Al largo della costa orientale della Virginia si trova una catena di isole barriera disabitate che aiutano a proteggere la costa continentale dalle tempeste che, grazie ai cambiamenti climatici, stanno aumentando sia in frequenza che in intensità.

Però, queste 23 isole che si estendono dall'isola di Assateague al confine con il Maryland all'isola dei pescatori vicino al ponte-tunnel della baia di Chesapeake sono esse stesse minacciate dal cambiamento climatico e dall'innalzamento del livello del mare.

Poiché la temperatura media aumenta leggermente, una specie di arbusto - Morella cerifera (mirto di cera) - ha proliferato in modo impressionante in molte delle isole. Nel passato, l'arbusto morirebbe in inverni estremi. Ora cresce tutto l'anno, spingendo fuori le erbe che costruiscono dune di sabbia essenziali per proteggere le isole.

"Questo arbusto è sempre stato qui, è una specie autoctona. Ma ha appena preso il sopravvento, "ha detto Julie Zinnert, dottorato di ricerca, un assistente professore presso il Dipartimento di Biologia del College of Humanities and Sciences, in una recente visita a Hog Island. "Se guardi da questa parte, è tutto arbusto. È un muro di arbusti, solo boschetti enormi. E questo a causa del cambiamento climatico".

L'esplosione di Morella sull'isola di Cobb provocò così tanta erosione che un nor'easter in primavera fece breccia nell'isola, sostanzialmente dividendolo in due.

Le immagini satellitari dal 1984 al 2016 mostrano che 10 delle isole:Cedar, Cobb, Pescatore, Maiale, Metompkin, Mirto, Parramore, Banco della nave, Smith e Wreck si sono ridotti del 27 percento. In quel periodo, la copertura arbustiva si è estesa a circa il 40% del paesaggio.

Sull'isola di Parramore, un'area un tempo brulicante di alberi ora è una foresta fantasma.

"Puoi letteralmente vedere alberi che sono morti sulla spiaggia. Appezzamenti che un tempo erano foreste marittime, ora puoi guardare e sono nell'oceano. Puoi letteralmente vedere l'erosione, "ha detto Natasha Woods, dottorato di ricerca un ricercatore post-dottorato presso VCU. "Le persone che non credono che il cambiamento climatico stia accadendo, queste isole sono un ottimo esempio che potresti mostrare loro per dimostrare il contrario."

Capire l'ecologia

Con le isole barriera della Virginia minacciate dai cambiamenti climatici e dall'innalzamento del livello del mare, il Coastal Plant Ecology Lab della Virginia Commonwealth University sta conducendo una serie di esperimenti che mirano a esplorare i processi ecologici e geomorfici che influenzano la loro resilienza.

"Il nostro obiettivo generale è comprendere le interazioni tra l'ecologia delle piante e i processi fisici in risposta a un clima che cambia, "disse Zinnert, ricercatore principale del laboratorio. "È importante perché è stato a lungo pensato che i processi fisici strutturano le comunità di vegetazione. Ma stiamo dimostrando che non è un processo a senso unico, ma un'interazione:l'ecologia del sistema è importante e deve essere considerata se vogliamo comprendere veramente e fare previsioni per il futuro."

Il laboratorio è uno dei tanti che fanno parte del progetto di ricerca ecologica a lungo termine della Virginia Coast Reserve, che è finanziato dalla National Science Foundation e che si concentra sulla ricerca del "mosaico di transizioni e sistemi di stato stazionario che comprendono il paesaggio barriera-isola/laguna/continente della costa orientale della Virginia".

La sovvenzione è amministrata attraverso il Dipartimento di Scienze Ambientali dell'Università della Virginia, e comprende ricercatori della Boston University, Università della Carolina del Nord a Chapel Hill, George Washington University, Virginia Tech, l'Istituto di Scienze Marine della Virginia, la tutela della natura e VCU.

Un modello per predire il futuro

Uno degli obiettivi della ricerca del team VCU è sviluppare un modello matematico che valuti i cambiamenti alle isole barriera in brevi periodi in base a diverse condizioni ambientali al fine di prevedere lo stato delle isole nel lontano futuro.

Il modello, sviluppato in collaborazione con David M. Chan, dottorato di ricerca, professore associato presso il Dipartimento di Matematica e Matematica Applicata, si espande su un modello cellulare esistente di duna, sviluppo della spiaggia e della vegetazione per includere più dinamiche dell'isola come le interazioni di più specie di vegetazione, effetti di salinità, innalzamento del livello del mare e altri fattori.

"I modelli sono strumenti importanti per gli scienziati poiché molti esperimenti sono impossibili da eseguire, " disse Chan. "In questo caso, vorremmo prevedere il futuro delle isole barriera, che intendiamo fare sulla base di simulazioni di questi modelli astratti. Poiché le interazioni tra il paesaggio e le comunità ecologiche sono molto complicate, potrebbe essere possibile influenzare i cambiamenti a lungo termine attraverso una migliore comprensione di queste interazioni in tutta l'isola".

Il modello sarà utile per le comunità costiere di tutto il mondo, molti dei quali sono alle prese con difficili questioni relative a come adattarsi all'innalzamento del livello del mare e ai cambiamenti climatici.

"Porterà consapevolezza al pubblico e istruzione sul valore della vegetazione costiera e su come i processi naturali strutturano le comunità costiere e su come queste cambieranno con l'innalzamento del livello del mare e le tempeste, Zinnert ha detto. "Paragono questo alla nostra consapevolezza ora sulle zone umide e paludose e quale protezione offrono dopo l'uragano Katrina".

Per esempio, lei disse, il modello potrebbe fornire un valido aiuto alle comunità prevedendo cose come le inondazioni e come potrebbe essere diverso dato il tipo di vegetazione presente.

"L'idea di base è che questo modello possa essere applicato ovunque, lungo qualsiasi costa, " Zinnert ha detto. "[Con i modelli precedenti], c'è stata meno enfasi sull'ecologia del sistema. Ma la nostra ricerca sta dimostrando che l'ecologia è davvero importante per la nostra comprensione".

In definitiva, Zinner ha detto, la ricerca del team sta alimentando la domanda:possiamo prevedere come cambierà la costa?

"Primo, cominceremo con le isole barriera, ma penso che possa scalare anche fino a una costa naturale, " ha detto. "Possiamo fare previsioni su come [isole e coste] appariranno tra 20 anni, 50 anni, 100 anni dato il riscaldamento climatico, data attività di disturbo, dato l'innalzamento del livello del mare?"

Il 67 percento di un'isola è andato

Per tutta l'estate, i ricercatori della VCU hanno fatto un giro in barca di 30 minuti dalla costa orientale alle isole barriera per condurre esperimenti. In un recente viaggio, il team, che comprendeva due studenti di master e un laureato in studi ambientali, ha visitato Hog Island per prelevare campioni d'acqua, controllare lo stato degli esperimenti che coinvolgono la crescita di erbe dunare, e altro ancora.

Spencer Bisset, dottorato di ricerca, un istruttore di biologia VCU, ha usato un aspiratore del terreno per scavare buche fino alla falda freatica e poi ha pompato i campioni.

"Li riporteremo in laboratorio e poi saranno testati per il contenuto di carbonio, " ha detto. "Stiamo cercando di capire dove il carbonio fisso che entra nel sistema attraverso le piante, dove sta andando? Viene sequestrato nel terreno e poi uscirà in un grande rutto quando l'isola si ribalta? Sta solo venendo respirato dai microbi e restituito all'atmosfera? Quindi defluisce nelle acque sotterranee e si dirige verso l'oceano? Rimani nella falda freatica?"

Qui vicino, un altro esperimento è stato testare la crescita delle erbe a varie profondità per vedere se c'è un punto in cui sono essenziali per la crescita dell'arbusto che si sta diffondendo sull'isola.

"Nel nostro sistema, sappiamo che alla fine l'arbusto prende il sopravvento, ma per catturarlo con precisione ed essere in grado di modellarlo, dobbiamo sapere:quando prende il sopravvento esattamente?" ha detto Zinnert. "E le erbe sono davvero essenziali per la crescita di quell'arbusto? Pensiamo che lo siano perché lo vediamo, ma [questo esperimento] sta effettivamente testando per saperlo."

Quell'esperimento, lei disse, è essenziale per comprendere i complessi processi ecologici coinvolti nel passaggio dell'isola da un sistema dominato da erba a arbusto.

"Una delle cose a cui abbiamo contribuito finora è che abbiamo dimostrato che non è una progressione lineare. È un cambiamento improvviso che si verifica ed è irreversibile, " Ha detto Zinnert. "Abbiamo alcuni appezzamenti in cui abbiamo effettivamente tagliato gli arbusti. Guardiamo cosa ritorna dopo aver rimosso gli arbusti e non è lo stesso sistema. Quindi è un cambiamento irreversibile nel sistema. E questo è qualcosa che viene notato in tutto il mondo, in particolare con arbusti, ma anche con altre specie."

In nessun luogo questo cambiamento irreversibile è più evidente di Cobb Island, lei disse.

"Cobb ha avuto questa espansione di arbusti e poi lo vedi erodere nel tempo, " ha detto. "Quando guardi la massa continentale di Cobb Island dal 1984 al 2016, qualcosa come il 67 percento di esso è appena andato. È incredibile. E lo attribuiamo all'espansione dell'arbusto".