Au large de la côte est de la Virginie se trouve une chaîne d'îles-barrières inhabitées qui aident à protéger la côte continentale des tempêtes qui, grâce au changement climatique, augmentent à la fois en fréquence et en intensité.

Cependant, ces 23 îles qui s'étendent de l'île Assateague à la frontière du Maryland jusqu'à l'île Fisherman près du pont-tunnel de la baie de Chesapeake sont elles-mêmes menacées par le changement climatique et l'élévation du niveau de la mer.

Comme la température moyenne augmente légèrement, une espèce d'arbuste - Morella cerifera (myrte de cire) - a proliféré à un degré stupéfiant dans de nombreuses îles. Autrefois, l'arbuste mourrait dans les hivers extrêmes. Maintenant, il pousse toute l'année, repoussant les herbes qui construisent des dunes de sable essentielles à la protection des îles.

"Cet arbuste a toujours été là, c'est une espèce indigène. Mais il vient de prendre le dessus, " a déclaré Julie Zinnert, Doctorat., professeur adjoint au Département de biologie du Collège des sciences humaines, lors d'une récente visite à Hog Island. « Si vous regardez par ici, c'est tout arbuste. C'est un mur d'arbustes, juste des bosquets gigantesques. Et c'est à cause du changement climatique."

L'explosion de Morella sur l'île Cobb a entraîné une telle érosion qu'un nord-est au printemps a percé l'île, en le divisant essentiellement en deux.

L'imagerie satellitaire de 1984 à 2016 montre que 10 des îles—Cedar, Cobb, Pêcheur, Porc, Metompkine, Myrte, Parramore, Banc de navire, Smith et Wreck - ont diminué de 27 pour cent. Au cours de cette période, la couverture arbustive s'est étendue à environ 40 pour cent du paysage.

Sur l'île de Parramore, une zone autrefois grouillante d'arbres est maintenant une forêt fantôme.

"On peut littéralement voir des arbres morts sur la plage. Des parcelles qui étaient autrefois la forêt maritime, maintenant vous pouvez regarder et ils sont dans l'océan. Vous pouvez littéralement voir l'érosion, " a déclaré Natasha Woods, doctorat chercheur post-doctoral à VCU. "Les gens qui ne croient pas que le changement climatique se produit, ces îles sont un excellent exemple que vous pourriez leur montrer pour prouver le contraire."

Comprendre l'écologie

Les îles-barrières de Virginie étant menacées par le changement climatique et l'élévation du niveau de la mer, le Coastal Plant Ecology Lab de la Virginia Commonwealth University mène une série d'expériences visant à explorer les processus écologiques et géomorphiques affectant leur résilience.

"Notre objectif global est de comprendre les interactions entre l'écologie végétale et les processus physiques en réponse à un climat changeant, " dit Zinnert, chercheur principal du laboratoire. "C'est important parce qu'on a longtemps pensé que les processus physiques structurent les communautés végétales. Mais nous montrons qu'il ne s'agit pas d'un processus à sens unique mais d'une interaction - l'écologie du système est importante et doit être prise en compte si nous voulons vraiment comprendre et faire des prédictions pour l'avenir."

Le laboratoire est l'un des nombreux qui font partie du projet de recherche écologique à long terme de la Virginia Coast Reserve, qui est financé par la National Science Foundation et qui se concentre sur la recherche de la « mosaïque de transitions et de systèmes à l'état stationnaire qui composent le paysage des îles-barrières/lagons/continents de la côte est de la Virginie ».

La subvention est administrée par le Département des sciences de l'environnement de l'Université de Virginie, et comprend des chercheurs de l'Université de Boston, Université de Caroline du Nord à Chapel Hill, Université George Washington, Virginie Tech, le Virginia Institute of Marine Science, la Conservation de la Nature et VCU.

Un modèle pour prédire l'avenir

L'un des objectifs de la recherche de l'équipe VCU est de développer un modèle mathématique qui évalue les changements des îles-barrières sur de courtes périodes en fonction de différentes conditions environnementales afin de prédire l'état des îles dans le futur.

Le modèle, qui est développé en collaboration avec David M. Chan, Doctorat., professeur agrégé au Département de mathématiques et de mathématiques appliquées, s'étend sur un modèle cellulaire de dune existant, le développement de la plage et de la végétation pour inclure davantage la dynamique insulaire telle que les interactions entre plusieurs espèces végétales, effets de salinité, l'élévation du niveau de la mer et d'autres facteurs.

"Les modèles sont des outils importants pour les scientifiques car de nombreuses expériences sont impossibles à réaliser, " dit Chan. " Dans ce cas, nous aimerions prédire l'avenir des îles-barrières, ce que nous prévoyons de faire sur la base de simulations de ces modèles abstraits. Parce que les interactions entre le paysage et les communautés écologiques sont très compliquées, il peut être possible d'affecter des changements à long terme grâce à une meilleure compréhension de ces interactions sur l'ensemble de l'île."

Le modèle sera utile pour les communautés côtières du monde entier, dont beaucoup sont aux prises avec des questions difficiles liées à la façon de s'adapter à l'élévation du niveau de la mer et au changement climatique.

« Il sensibilisera le public et l'éduquera sur la valeur de la végétation côtière et sur la façon dont les processus naturels structurent les communautés côtières et sur la façon dont ceux-ci changeront avec l'élévation du niveau de la mer et les tempêtes, " a déclaré Zinnert. "Je compare cela à notre conscience actuelle des zones humides et des marais et de la protection qu'ils offrent après l'ouragan Katrina."

Par exemple, elle a dit, le modèle pourrait apporter une aide précieuse aux communautés en prédisant des choses telles que les inondations et en quoi elles pourraient être différentes compte tenu du type de végétation présente.

"L'idée de base est que ce modèle pourrait être appliqué n'importe où, le long de n'importe quel littoral, " a déclaré Zinnert. " [Avec les modèles précédents], on a moins mis l'accent sur l'écologie du système. Mais nos recherches montrent que l'écologie est vraiment importante pour notre compréhension."

Finalement, Zinnert a dit, les recherches de l'équipe alimentent la question :peut-on prédire comment le littoral va changer ?

"D'abord, nous allons commencer par les îles barrières, mais je pense qu'il peut également s'étendre jusqu'à un littoral naturel, ", a-t-elle dit. " Pouvons-nous faire des prédictions sur ce à quoi [les îles et les côtes] ressembleront dans 20 ans, 50 ans, 100 ans compte tenu du réchauffement climatique, étant donné l'activité perturbatrice, étant donné l'élévation du niveau de la mer ?"

67 pour cent d'une île disparue

Tout au long de l'été, les chercheurs de VCU ont fait une promenade en bateau de 30 minutes de la côte est aux îles-barrières pour mener des expériences. Lors d'un récent voyage, l'équipe, qui comprenait deux étudiants à la maîtrise et un étudiant de premier cycle en études environnementales, s'est rendue à Hog Island pour prélever des échantillons d'eau, vérifier l'état d'avancement des expérimentations de croissance des graminées dunes, et plus.

Spencer Bissett, Doctorat., un instructeur de biologie VCU, utilisé une tarière pour creuser des trous jusqu'à la nappe phréatique, puis pompé des échantillons.

"Nous allons les ramener au laboratoire, puis ils seront testés pour leur teneur en carbone, " a-t-il dit. " Nous essayons de comprendre où le carbone fixe qui entre dans le système par les plantes, où va-t-il ? Est-ce qu'il se séquestre dans le sol et va ensuite sortir en un gros rot lorsque l'île se renverse? Est-il simplement respiré par des microbes et renvoyé dans l'atmosphère ? S'écoule-t-il ensuite dans les eaux souterraines et se dirige-t-il vers l'océan ? Rester dans la nappe phréatique ?"

Proche, une autre expérience testait la croissance des graminées à différentes profondeurs pour voir s'il y avait un point auquel elles étaient essentielles pour la croissance de l'arbuste qui s'étendait sur l'île.

« Dans notre système, on sait que finalement l'arbuste prend le relais, mais pour capturer cela avec précision et pouvoir le modéliser, nous devons savoir :quand est-ce qu'il prend le dessus exactement ? » dit Zinnert. « Et les graminées sont-elles réellement essentielles à la croissance de cet arbuste ? Nous pensons qu'ils le sont parce que nous le voyons, mais [cette expérience] teste en fait pour le savoir."

Cette expérience, elle a dit, est essentiel pour comprendre les processus écologiques complexes impliqués dans le passage de l'île d'un système dominé par l'herbe à celui d'arbustes.

"L'une des choses auxquelles nous avons contribué jusqu'à présent est que nous avons montré qu'il ne s'agit pas d'une progression linéaire. C'est un changement brusque qui se produit et il est irréversible, " a déclaré Zinnert. "Nous avons des parcelles où nous avons coupé les arbustes. On regarde ce qui revient après avoir enlevé les arbustes et ce n'est pas le même système. C'est donc un changement irréversible dans le système. Et c'est quelque chose qui est remarqué dans le monde entier, surtout avec des arbustes, mais aussi avec d'autres espèces."

Nulle part ce changement irréversible n'est plus apparent que sur l'île de Cobb, elle a dit.

"Cobb a eu cette expansion d'arbustes et puis vous le voyez juste s'éroder avec le temps, " dit-elle. " Quand vous regardez la masse continentale de l'île Cobb de 1984 à 2016, quelque chose comme 67 pour cent de celui-ci vient de disparaître. C'est incroyable. Et nous attribuons cela à l'expansion de l'arbuste."