Noi viviamo, opera, e giocare sulla costa.

Circa il 40% della popolazione mondiale vive attualmente vicino alla costa. Gran parte dell'energia mondiale, difesa, e le infrastrutture industriali si trovano sulla costa, e la spedizione attraverso i porti costieri rappresenta oltre il 90% del commercio globale.

Ma i paesaggi costieri sono anche vulnerabili al cambiamento globale. Entro il 2100, più del doppio delle persone potrebbero vivere in aree soggette a inondazioni, dato l'innalzamento del livello del mare, Crescita urbana, immigrazione, e scenari ad alta emissione di anidride carbonica.

"I principali modelli di clima globale [computer] che i ricercatori utilizzano attualmente descrivono la costa come un pixel che è essenzialmente metà terra e metà oceano, ", ha detto il biogeochimico del PNNL Nick Ward. "Si limita a passare la terra al mare".

In un recente articolo di rassegna, pubblicato il 18 maggio in Comunicazioni sulla natura , un team interdisciplinare di ricercatori guidato da Ward ha proposto un percorso per perfezionare la rappresentazione delle interfacce costiere nei modelli dei sistemi terrestri utilizzati per prevedere il clima sulla Terra. Suggeriscono di descrivere le funzioni delle interfacce costiere su scala ecosistemica, classificare gli ecosistemi costieri in pochi tipi funzionali, utilizzando modelli dettagliati che esistono a scala locale per quelle categorie, e poi applicare le lezioni apprese dai modelli locali a ecosistemi costieri simili in tutto il mondo.

Definizione dei gradienti di processo costiero su scala ecosistemica

I modelli del sistema terrestre descrivono come gli ecosistemi di tutto il mondo interagiscono attraverso il trasferimento di nutrienti ed energia per influenzare il clima. La diversità biologica e geochimica sono alla base di molti di questi cicli di trasferimento, e gli ecosistemi costieri ospitano alcuni dei sistemi biologicamente e geochimicamente più diversificati del pianeta.

Però, la maggior parte dei dettagli sulla funzione degli ecosistemi costieri manca dagli attuali modelli del sistema Terra. Questi modelli rappresentano attualmente un'interfaccia costiera come semplice transizione tra terra e mare. In realtà, l'interfaccia è un cambiamento graduale, modellato in gran parte dall'equilibrio tra il flusso di marea e lo scarico di acqua dolce dalla terra.

La geografia, le coste ripide o poco profonde, è un fattore primario che influenza il modo in cui l'acqua dolce e l'acqua di mare interagiscono in un'interfaccia costiera. L'effetto delle maree viaggia più nell'entroterra attraverso i fiumi di marea per coste meno profonde di quelle in cui le scogliere rocciose incontrano il mare. Anche, seguire il flusso dell'acqua in corrispondenza di un'interfaccia costiera rivela processi e gradienti dalla scala di molecole e microbi agli alberi e ai sedimenti.

La miscela di acqua dolce e salata in corrispondenza di un'interfaccia costiera genera un gradiente di salinità che influenza i tipi di piante che crescono nell'entroterra e la composizione delle comunità microbiche che vivono nel suolo e nei sedimenti. Le piante e i microbi in un'area costiera influenzano i cicli dei nutrienti e del carbonio di un ecosistema, e il sedimento lavato dalla terra nei fiumi e negli estuari influenza la disponibilità di nutrienti.

"Questi fattori sono stati studiati nei laboratori e in diversi siti in tutto il mondo, " ha detto Vanessa Bailey, uno scienziato del suolo al PNNL. "Ora vogliamo riunire tutti coloro che studiano l'interfaccia tra terra e mare per comprendere meglio i processi connessi che si verificano nelle interfacce costiere su scala ecosistemica".

Descrivere l'interruzione e la resilienza dei processi costieri

Mentre gli scienziati lavorano per capire meglio come funzionano gli ecosistemi costieri, hanno anche un secondo compito:studiare quanto questi ecosistemi siano resilienti al cambiamento globale. Poiché gli ecosistemi costieri sono un'interfaccia tra terra e mare, sperimentano anche gli effetti delle interruzioni in entrambe le aree. La siccità e i cambiamenti nell'uso del suolo nell'entroterra possono influenzare i processi costieri, insieme all'innalzamento del livello del mare nell'oceano.

Con così tanti processi interconnessi che avvengono negli ecosistemi costieri, gli scienziati devono affrontare molte domande quando creano modelli predittivi dettagliati della funzione e della risposta delle interfacce costiere. Quali processi costieri e quali processi terrestri devono essere inclusi? Su quale scala geografica e temporale? I modelli riflettono il modo in cui gli ecosistemi costieri potrebbero rispondere al cambiamento globale?

Classificazione dei processi costieri e coordinamento della ricerca futura

Nel loro articolo, il team di ricercatori interdisciplinari del mondo accademico, laboratori nazionali, e le agenzie federali propongono una strategia per rispondere a queste domande. Un modo per rappresentare le interfacce costiere nel modello del sistema Terra è con un modello di ogni ecosistema costiero del mondo. Però, con 372, 000 miglia di coste in tutto il mondo, i ricercatori riconoscono che il compito è irrealizzabile.

Quindi offrono un'altra opzione:classificare gli ecosistemi costieri in pochi tipi funzionali, fare modelli dettagliati per quelle categorie, e quindi applicare quei modelli ad altri ecosistemi costieri.

Le classificazioni funzionali potrebbero descrivere caratteristiche geografiche, come coste frastagliate o spiagge in leggera pendenza. Potrebbero descrivere gli ecosistemi in modi che raccolgano diversi tipi di sistemi di estuario, appartamenti di marea, o litorali insieme.

"Mentre la comunità scientifica sviluppa questi modelli, rivelerà anche le lacune in cui sono necessari più dati osservativi per convalidare i modelli, " ha detto Ward. Per raccogliere quei dati, lui e i suoi colleghi raccomandano di sfruttare le reti di monitoraggio ecologico a lungo termine esistenti e di indirizzare la ricerca verso questioni comuni.

Il compito che ci aspetta è qualcosa che nessuno può fare da solo, ha concluso la squadra. Ward ha convenuto:"Lo sviluppo di questi modelli dettagliati richiederà il coordinamento tra le istituzioni, agenzie di finanziamento, e le reti di ricerca a lungo termine esistenti per sviluppare una comprensione su scala globale delle interfacce costiere".