Con l'acqua che copre oltre il 70% della superficie terrestre, non c'è da meravigliarsi se il nostro pianeta è soprannominato Blue Marble. Visto dallo spazio esterno, il nostro marmo è intessuto di vortici di nuvole e macchie di terra definite da coste-372, per un valore di 000 miglia.

Ingrandisci il marmo e vedrai le coste che intersecano innumerevoli fiumi e torrenti. Vedrai anche la concentrazione di città costiere, compresi molti dei più grandi e più piccoli del mondo. Le zone costiere rappresentano quasi la metà della nostra popolazione mondiale e ospitano le infrastrutture che guidano un'economia globale.

Se dovessi ingrandire ulteriormente queste intersezioni terra-acqua, oltre ciò che l'occhio nudo può vedere, troveresti una vivace comunità di minuscoli organismi che filtrano sia i nutrienti che i contaminanti per mantenere sano il nostro pianeta.

Tale è la portata dell'interfaccia terrestre-acquatica della Terra, un ecosistema globale dinamico che cambia con la marea, le stagioni, sviluppo umano, e sempre più, clima.

"Le regioni costiere stanno sperimentando una vasta gamma di pericoli e stress, compreso l'innalzamento del livello del mare, eventi meteorologici estremi, erosione, infrastrutture obsolete, e il degrado ecologico, " ha detto lo scienziato del PNNL Ian Kraucunas. "Attività umane, in particolare l'espansione dell'ambiente costruito e altri cambiamenti nell'uso del suolo, guidare i cambiamenti nelle zone costiere che possono essere importanti quanto i cambiamenti nel sistema naturale".

Gli scienziati del PNNL stanno lavorando per comprendere meglio i fattori scatenanti naturali e umani che influenzano la resilienza di questa popolazione sempre più vulnerabile, interconnesso, e importante sistema. È un'impresa enorme, evidente in dozzine di presentazioni da parte degli scienziati del PNNL al raduno di quest'anno dell'American Geophysical Union, e inizia con una visione a lungo termine.

Migliorare le previsioni:modellazione costiera

Gli scienziati stanno avviando un nuovo progetto per il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti che mira ad alcune delle più grandi incertezze nella proiezione dell'evoluzione degli ambienti costieri. Il progetto di modellazione costiera integrata, guidato da Kraucunas, si concentra sullo sviluppo e l'integrazione di modelli computazionali in grado di simulare i processi costieri.

Immagina le diverse coste naturali:lunghe spiagge sabbiose, banchi di ghiaccio, ripide scogliere rocciose, e distese fangose ​​gradualmente inclinate che portano a erbe di marea ed estuari, Per esempio. Spostandosi nell'entroterra, piccoli e grandi ruscelli scendono da quote più elevate, alcuni rotolano liberamente mentre altri si raccolgono dietro le dighe.

Che ci porta allo sviluppo umano. Condomini al mare, resort, e grattacieli sono giustapposti alle comunità di pescatori, porti militari, e centri di spedizione, per non parlare delle strade, metropolitane, e l'infrastruttura elettrica che collega tutto.

Ora aggiungi Madre Natura, con influenze dall'atmosfera, oceani, vento, e modelli di precipitazione. Questi modelli influenzano dove e quanta acqua cade e se cade come neve o pioggia o si trasforma in un uragano. Queste interazioni determinano come gli organismi interagiscono all'interno del loro ambiente, compreso dove le persone scelgono di vivere.

Per capire come le comunità costiere possono evolversi di fronte ai cambiamenti climatici, i ricercatori devono considerare lo sviluppo umano insieme ai processi acquatici dalle aree montuose e dalle coste fluviali alle pianure alluvionali e all'oceano aperto. Tutti questi processi si verificano in una gamma di scale spaziali e temporali, rendendo difficile la simulazione con modelli al computer, una sfida che PNNL sta affrontando.

Lo sforzo inizialmente si concentra sulla regione medio-atlantica degli Stati Uniti, che ha subito gravi impatti da eventi meteorologici estremi con frequenza crescente negli ultimi decenni. Il progetto mira a fornire una solida comprensione predittiva dell'evoluzione costiera che tiene conto del complesso, interazioni multiscala tra fisici, biologico, e sistemi umani.

Cosa aspettarsi:eventi estremi

Il mercato immobiliare costiero degli Stati Uniti, comprese le infrastrutture pubbliche e private, ha un valore stimato di circa un trilione di dollari. La crescita demografica continua ad aumentare le dimensioni delle nostre città, anche nelle zone costiere e costiere. Eppure i fattori di stress provenienti sia dal sistema naturale che da quello umano provocano perdite per miliardi di dollari ogni anno. Il livello del mare continua a salire, ed eventi meteorologici estremi, comprese forti precipitazioni, mareggiate, alta marea, e si prevede che i venti aumenteranno in frequenza e intensità. E sullo sfondo, la nostra infrastruttura pubblica:energia elettrica, acqua, e sistemi di trasporto, continua ad evolversi.

I ricercatori del PNNL guidati da David Judi stanno caratterizzando l'impatto e il rischio di eventi estremi sui sistemi umani. Per esempio, in che modo i futuri livelli di inondazione influenzeranno il nostro patrimonio edilizio urbano? Quale impatto aumenterà il livello del mare, insieme ai cicloni tropicali, hanno sulla nostra infrastruttura pubblica?

Utilizzando integrato, modelli multiscala di sistemi naturali e umani, la ricerca collega i pericoli con le conseguenze per quantificare il rischio nelle aree urbane costiere.

Metano:una migrazione microbica

gas serra, come il metano, intrappolare il calore nell'atmosfera e influenzare i processi climatici globali. Mentre le mucche prendono la maggior parte del rap con il metano, il gas ribolle da qualsiasi ambiente in cui i microbi sgranocchiano materia organica in decomposizione.

Un team di ricerca del PNNL guidato da Nick Ward sta esaminando diversi ecosistemi terrestri e acquatici per capire meglio da dove proviene il metano in condizioni in evoluzione. La maggior parte degli studi precedenti si è concentrata sui suoli terrestri e sugli ecosistemi di acqua dolce, perché si presumeva che le emissioni di metano fossero inferiori alle coste, dove l'acqua di mare inibisce la produzione di metano. Una nuova ricerca mostra che questa ipotesi potrebbe non essere vera.

I ricercatori hanno trovato elevate quantità di metano in profondità nei suoli costieri. Trasportato dall'acqua durante eventi di alluvione di alta marea estrema, questo metano alla fine raggiunge l'atmosfera. Mentre il livello del mare continua a salire, questo fenomeno può comportare un aumento netto delle emissioni di metano dai bacini idrografici.

Marea crescente:l'importanza dei piccoli ruscelli

Piccoli fiumi e torrenti si snodano solo su una piccola percentuale della superficie terrestre. Eppure questi corsi d'acqua e coste dinamiche svolgono un ruolo fondamentale nel far circolare il carbonio e i nutrienti attraverso il suolo, impianti, e l'atmosfera.

Infatti, rispetto ai grandi delta fluviali molto studiati e modellati, i piccoli flussi di marea sono più strettamente collegati con il terreno circostante. E ce ne sono molti di più, centinaia e centinaia di più. Immagina tutti i luoghi in cui l'acqua incontra la terra come punti caldi dell'attività dell'ecosistema:è molta azione.

Jerry Tagestad guida un team di ricercatori che mettono in dubbio la percezione che i grandi delta fluviali dominino i processi costieri. Il loro scopo è quello di colmare il vuoto nei modelli climatici per includere i piccoli flussi di marea e il loro ruolo nel reinsediamento dei sedimenti, controllo delle inondazioni, e altri servizi ecosistemici, soprattutto di fronte all'innalzamento del livello del mare.

Promuovere una comprensione più collettiva delle dinamiche e dell'evoluzione dei sistemi costieri è una sfida scientifica formidabile. PNNL sta affrontando la sfida per informare le decisioni per il futuro.