Voor de kust van Virginia's Eastern Shore ligt een keten van onbewoonde barrière-eilanden die de kust van het vasteland helpen beschermen tegen stormen die - dankzij de klimaatverandering - zowel in frequentie als in intensiteit toenemen.

Echter, deze 23 eilanden, die zich uitstrekken van Assateague Island aan de grens met Maryland tot Fisherman Island bij de Chesapeake Bay Bridge-Tunnel, worden zelf bedreigd door klimaatverandering en zeespiegelstijging.

Terwijl de gemiddelde temperatuur iets stijgt, een soort struik - Morella cerifera (wasmirte) - heeft zich in een duizelingwekkende mate verspreid over veel van de eilanden. Vroeger, de struik zou sterven in extreme winters. Nu groeit het het hele jaar door, het verdrijven van grassen die zandduinen vormen die essentieel zijn voor de bescherming van de eilanden.

"Deze struik is hier altijd geweest, het is een inheemse soort. Maar het heeft het net overgenomen, " zei Julie Zinnert, doctoraat, een assistent-professor bij de afdeling Biologie van het College of Humanities and Sciences, tijdens een recent bezoek aan Hog ​​Island. "Als je deze kant op kijkt, dat is allemaal struik. Het is een muur van struik, gewoon gigantische struikgewas. En dat komt door de klimaatverandering."

De explosie van Morella op Cobb Island leidde tot zoveel erosie dat een noordooster in de lente het eiland doorbrak, het in wezen in tweeën splitsen.

Satellietbeelden van 1984 tot 2016 laten zien dat 10 van de eilanden - Cedar, Cobb, Visser, Varken, Metompkin, Mirte, Parramore, Schip Shoal, Smith en Wreck zijn met 27 procent gekrompen. Over die periode, struikbedekking uitgebreid tot ongeveer 40 procent van het landschap.

Op het eiland Parramore, een gebied dat ooit vol bomen stond, is nu een spookbos.

"Op het strand zie je letterlijk gestorven bomen. Percelen die vroeger maritiem bos waren, nu kun je kijken en ze zijn in de oceaan. Je kunt letterlijk de erosie zien, " zei Natasha Bos, doctoraat een postdoctoraal onderzoeker aan de VCU. "Mensen die niet geloven dat klimaatverandering plaatsvindt, deze eilanden zijn een geweldig voorbeeld dat je ze zou kunnen laten zien om het tegendeel te bewijzen."

De ecologie begrijpen

Nu Virginia's barrière-eilanden worden bedreigd door klimaatverandering en zeespiegelstijging, het Coastal Plant Ecology Lab aan de Virginia Commonwealth University voert een reeks experimenten uit die gericht zijn op het onderzoeken van de ecologische en geomorfische processen die hun veerkracht beïnvloeden.

"Ons overkoepelende doel is om de interacties tussen plantenecologie en fysieke processen te begrijpen als reactie op een veranderend klimaat, zei Zinnert, hoofdonderzoeker van het lab. "Het is belangrijk omdat lang werd gedacht dat de fysieke processen vegetatiegemeenschappen structureren. Maar we laten zien dat het geen eenrichtingsproces is, maar een interactie - de ecologie van het systeem is belangrijk en moet worden overwogen als we willen echt begrijpen en voorspellingen doen voor de toekomst."

Het lab is een van de vele die deel uitmaken van het Virginia Coast Reserve Long-Term Ecological Research-project, dat wordt gefinancierd door de National Science Foundation en dat zich richt op het onderzoeken van het "mozaïek van overgangen en steady-state-systemen die het barrière-eiland / lagune / vastelandlandschap van de oostelijke oever van Virginia vormen."

De beurs wordt beheerd door de afdeling Milieuwetenschappen van de Universiteit van Virginia, en omvat onderzoekers van de Boston University, Universiteit van North Carolina in Chapel Hill, George Washington-universiteit, Virginia Tech, het Virginia Institute of Marine Science, de Natuurbescherming en VCU.

Een model om de toekomst te voorspellen

Een doel van het onderzoek van het VCU-team is om een ​​wiskundig model te ontwikkelen dat veranderingen in de barrière-eilanden over korte perioden beoordeelt op basis van verschillende omgevingsomstandigheden om de toestand van de eilanden tot ver in de toekomst te voorspellen.

Het model, die wordt ontwikkeld in samenwerking met David M. Chan, doctoraat, een universitair hoofddocent bij de afdeling Wiskunde en Toegepaste Wiskunde, breidt uit op een bestaand cellulair model van duin, strand- en vegetatieontwikkeling om meer van de eilanddynamiek te omvatten, zoals interacties met meerdere vegetatiesoorten, zoutgehalte effecten, zeespiegelstijging en andere factoren.

"Modellen zijn belangrijke hulpmiddelen voor wetenschappers, omdat veel experimenten onmogelijk uit te voeren zijn, "Zei Chan. "In dit geval, we willen de toekomst van barrière-eilanden voorspellen, die we van plan zijn te doen op basis van simulaties van deze abstracte modellen. Omdat interacties tussen het landschap en ecologische gemeenschappen erg ingewikkeld zijn, het is misschien mogelijk om veranderingen op de lange termijn te beïnvloeden door een beter begrip van deze interacties op het hele eiland."

Het model zal nuttig zijn voor kustgemeenschappen over de hele wereld, velen van hen worstelen met moeilijke vragen over hoe zich aan te passen aan de stijgende zeespiegel en klimaatverandering.

"Het zal het publiek bewust maken en voorlichting geven over de waarde van kustvegetatie en hoe natuurlijke processen kustgemeenschappen structureren en hoe deze zullen veranderen met zeespiegelstijging en stormen, "Zei Zinnert. "Ik vergelijk dit met ons bewustzijn nu over wetlands en moeras en welke bescherming ze bieden na orkaan Katrina."

Bijvoorbeeld, ze zei, het model zou gemeenschappen waardevolle hulp kunnen bieden door bijvoorbeeld overstromingen te voorspellen en te voorspellen hoe dit anders kan zijn, gezien het type vegetatie dat aanwezig is.

"Het basisidee is dat dit model overal kan worden toegepast, langs elke kustlijn, " zei Zinnert. "[Met eerdere modellen], er is minder nadruk gelegd op de ecologie van het systeem. Maar ons onderzoek toont aan dat ecologie echt belangrijk is voor ons begrip."

uiteindelijk, Zinnert zei, het onderzoek van het team voedt de vraag:kunnen we voorspellen hoe de kustlijn zal veranderen?

"Eerst, we beginnen met de barrière-eilanden, maar ik denk dat het ook kan opschalen naar een natuurlijke kustlijn, "zei ze. "Kunnen we voorspellingen doen over hoe [eilanden en kustlijnen] er over 20 jaar uit zullen zien, 50 jaar, 100 jaar gegeven klimaatopwarming, gegeven verstoringsactiviteit, gegeven zeespiegelstijging?"

67 procent van een eiland verdwenen

De hele zomer, de VCU-onderzoekers hebben een boottocht van 30 minuten gemaakt van de oostkust naar de barrière-eilanden om experimenten uit te voeren. Op een recente reis, het team - waaronder twee masterstudenten en een niet-gegradueerde milieustudies - bezocht Hog Island om watermonsters te nemen, controleer de status van experimenten met de groei van duinbouwgrassen, en meer.

Spencer Bissett, doctoraat, een VCU biologie instructeur, gebruikten een grondboor om gaten tot aan de grondwaterspiegel te graven en vervolgens monsters uit te pompen.

"We gaan ze terug naar het lab brengen en dan zullen ze worden getest op koolstofgehalte, zei hij. "We proberen erachter te komen waar de vaste koolstof die via de planten in het systeem komt, waar gaat het heen? Wordt het opgesloten in de grond en komt het er dan uit in één grote oprisping als het eiland omrolt? Wordt het gewoon opnieuw ingeademd door microben en teruggebracht naar de atmosfeer? Stroomt het dan uit in het grondwater en gaat het de oceaan in? In de watertafel blijven?"

In de buurt, een ander experiment was het testen van de groei van grassen op verschillende diepten om te zien of er een punt is waarop ze essentieel zijn voor de groei van de struik die zich over het eiland verspreidt.

"In ons systeem we weten dat uiteindelijk de struik het overneemt, maar om dat nauwkeurig vast te leggen en te kunnen modelleren, we moeten weten:wanneer neemt het het precies over?' zei Zinnert. 'En zijn de grassen eigenlijk essentieel voor de groei van die struik? We denken dat ze zijn omdat we het zien, maar [dit experiment] is eigenlijk aan het testen om dat te weten."

dat experiment, ze zei, is essentieel voor het begrijpen van de complexe ecologische processen die betrokken zijn bij de verschuiving van het eiland van een door gras naar struikgedomineerd systeem.

"Een van de dingen die we tot nu toe hebben bijgedragen, is dat we hebben laten zien dat het geen lineaire progressie is. Het is een abrupte verandering die optreedt en het is onomkeerbaar, " zei Zinnert. "We hebben een aantal percelen waar we de struiken hebben weggesneden. We kijken naar wat er terugkomt nadat we de struiken hebben verwijderd en het is niet hetzelfde systeem. Het is dus een onomkeerbare verandering in het systeem. En dit is iets dat wereldwijd wordt opgemerkt, vooral bij struiken, maar ook met andere soorten."

Nergens is die onomkeerbare verandering duidelijker dan Cobb Island, ze zei.

"Cobb had deze uitbreiding van struiken en dan zie je het in de loop van de tijd eroderen, "zei ze. "Als je kijkt naar de landmassa van Cobb Island van 1984 tot 2016, zoiets als 67 procent ervan is gewoon weg. Het is ongeloofelijk. En dat schrijven we toe aan de uitbreiding van de struik."