Hoe zal de ecologie van de Salish Sea er in het jaar 2095 uitzien?

Het is een belangrijke vraag voor miljoenen mensen die langs en nabij de oevers van dit ingewikkelde, onderling verbonden netwerk van kustwateren, inhammen, baaien, en estuaria die Puget Sound in de staat Washington en de diepe wateren van het zuidwesten van British Columbia omvatten.

Een onderzoeksteam van PNNL ontdekte dat de binnenste Salish Sea veerkrachtig is, en dat toekomstige reactie op klimaatverandering - hoewel aanzienlijk - minder ernstig zal zijn dan de open oceaan.

Een foto maken van de ecologie van de Salish Sea

Klimaatverandering is een wereldwijd probleem van de tropen tot de poolgebieden, maar de gevolgen zijn vaak lokaal de grootste zorg. Daarom financierde het Climate Preparedness and Resilience Program van het US Army Corps of Engineers PNNL om een ​​beter begrip te krijgen van de toekomst van de Salish Sea - hoe de ecologie zal reageren op stijgende temperaturen, stijgende zeespiegel, en groeiende nutriëntenbelasting.

Het onderzoek richtte zich op de belangrijkste parameters, zoals algenbloei, oceaanverzuring, en jaarlijkse gevallen van hypoxie - een aandoening die wordt gekenmerkt door lage niveaus van opgeloste zuurstof. Dit zijn allemaal ecologische problemen in de Salish Zee, vandaag en in de komende decennia.

Onderzoekers gebruikten het Salish Sea Model, die is ontwikkeld door PNNL in samenwerking met het Washington State Department of Ecology en via subsidie ​​van het Amerikaanse Environmental Protection Agency. Het model is een voorspellend instrument voor oceaanmodellering voor kustestuariene onderzoeken, restauratieplanning, waterkwaliteitsbeheer, en beoordeling van de reactie op klimaatverandering. in 2018, Wetenschappers van PNNL gebruikten het om nauwkeurig te simuleren hoe de Salish Sea reageert op antropogene nutriënten, zoals afvloeiing van kunstmest en lozing van afvalwater (Khangaonkar et al., 2018).

Volgens PNNL-programmamanager Tarang Khangaonkar, die mijlpaal 2018-prestatie - succesvolle voorspelling van biogeochemische cycli in de Salish Sea, inclusief het voorkomen, timing, en de duur van hypoxie op locaties die van oudsher bekend staan ​​om hun slechte kwaliteit en het doden van vissen, hebben de meest recente studie mogelijk gemaakt. "Dat onderzoek stelde vast dat ons model op een robuuste manier werkte, dus we konden het toepassen om nieuwe vragen te beantwoorden - om erachter te komen hoe dit water zal veranderen met klimaatverandering, " hij zei.

Om de uitdaging aan te gaan, PNNL-onderzoekers pasten verkleinde output toe van het Community Earth System Model van het National Center for Atmospheric Research, een bekend en veel toegepast mondiaal klimaatmodel, om het Salish Sea Model te besturen. Het team simuleerde een enkele projectie van een verandering van 95 jaar onder het representatieve concentratiepad 8.5 (RCP8.5) broeikasgasemissiescenario, ten opzichte van het jaar 2000. Dit komt overeen met een scenario met hoge emissies in het vijfde beoordelingsrapport van het Intergouvernementeel Panel voor klimaatverandering (IPCC) dat overeenkomt met ongecontroleerde uitstoot van broeikasgassen. De afdeling Ecologie werkte mee door het verstrekken van inputgegevens, zoals stroomgebieden en afvalwaterafvoeren die in zee worden geloosd, rekening houdend met toekomstige veranderingen in landgebruik en bevolkingsgroei.

Onderzoeksresultaten:De Salish Zee in 2095

Gepubliceerd in het tijdschrift JGR Oceans, "Salish Sea reactie op wereldwijde klimaatverandering, Zeespiegelstijging, en toekomstige nutriëntenladingen" (Khangaonkar T, Een Nugraha, W Xu, en K. Balaguru, 2019) projecteert de impact op de Salish Zee tegen 2095, inclusief hogere watertemperatuur (+1,5°C), hogere zeespiegel (+1,5 meter), grotere verzuring, en verlaagde niveaus van opgeloste zuurstof.

Een gebied van jaarlijks terugkerende hypoxie in deze 6, Het wateroppervlak van 900 vierkante mijl zal naar verwachting toenemen van minder dan 1 procent van de totale oppervlakte van vandaag tot ongeveer 16 procent in 2095.

De snelgroeiende bevolking van het grotere Seattle en Vancouver, voor Christus, grootstedelijke gebieden spelen - samen met stijgende watertemperaturen - ook een rol in de toekomstige toestand van het water. Met meer mensen komen er meer voedingsstoffen die bijdragen aan de groei van algen, met biomassa die naar verwachting met ongeveer 23 procent zal toenemen. Bovendien, dat biomassa kan verschuiven van gemeenschappen die worden gedomineerd door diatomeeën naar gemeenschappen die worden gedomineerd door dinoflagellaten.

"Deze veranderingen hebben een significant effect op de samenstelling van fytoplanktonsoorten. Sommige soorten, zoals dinoflagellaten, kunnen hiervan profiteren en andere, zoals diatomeeën, niet. Het zijn de soorten die warmer water prefereren die dominanter zullen worden, "Kangaonkar zei, opmerkend dat de bevindingen gebaseerd zijn op wiskundige beoordelingen die geen rekening houden met biologische aanpassing.

Een veerkrachtig waterlichaam

Ondanks aanzienlijke voorspelde veranderingen, de studie geeft aan dat de toekomstige reactie op klimaatverandering in de Salish Sea minder ernstig zou zijn in vergelijking met de voorspelde verandering in de open oceaan. Grotere veerkracht kan worden toegeschreven aan sterke verticale circulatie en vermenging van oppervlaktelagen met diep water dat een fysieke buffer vormt om de wateren van de Salish Sea koeler te houden, meer zuurstofrijk, en minder zuur.

"Een van de redenen waarom we met dit onderzoek begonnen, was om te weten te komen wat klimaatverandering zal betekenen voor onze nabije kustgebieden van de Salish Zee, "Zei Khangaonkar. "Zal het meer worden beïnvloed dan de kustwateren van de Stille Oceaan? Wordt het minder?"

Het onderzoeksteam ontdekte dat vermenging en diepwatercirculatie in de Salish Sea verlichting bieden van veel sterkere wereldwijde gevolgen van klimaatverandering. Terwijl de gemiddelde temperatuur aan de grens van de open oceaanbodem naar verwachting met 2,6°C zal stijgen, het gemiddelde in de Salish Zee zal naar verwachting met 1,5°C stijgen. evenzo, gemiddelde opgeloste zuurstof aan de grens van de open oceaanbodem zal naar verwachting met 1,7 milligram per liter afnemen, in de Salish Zee, het gemiddelde niveau van opgeloste zuurstof daalt met de helft.

Circulatie is belangrijk voor de waterkwaliteit. "Als mensen denken aan klimaatverandering, " legde Khangaonkar uit, "hun eerste veronderstellingen zijn die van hogere temperaturen en stijgende zeespiegels, en dat het huidige patronen en getijdenbewegingen aanzienlijk zal veranderen. Maar we ontdekten dat dit niet het geval was voor de Salish Zee."

Het onderzoeksteam gebruikte het model om de volumeflux (uitwisselingsstroom) te onderzoeken van water dat vanuit de Stille Oceaan de Salish Zee instroomt. Zou deze hoeveelheid, die bijna 20 keer zo groot is als alle zoetwaterinstroom bij elkaar, veranderen? En als het zo is, heeft dit invloed op het doorspoelen en de waterkwaliteit? De onderzoeksresultaten toonden aan dat twee factoren elkaar lijken tegen te werken om de verandering in de bloedsomloop onbeduidend te maken.

Smeltend poolijs beïnvloedt het zoutgehalte van de oceaan en vermindert de circulatiekracht van de estuariene, aangedreven door zoutgradiënten. Tegelijkertijd, zeespiegelstijging verhoogt de circulatiekracht en de twee factoren heffen elkaar in wezen op voor de diepe fjordachtige wateren van de Salish Zee.

Khangaonkar waarschuwt dat de veerkracht van de Salish Sea beperkt is tot het diepere estuariene menggebied tussen het continentaal plat en rivieren. "Als we eenmaal de intergetijdengebieden en stroomopwaarts zijn binnengegaan, vinden we dat de effecten van klimaatverandering groter zijn, " hij zei.

Bijvoorbeeld, de intergetijdengebieden van de Snohomish River Estuary, dat een binnenste deelstroomgebied van de Salish Zee is, wordt voorspeld een jaarlijkse gemiddelde oppervlaktetemperatuurstijging tot 3 ° C. evenzo, als gevolg van de stijging van de zeespiegel, het binnendringen van het zoutgehalte zal zich naar verwachting stroomopwaarts uitstrekken tot 18 km van de riviermonding ten opzichte van 7 km in historische omstandigheden voor het Snohomish-estuarium.

Het Salish Sea Model naar de wereld brengen

PNNL voert tal van toepassingen van het Salish Sea Model uit om te helpen bij de planning en het ontwerp van het herstel van habitats in de buurt van de kust, analyse ter ondersteuning van het herstel van vismigratieroutes, en beoordeling van de gevolgen voor de waterkwaliteit voor het hele stroomgebied. De methodes, modellen, en procedures die worden gebruikt voor het verkleinen van de wereldwijde klimaatveranderingsprojecties voor de Salish Sea-regio, zou voor soortgelijke analyses in andere regio's kunnen worden toegepast. De resultaten van de Salish Sea Model-toepassing en de oplossingsbestanden worden op verzoek routinematig beschikbaar gesteld aan medewerkers.