De ervaring van de meeste mensen met zeegras, indien van toepassing, komt neer op niet meer dan een kriebel in hun enkels tijdens het waden in ondiepe kustwateren. Maar het blijkt dat deze alomtegenwoordige planten, variëteiten die over de hele wereld bestaan, zou een sleutelrol kunnen spelen bij de bescherming van kwetsbare kusten die worden geconfronteerd met aanvallen van stijgende zeespiegels.

Nieuw onderzoek kwantificeert voor het eerst, door middel van experimenten en wiskundige modellen, hoe groot en hoe dicht een aaneengesloten weide van zeegras moet zijn om de golven in een bepaald geografisch gebied adequaat te dempen, klimatologisch, en oceanografische setting.

In een paar artikelen die verschijnen in de meinummers van twee onderzoekstijdschriften, Kusttechniek en de Dagboek van vloeistoffen en structuren , MIT-hoogleraar civiele techniek en milieutechniek Heidi Nepf en promovendus Jiarui Lei beschrijven hun bevindingen en de aanzienlijke milieuvoordelen die zeegras biedt. Deze omvatten niet alleen het voorkomen van stranderosie en het beschermen van zeeweringen en andere constructies, maar ook het verbeteren van de waterkwaliteit en het vastleggen van koolstof om toekomstige klimaatverandering te helpen beperken.

Die diensten, in combinatie met bekendere diensten zoals het bieden van leefgebied voor vissen en voedsel voor andere zeedieren, betekent dat ondergedompelde waterplanten, waaronder zeegras, jaarlijks een totale waarde van meer dan $ 4 biljoen wereldwijd opleveren, zoals eerdere studies hebben aangetoond. Maar vandaag, sommige belangrijke zeegrasgebieden zoals de Chesapeake Bay hebben ongeveer de helft van hun historische zeegrasdekking (na een dieptepunt van slechts 2 procent), waardoor de beschikbaarheid van deze waardevolle diensten wordt beperkt.

Nepf en Lei maakten kunstmatige versies van zeegras, samengesteld uit materialen van verschillende stijfheid om de lange, flexibele bladen en veel stijvere bodems die typerend zijn voor zeegrasplanten zoals Zostera marina, ook wel bekend als gewoon zeegras. Ze hebben een weideachtige verzameling van deze kunstmatige planten opgezet in een 24 meter lange golftank in het Parsons Laboratory van MIT, die de omstandigheden van natuurlijke golven en stromingen kan nabootsen. Ze onderwierpen de weide aan verschillende omstandigheden, inclusief stilstaand water, sterke stromingen, en golfachtig heen en weer klotsen. Hun resultaten valideerden voorspellingen die eerder waren gedaan met behulp van een geautomatiseerd model van individuele planten.

De onderzoekers gebruikten de fysieke en numerieke modellen om te analyseren hoe het zeegras en de golven op elkaar inwerken onder verschillende omstandigheden van plantdichtheid, blad lengtes, en waterbewegingen. De studie beschrijft hoe de beweging van de planten verandert met bladstijfheid, golf periode, en golfamplitude, een nauwkeurigere voorspelling van golfdemping boven zeegrasweiden. Hoewel ander onderzoek enkele van deze aandoeningen heeft gemodelleerd, het nieuwe werk geeft een meer getrouwe weergave van de omstandigheden in de echte wereld en biedt een realistischer platform voor het testen van ideeën over herstel van zeegras of manieren om de gunstige effecten van dergelijke verzonken weiden te optimaliseren, ze zeggen.

Om de validiteit van het model te testen, het team deed vervolgens een vergelijking van de voorspelde effecten van zeegras op golven, kijkend naar een specifieke zeegrasweide voor de kust van het Spaanse eiland Mallorca, in de Middellandse Zee, waarvan bekend is dat het de kracht van inkomende golven gemiddeld met een factor van ongeveer 50 procent dempt. Met behulp van metingen van weidemorfologie en golfsnelheden verzameld in een eerdere studie onder leiding van professor Eduardo Infantes, momenteel van de Universiteit van Göteborg, Lei kon de voorspellingen van het model bevestigen, die analyseerde hoe de toppen van de grassprieten en in het water zwevende deeltjes beide de neiging hebben om cirkelvormige paden te volgen als golven voorbijgaan, bewegingscirkels vormen die orbitalen worden genoemd.

De waarnemingen daar kwamen goed overeen met de voorspellingen, Lei zegt, de manier waarop golfsterkte en zeegrasbeweging varieerden met de afstand van de rand van de weide tot het binnenste, kwam overeen met het model. Dus, "met dit model kunnen de ingenieurs en praktijkmensen verschillende scenario's voor zeegrasrestauratieprojecten beoordelen, wat nu een groot probleem is, "Hij zegt dat dat een aanzienlijk verschil kan maken, hij zegt, omdat sommige restauratieprojecten nu als te duur worden beschouwd, overwegende dat een betere analyse zou kunnen aantonen dat een kleiner gebied, minder duur om te herstellen, mogelijk het gewenste beschermingsniveau kan bieden. Op andere gebieden, uit de analyse kan blijken dat een project helemaal niet de moeite waard is, omdat de kenmerken van de lokale golven of stromingen de effectiviteit van de grassen zouden beperken.

De specifieke zeegrasweide op Mallorca die ze bestudeerden, staat bekend als zeer dicht en uniform, dus een toekomstig project is om de vergelijking uit te breiden met andere zeegrasgebieden, inclusief die met fragmentarische of minder dicht begroeide, Nepf zegt, om aan te tonen dat het model inderdaad bruikbaar kan zijn onder verschillende omstandigheden.

Door de golven te dempen en zo bescherming te bieden tegen erosie, het zeegras kan fijn sediment op de zeebodem vangen. Dit kan de op hol geslagen algengroei aanzienlijk verminderen of voorkomen die worden gevoed door de voedingsstoffen die met het fijne sediment zijn geassocieerd, wat op zijn beurt een uitputting van zuurstof veroorzaakt die een groot deel van het zeeleven kan doden, een proces dat eutrofiëring wordt genoemd.

Zeegras heeft ook een aanzienlijk potentieel voor het vastleggen van koolstof, zowel door eigen biomassa als door fijn organisch materiaal uit het omringende water te filteren, volgens Neff, en dit is een focus van haar en Lei's lopende onderzoek. Een hectare zeegras kan ongeveer drie keer zoveel koolstof opslaan als een hectare regenwoud, en Lei zegt dat voorlopige berekeningen suggereren dat wereldwijd, zeegrasvelden zijn verantwoordelijk voor meer dan 10 procent van de koolstof begraven in de oceaan, ook al bezetten ze slechts 0,2 procent van het gebied.

Terwijl andere onderzoekers de effecten van zeegras in constante stromingen hebben bestudeerd, of in oscillerende golven, "zij zijn de eersten die deze twee soorten stromen combineren, waaraan echte planten doorgaans worden blootgesteld. Ondanks de extra complexiteit, ze ordenen echt de fysica en definiëren verschillende stroomregimes met verschillende gedragingen, " zegt Frédérick Gosselin, hoogleraar werktuigbouwkunde aan Polytechnique Montréal, in Canada, die niet bij dit onderzoek betrokken was.

Gosselin voegt toe, "Deze onderzoekslijn is van cruciaal belang. Landontwikkelaars vullen en baggeren snel wetlands zonder veel na te denken over de rol die deze vochtige omgevingen spelen." Deze studie "demonstreert hoe ondergedompelde vegetatie een nauwkeurig kwantificeerbaar effect heeft op het dempen van inkomende golven. Dit betekent dat we nu precies kunnen evalueren hoeveel een weiland de kust beschermt tegen erosie. ... Deze informatie zou betere beslissingen van onze wetgevers mogelijk maken."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.