Crédit :Laboratoire national du Nord-Ouest du Pacifique
À quoi ressemblera l'écologie de la mer des Salish en 2095 ?
C'est une question importante pour des millions de personnes qui vivent le long et à proximité des rives de ce complexe, réseau interconnecté de voies navigables côtières, entrées, baies, et les estuaires qui englobent Puget Sound dans l'État de Washington et les eaux profondes du sud-ouest de la Colombie-Britannique.
Une équipe de recherche du PNNL a découvert que la mer intérieure des Salish est résiliente, et que la réponse future au changement climatique, bien qu'importante, sera moins sévère que l'océan ouvert.
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Le changement climatique est un problème mondial des tropiques aux régions polaires, mais les impacts sont souvent les plus préoccupants au niveau local. C'est pourquoi le programme de préparation et de résilience au climat du U.S. Army Corps of Engineers a financé le PNNL pour développer une meilleure compréhension de l'avenir de la mer des Salish - comment son écologie réagira à l'augmentation des températures, élévation du niveau de la mer, et des charges nutritives croissantes.
La recherche s'est concentrée sur des paramètres clés, comme les efflorescences algales, L'acidification des océans, et les occurrences annuelles d'hypoxie, une condition caractérisée par de faibles niveaux d'oxygène dissous. Ce sont tous des problèmes écologiques préoccupants dans la mer des Salish aujourd'hui et dans les décennies à venir.
Les chercheurs ont utilisé le modèle de la mer des Salish, qui a été développé par le PNNL en collaboration avec le Département d'écologie de l'État de Washington et grâce au soutien financier de l'Agence de protection de l'environnement des États-Unis. Le modèle est un outil de modélisation océanique prédictive pour la recherche sur les estuaires côtiers, planification de la restauration, gestion de la qualité de l'eau, et évaluation de la réponse au changement climatique. En 2018, Les scientifiques du PNNL l'ont utilisé pour simuler avec précision la réactivité de la mer des Salish aux charges de nutriments anthropiques, tels que le ruissellement d'engrais et les rejets d'eaux usées (Khangaonkar et al., 2018).
Selon Tarang Khangaonkar, responsable du programme PNNL, cette réalisation marquante de 2018 :une prévision réussie des cycles biogéochimiques de la mer des Salish, y compris l'occurrence, Horaire, et la durée de l'hypoxie sur des sites historiquement connus pour leur mauvaise qualité et la mortalité des poissons - ont permis de rendre possible l'étude la plus récente. "Cette recherche a établi que notre modèle fonctionnait de manière robuste, nous avons donc pu l'appliquer pour répondre à de nouvelles questions - pour savoir comment ce plan d'eau va changer avec le changement climatique, " il a dit.
Le domaine du modèle de la mer des Salish s'étend de la Colombie-Britannique au sud jusqu'à Newport, Oregon. Crédit :Laboratoire national du Nord-Ouest du Pacifique
Pour relever le défi, Les chercheurs du PNNL ont appliqué les résultats à échelle réduite du modèle de système terrestre communautaire du National Center for Atmospheric Research, un modèle climatique mondial bien connu et fréquemment appliqué, pour conduire le modèle de la mer des Salish. L'équipe a simulé une projection unique de changement sur 95 ans dans le cadre du scénario d'émissions de gaz à effet de serre représentatif de la voie de concentration 8.5 (RCP8.5), par rapport à l'an 2000. Cela correspond à un scénario d'émissions élevées dans le 5e rapport d'évaluation du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) correspondant à des émissions de gaz à effet de serre non contrôlées. Le Département d'écologie a collaboré en fournissant des données d'entrée, tels que les charges des bassins versants et des effluents d'eaux usées dans la mer, en tenant compte des futurs changements d'affectation des terres et de la croissance démographique.
Résultats de l'étude :La mer des Salish en 2095
Publié dans la revue JGR Océans, « Réponse de la mer de Salish au changement climatique mondial, Le niveau de la mer monte, et futures charges nutritives" (Khangaonkar T, Un Nugraha, W Xu, et K Balaguru, 2019) projette des impacts sur la mer des Salish d'ici 2095, y compris une température d'eau plus élevée (+1,5°C), niveau de la mer plus élevé (+1,5 mètres), une plus grande acidification, et une diminution des niveaux d'oxygène dissous.
Une région d'hypoxie récurrente annuellement dans ce 6, Le plan d'eau de 900 milles carrés devrait passer de moins de 1 % de la superficie totale aujourd'hui à environ 16 % d'ici 2095.
La croissance rapide de la population de la grande région de Seattle et de Vancouver, AVANT JC, les zones métropolitaines, ainsi que la hausse des températures de l'eau, jouent également un rôle dans l'état futur des eaux. Avec plus de personnes viennent des charges nutritives plus importantes qui contribuent à la croissance des algues, la biomasse devrait augmenter d'environ 23 pour cent. De plus, que la biomasse peut passer des communautés dominées par les diatomées à celles dominées par les dinoflagellés.
« Ces changements ont un effet significatif sur la composition des espèces de phytoplancton. Certaines espèces comme les dinoflagellés peuvent en bénéficier et d'autres comme les diatomées non. Ce sont les espèces qui privilégient les eaux plus chaudes qui deviendront plus dominantes, " Khangaonkar a dit, notant que les résultats sont basés sur des évaluations mathématiques qui ne tiennent pas compte de l'adaptation biologique.
Un plan d'eau résilient
Malgré les changements importants prévus, l'étude indique que la réponse future au changement climatique dans la mer des Salish serait moins sévère par rapport au changement prévu dans l'océan ouvert. Une plus grande résilience peut être attribuée à une forte circulation verticale et au mélange des couches de surface avec les eaux profondes qui fournissent un tampon physique pour garder les eaux de la mer des Salish plus fraîches, plus oxygéné, et moins acide.
Le Laboratoire des sciences marines du PNNL sur les rives du Puget Sound à Sequim, Washington. Crédit :Laboratoire national du Nord-Ouest du Pacifique
"L'une des raisons pour lesquelles nous avons commencé cette étude était d'apprendre ce que le changement climatique signifiera pour nos zones côtières de la mer des Salish, " a déclaré Khangaonkar. " Sera-t-il plus impacté que les eaux côtières de l'océan Pacifique ? Sera-ce moins ?"
L'équipe de recherche a découvert que le mélange et la circulation des eaux profondes dans la mer des Salish soulagent les effets beaucoup plus importants du changement climatique mondial. Alors que les températures moyennes à la limite du plateau océanique devraient augmenter de 2,6 °C, la moyenne de la mer des Salish devrait augmenter de 1,5 °C. De la même manière, l'oxygène dissous moyen à la limite du plateau océanique devrait diminuer de 1,7 milligramme par litre, à l'intérieur de la mer des Salish, le niveau moyen d'oxygène dissous diminue de moitié.
La circulation est importante pour la qualité de l'eau. "Quand les gens pensent au changement climatique, " a expliqué Khangaonkar, "leurs premières hypothèses sont celles de températures plus élevées et d'élévation du niveau de la mer, et qu'il modifiera considérablement les tendances actuelles et les mouvements des marées. Mais nous avons constaté que ce n'était pas le cas pour la mer des Salish."
L'équipe de recherche a utilisé le modèle pour examiner le flux volumique (flux d'échange) de l'eau entrant dans la mer des Salish à partir de l'océan Pacifique. Cette quantité qui est près de 20 fois plus grande que tous les apports d'eau douce combinés changerait-elle ? Et si oui, cela aura-t-il un impact sur le rinçage et la qualité de l'eau? Les résultats de l'étude ont montré que deux facteurs semblent s'opposer l'un à l'autre pour rendre le changement de circulation insignifiant.
La fonte des glaces polaires affecte la salinité de l'océan et réduit la force de la circulation estuarienne entraînée par les gradients de salinité. À la fois, l'élévation du niveau de la mer augmente la force de la circulation et les deux facteurs s'annulent essentiellement pour les eaux profondes de type fjord de la mer des Salish.
Khangaonkar prévient que la résilience de la mer des Salish est limitée à la région de mélange estuarien plus profond entre le plateau continental et les rivières. "Une fois que nous allons dans les zones intertidales et en amont, nous constatons que les impacts du changement climatique sont plus importants, " il a dit.
Par exemple, les tronçons intertidaux de l'estuaire de la rivière Snohomish, qui est un sous-bassin intérieur de la mer des Salish, devrait connaître une augmentation annuelle moyenne de la température de surface pouvant atteindre 3 °C. De la même manière, suite à l'élévation du niveau de la mer, l'intrusion de salinité devrait s'étendre aussi loin en amont que 18 km de l'embouchure de la rivière par rapport à 7 km dans les conditions historiques pour l'estuaire de Snohomish.
Faire connaître le modèle de la mer des Salish au monde
Le PNNL effectue de nombreuses applications du modèle de la mer des Salish pour aider à la planification et à la conception de la restauration de l'habitat côtier, analyse à l'appui du rétablissement des voies de migration des poissons, et l'évaluation des impacts sur la qualité de l'eau à l'échelle du bassin. Les méthodes, des modèles, et les procédures utilisées pour réduire les projections du changement climatique mondial pour la région de la mer des Salish, pourrait être appliqué pour une analyse similaire dans d'autres régions. Les résultats de l'application du modèle de la mer des Salish et les fichiers de solution sont régulièrement mis à la disposition des collaborateurs sur demande.
