Met water dat meer dan 70 procent van het aardoppervlak bedekt, het is geen wonder dat onze planeet de Blauwe Marmer wordt genoemd. Gezien vanuit de ruimte, ons marmer is verweven met wervelingen van wolken en vlekken land gedefinieerd door kustlijnen - 372 000 mijl waard.

Zoom in op het marmer en je ziet de kustlijnen die talloze rivieren en beken kruisen. Je ziet ook de concentratie van kuststeden, waaronder veel van 's werelds grootste en kleinste. Kustgebieden zijn goed voor bijna de helft van onze wereldbevolking en herbergen de infrastructuur die een wereldeconomie aandrijft.

Als je nog verder zou inzoomen op deze kruispunten tussen land en water - verder dan wat het blote oog kan zien - zou je een bruisende gemeenschap van kleine organismen vinden die zowel voedingsstoffen als verontreinigingen filteren om onze planeet gezond te houden.

Dat is de reikwijdte van de aardse-aquatische interface van de aarde, een dynamisch mondiaal ecosysteem dat verandert met het getij, de seizoenen, Menselijke ontwikkeling, en steeds meer, klimaat.

"Kustgebieden ervaren een breed scala aan gevaren en spanningen, inclusief zeespiegelstijging, extreme weersomstandigheden, erosie, verouderde infrastructuur, en ecologische degradatie, " zei PNNL-wetenschapper Ian Kraucunas. "Menselijke activiteiten, vooral de uitbreiding van de gebouwde omgeving en andere veranderingen in landgebruik, sturen veranderingen in kustgebieden die net zo belangrijk kunnen zijn als verschuivingen in het natuurlijke systeem."

Wetenschappers van PNNL werken aan een beter begrip van de natuurlijke en menselijke triggers die van invloed zijn op de veerkracht van deze steeds kwetsbaarder wordende, onderling verbonden, en belangrijk systeem. Het is een enorme onderneming - zoals blijkt uit tientallen presentaties door PNNL-wetenschappers op de bijeenkomst van de American Geophysical Union dit jaar - en het begint met een lange termijnvisie.

Voorspellingen verbeteren:kustmodellering

Wetenschappers beginnen aan een nieuw project voor het Amerikaanse ministerie van Energie dat zich richt op enkele van de grootste onzekerheden bij het projecteren van de evolutie van kustomgevingen. Het project Geïntegreerde Kustmodellering, onder leiding van Kraucunas, richt zich op het ontwikkelen en integreren van rekenmodellen die kustprocessen kunnen simuleren.

Stel je de verschillende natuurlijke kustlijnen voor:lange zandstranden, ijs planken, steile rotswanden, en geleidelijk glooiende wadplaten die leiden tot getijdengrassen en estuaria, bijvoorbeeld. Landinwaarts verhuizen, kleine en grote stroompjes stromen naar beneden van hoger gelegen gebieden, sommigen tuimelen vrij rond, anderen verzamelen zich achter dammen.

Dat leidt ons naar de menselijke ontwikkeling. Appartementen aan zee, vakantieoorden, en wolkenkrabbers worden afgewisseld met vissersgemeenschappen, militaire havens, en expeditiecentra, om nog maar te zwijgen van de wegen, metro's, en elektrische infrastructuur die alles met elkaar verbindt.

Voeg nu Moeder Natuur toe, met invloeden uit de atmosfeer, oceanen, wind, en neerslagpatronen. Deze patronen beïnvloeden waar en hoeveel water valt en of het als sneeuw of regen valt of in een orkaan verandert. Deze interacties bepalen hoe organismen interageren in hun omgeving, inclusief waar mensen willen wonen.

Om te begrijpen hoe kustgemeenschappen kunnen evolueren in het licht van klimaatverandering, onderzoekers moeten rekening houden met menselijke ontwikkeling samen met aquatische processen van hooggelegen gebieden en rivieroevers tot uiterwaarden en de open oceaan. Al deze processen vinden plaats over een reeks van ruimte- en tijdschalen, waardoor het moeilijk is om te simuleren met computermodellen - een uitdaging die PNNL aangaat.

De inspanning richt zich in eerste instantie op de Amerikaanse mid-Atlantische regio, die de afgelopen decennia in toenemende mate ernstige gevolgen heeft ondervonden van extreme weersomstandigheden. Het project heeft tot doel een robuust voorspellend begrip te leveren van kustevolutie die rekening houdt met de complexe, multischaal interacties tussen fysieke, biologisch, en menselijke systemen.

Wat te verwachten:Extreme gebeurtenissen

De Amerikaanse kustvastgoedmarkt, inclusief openbare en particuliere infrastructuur, heeft een geschatte waarde van ongeveer een biljoen dollar. Bevolkingsgroei blijft de omvang van onze steden vergroten, ook in kust- en kustgebieden. Maar stressfactoren van zowel natuurlijke als menselijke systemen resulteren elk jaar in miljarden dollars aan verliezen. Zeespiegel blijft stijgen, en extreme weersomstandigheden, waaronder hevige regenval, stormvloeden, vloed, en winden zullen naar verwachting in frequentie en intensiteit toenemen. En op de achtergrond, onze openbare infrastructuur:elektriciteit, water, en transportsystemen - blijft evolueren.

PNNL-onderzoekers onder leiding van David Judi karakteriseren de impact en het risico van extreme gebeurtenissen op menselijke systemen. Bijvoorbeeld, hoe zullen toekomstige overstromingen onze stedelijke gebouwenvoorraad beïnvloeden? Welke impact zal de zeespiegelstijging hebben, in combinatie met tropische cyclonen, hebben op onze openbare infrastructuur?

Met behulp van geïntegreerde, multischaalmodellen van zowel natuurlijke als menselijke systemen, het onderzoek koppelt gevaren aan gevolgen om risico's in stedelijke kustgebieden te kwantificeren.

Methaan:een microbiële migratie

Broeikasgassen, zoals methaan, houden warmte vast in de atmosfeer en beïnvloeden wereldwijde klimaatprocessen. Terwijl koeien het grootste deel van de rap op methaan krijgen, het gas borrelt op uit elke omgeving waar microben op rottend organisch materiaal knabbelen.

Een PNNL-onderzoeksteam onder leiding van Nick Ward bekijkt verschillende terrestrische en aquatische ecosystemen om beter te begrijpen waar methaan onder veranderende omstandigheden vandaan komt. De meeste eerdere studies waren gericht op terrestrische bodems en zoetwaterecosystemen, omdat de methaanemissies aan de kusten lager waren, waar zeewater de methaanproductie remt. Nieuw onderzoek toont aan dat deze veronderstelling mogelijk niet waar is.

Onderzoekers hebben grote hoeveelheden methaan gevonden diep in kustbodems. Vervoerd door water tijdens extreem hoogwatergebeurtenissen, dit methaan bereikt uiteindelijk de atmosfeer. Terwijl de zeespiegel blijft stijgen, dit fenomeen kan leiden tot een netto toename van de methaanemissies uit stroomgebieden.

Opkomend tij:het belang van kleine stromen

Kleine rivieren en beken kronkelen over slechts een klein percentage van het aardoppervlak. Toch spelen deze waterwegen en dynamische kusten een cruciale rol bij het transporteren van koolstof en voedingsstoffen door de bodem, planten, en de sfeer.

In feite, vergeleken met veel bestudeerde en gemodelleerde grote rivierdelta's, kleine getijdenstroompjes zijn nauwer verbonden met het omringende land. En er zijn er nog veel meer - honderden en honderden meer. Stel je alle plaatsen waar water en land samenkomen voor als hotspots van ecosysteemactiviteit - dat is veel actie.

Jerry Tagestad leidt een team van onderzoekers die vraagtekens zetten bij de perceptie dat grote rivierdelta's kustprocessen domineren. Hun doel is om het gapende gat in klimaatmodellen te vullen met kleine getijdenstroompjes en hun rol bij de hervestiging van sediment, overstromingsbeheer, en andere ecosysteemdiensten, vooral in het licht van de stijgende zeespiegel.

Het bevorderen van een meer collectief begrip van de dynamiek en evolutie van kustsystemen is een formidabele wetenschappelijke uitdaging. PNNL gaat de uitdaging aan om beslissingen voor de toekomst te informeren.