche Bodenfluss sorgt für ein effektives Belüftungssystem, das neues ozeanisches Wasser anzieht und Brackwasser ausstößt. Ohne diesen natürlichen „Spülvorgang“ würde das Wasser der Mündung stagnieren, sich die Verschmutzung ansammeln und der Sauerstoff würde erschöpft sein.
Dieses Zirkulationssystem führt zu einer unglaublichen ökologischen Produktivität. Nährstoffe und gelöster Sauerstoff werden kontinuierlich aus dem Ozean zugeführt, und Abfälle werden in das Oberflächenwasser ausgestoßen., Diese Pumpwirkung führt zu einigen der höchsten Wachstumsraten mikroskopischer Pflanzen (Forscher nennen es „Primärproduktion“) in jeder Meeresumwelt. Diese wimmelnde Population von Plankton bietet eine Basis für vielfältige und wertvolle Nahrungsnetze, die das Wachstum einiger unserer wertvollsten Fische, Vögel und Säugetiere fördern-Lachs, gestreifter Bass, großer Blaureiher, Seeadler, Robben und Otter, um nur einige zu nennen.
Die Kraft der Zirkulation hängt zum Teil von der Zufuhr von Flusswasser ab, um das Salzwasser zurückzudrängen., Die San Francisco Bay Area ist in den letzten Jahren zu einem Zentrum der Kontroverse geworden, weil es viele Interessen gibt, die um das Süßwasser konkurrieren, das in die Bucht fließt—hauptsächlich Landwirtschaft und städtische Wasserversorgung, die sich bis nach Südkalifornien erstrecken. Umweltschützer sind entschlossen, dass die Bucht von San Francisco „ihren Anteil“ am Süßwasser aus dem Sacramento-San Francisco-Delta erhalten sollte, da die riesigen Süßwasserlebensräume in der Region besonders anfällig für Salzeindringungen sind.,
Die Flussmündungszirkulation wird auch von den Gezeiten beeinflusst; stärkere Gezeiten verbessern im Allgemeinen den Austausch und verbessern die ökologische Funktion des Systems. Die Hudson-Mündung, zum Beispiel, ist Gezeiten für 153 Meilen landeinwärts nach Troy, N. Y. Die Algonquin-Indianer nannten den Fluss Mohicanituk, “ Der Fluss, der in beide Richtungen fließt.“
Das System durcheinanderbringen
Flussmündungen haben ihre Probleme. Einige sind selbst zugefügt; einige werden durch den Missbrauch der menschlichen Behausung verursacht.
Eine Mündung mit all ihren dynamischen Rührwerken hat ein Attribut, das ihre eigene Zerstörung fördert: Sie fängt Sedimente ein., Wenn suspendierter Schlamm und Feststoffe aus einem Fluss in die Mündung gelangen, treffen sie auf die Salzfront. Im Gegensatz zu Süßwasser, das auf und über die Salzschicht fließt, fällt das Sediment aus der Oberflächenschicht in die dichtere, salzigere Wasserschicht, die sich in die Mündung bewegt. Wenn es fällt, wird es gefangen und sammelt sich auf dem Boden an. Langsam wird die Mündung schlammiger und schlammiger, flacher und flacher.
Gelegentlich drückt eine große Flut das Salz direkt aus der Mündung und trägt das schlammige Sediment mit sich., Sedimentkerne im Hudson River zeigen an, dass sich Sedimente 10, 20 oder sogar 50 Jahre lang ansammeln und jedes Jahr Schichten wie Baumringe ablegen können. Aber dann überschwemmt ein Hurrikan oder eine große Schneeschmelze den Fluss, löscht die Sedimentschichten aus und schickt den Schlamm ins Meer.
Das „episodische“ Verhalten der Sedimentablagerung ist eine gute und eine schlechte Nachricht. Es ist gut, weil ein großer Sturm eine Mündung davon abhalten kann, zu schnell zu flach zu werden. Tatsächlich scheint es, dass das natürliche Ausbaggern durch große Stürme in den letzten 6,000 Jahren die Wassertiefe in der Hudson-Mündung nahezu konstant gehalten hat.,
Die schlechte Nachricht ist, dass das Sediment eine „Erinnerung“ an alle Verunreinigungen behält, die es im Laufe der Jahre durchlaufen haben. Die Umweltvorschriften sind jetzt viel strenger als vor 50 Jahren, und wir haben aufgehört, viele Chemikalien zu verwenden, die die Umwelt schädigen. Zum Beispiel wurden polychlorierte Biphenyle (PCB) in den 1970er Jahren verboten, weil sie für Fische und Wildtiere sowie für die Menschen, die sie konsumieren, giftig waren., Dennoch haben wir immer noch ein Kontaminationsproblem im Hudson und in anderen Flüssen, da PCB langsam zerfallen und jede neue Flut diese „alten“ Verunreinigungen wieder mobilisiert und unsere Exposition verlängert.
Trickle-down-Effekte
Milliarden von Dollar werden jetzt ausgegeben, um amerikanische Flussmündungen zu säubern, die durch industrielle Verschmutzung kontaminiert sind. In Boston zum Beispiel kostete das neue Abwassersystem, das geschaffen wurde, um den Hafen von Boston zu retten, die Steuerzahler etwa 5 Milliarden US-Dollar. Das Superfund-Programm der US-Umweltschutzbehörde sammelt und gibt Milliarden von Dollar mehr aus, um Flussmündungen zu sanieren.,
Oft sind die Sanierungsstrategien komplex und umstritten. Im Fall des Hudson River gibt es eine hitzige Debatte darüber, ob PCB-kontaminierte Sedimente entfernt werden sollten—mit High-Tech—Methoden ausgebaggert, die theoretisch Umweltschäden minimieren-oder ungestört bleiben. Diese Debatte dreht sich um das episodische Sturmphänomen: Sind die kontaminierten Sedimente da, um zu bleiben, oder könnten sie aufgewühlt werden, wenn der nächste Hurrikan durch das Hudson Valley wäscht?
Abgesehen von Bereinigungsinitiativen müssen Teile des Hudson zu Navigationszwecken ausgebaggert werden., Das Ausbaggern ist nicht so teuer oder schwierig, aber es ist ein Problem, einen Ort zu finden, an dem kontaminierte Sedimente abgesetzt werden können. Der Hafen von New York hat verlassene Kohleminen in Pennsylvania mit seinem kontaminierten Schlamm gefüllt, aber das ist keine langfristige Lösung.
Während die Probleme der amerikanischen Flussmündungen kompliziert und teuer sind, verblassen sie im Vergleich zu asiatischen Flussmündungen. Die gesamte Nation Bangladesch liegt in der Mündung und unteren Aue des Ganges-Brahmaputra River., Andere asiatische Flüsse wie der Mekong, Chiang Jiang (oder Jangtse) und Huang Ho (oder Gelber Fluss) sind durch konzentrierte menschliche Siedlungen überfüllt und angespannt. Der globale Anstieg des Meeresspiegels führt zu Landverlust, erhöhten Überschwemmungen und erhöhtem Salzeindringen in diese Flussmündungen.
Die Nachfrage nach Wasser für die Bewässerung und den häuslichen Gebrauch stromaufwärts reduziert deutlich Süßwasserfluss durch diese Systeme., Die Flussmündungen Indus und Huang Ho haben in den letzten Jahrzehnten unter drastischen Kürzungen des Süßwasserflusses gelitten, und die Auswirkungen dieser menschlichen Veränderungen werden gerade jetzt erkannt. Neue Richtlinien zur Landnutzung, zur Wasserumleitung und sogar zur globalen Kohlendioxidproduktion (die sich auf die globale Erwärmung und den Anstieg des Meeresspiegels auswirkt) werden erforderlich sein, um diese gefährdeten Flussmündungsumgebungen und ihre menschlichen Bewohner zu schützen.,
Anregung neuer Ideen
Eine der Herausforderungen der Mündungsforschung besteht darin, dass die meisten wesentlichen Probleme interdisziplinär sind und Physik, Biologie, Chemie, Geologie und oft öffentliche Politik und Wirtschaft betreffen. Flussmündungen sind auch unglaublich vielfältig und kommen in allen Formen und Größen. Wissenschaftler werden jedoch ständig von politischen Entscheidungsträgern herausgefordert, unsere Ergebnisse aus Studien an einer Flussmündung zu verallgemeinern und sie auf die übrigen Flussmündungen der Welt anzuwenden.,
Als Wissenschaftler besteht eine unserer Aufgaben darin, Veränderungen in der Umwelt bei unterschiedlichen natürlichen und vom Menschen verursachten Einflüssen vorherzusagen. Um die Gesundheit von Flussmündungen in der Zukunft vorauszusehen, müssen wir einige grundlegende Fragen zur Gegenwart und Vergangenheit beantworten. Wie weit wird Salz eindringen, wenn der Fluss halbiert wird? Erhöhen oder verringern Veränderungen des Flussflusses die Geschwindigkeit, mit der Sedimente die Mündung schwärmen? Welche Auswirkungen haben solche Veränderungen auf die Fische, die im Süßwasser laichen?
Was wir lernen, wird für eine menschliche Bevölkerung, die Küstengewässer zunehmend schätzt, kritisch sein., Wir brauchen eine solide öffentliche Politik, um die Anfälligkeit für Überschwemmungen an der Küste zu verringern und Trinkwasser, Lebensmittelversorgung und einige der wichtigsten Lebensräume der Welt zu schützen. Wir werden nur dann eine bessere Politik entwickeln, wenn wir sie in einer besseren Wissenschaft begründen können.