Avec de l'eau couvrant plus de 70 pour cent de la surface de la Terre, il n'est pas étonnant que notre planète soit surnommée le Blue Marble. Vu de l'espace, notre marbre est entrelacé de tourbillons de nuages ​​et de taches de terre définies par les côtes-372, 000 milles valeur.

Zoomez sur le marbre et vous verrez les côtes croiser d'innombrables rivières et ruisseaux. Vous verrez aussi la concentration des villes côtières, y compris beaucoup des plus grands et des plus petits du monde. Les zones côtières représentent près de la moitié de notre population mondiale et abritent les infrastructures qui font tourner l'économie mondiale.

Si vous zoomiez encore plus sur ces intersections terre-eau, au-delà de ce que l'œil nu peut voir, vous découvririez une communauté animée de minuscules organismes qui filtrent à la fois les nutriments et les contaminants pour maintenir notre planète en bonne santé.

Telle est la portée de l'interface terrestre-aquatique de la Terre, un écosystème global dynamique qui change avec la marée, les saisons, développement humain, et de plus en plus, climat.

« Les régions côtières sont confrontées à un large éventail d'aléas et de stress, y compris l'élévation du niveau de la mer, événements météorologiques extrêmes, érosion, infrastructures vieillissantes, et la dégradation écologique, " a déclaré Ian Kraucunas, scientifique du PNNL. " Les activités humaines, en particulier l'expansion de l'environnement bâti et d'autres changements d'affectation des terres, entraîner des changements dans les zones côtières qui peuvent être aussi importants que des changements dans le système naturel. »

Les scientifiques du PNNL travaillent pour mieux comprendre les déclencheurs naturels et humains qui affectent la résilience de ce de plus en plus vulnérable, interconnectés, et système important. C'est une entreprise énorme, évidente dans des dizaines de présentations par des scientifiques du PNNL lors du rassemblement de l'American Geophysical Union cette année, et cela commence par une vision à long terme.

Améliorer les prévisions :modélisation côtière

Les scientifiques se lancent dans un nouveau projet pour le département américain de l'Énergie qui cible certaines des plus grandes incertitudes dans la projection de l'évolution des environnements côtiers. Le projet de Modélisation Intégrée du Littoral, dirigé par Kraucunas, se concentre sur le développement et l'intégration de modèles informatiques qui peuvent simuler les processus côtiers.

Imaginez les différentes côtes naturelles - de longues plages de sable, étagères de glace, falaises rocheuses abruptes, et des vasières en pente progressive menant aux herbes de marée et aux estuaires, par exemple. Se déplacer à l'intérieur des terres, petits et grands ruisseaux coulent des altitudes plus élevées, certains dégringolant librement tandis que d'autres se rassemblent derrière des barrages.

Ce qui nous conduit au développement humain. Copropriétés en bord de mer, stations balnéaires, et les gratte-ciel se juxtaposent aux communautés de pêcheurs, ports militaires, et centres d'expédition, sans parler des routes, métros, et l'infrastructure électrique qui relie tout cela.

Maintenant, ajoutez Mère Nature, avec des influences de l'atmosphère, océans, vent, et les régimes de précipitations. Ces modèles affectent où et combien d'eau tombe et si elle tombe sous forme de neige ou de pluie ou se transforme en ouragan. Ces interactions déterminent comment les organismes interagissent au sein de leur environnement, y compris où les gens choisissent de vivre.

Pour comprendre comment les communautés côtières peuvent évoluer face au changement climatique, les chercheurs doivent tenir compte du développement humain ainsi que des processus aquatiques des hautes terres et des rives des rivières aux plaines inondables et à l'océan ouvert. Tous ces processus se produisent à travers une gamme d'échelles d'espace et de temps, rendant difficile la simulation avec des modèles informatiques - un défi auquel PNNL s'attaque.

L'effort se concentre initialement sur la région médio-atlantique des États-Unis, qui a subi les effets graves des événements météorologiques extrêmes avec une fréquence croissante au cours des dernières décennies. Le projet vise à fournir une compréhension prédictive robuste de l'évolution côtière expliquant le complexe, interactions multi-échelles entre physiques, biologique, et les systèmes humains.

À quoi s'attendre :événements extrêmes

Le marché immobilier côtier américain, y compris les infrastructures publiques et privées, a une valeur estimée à environ mille milliards de dollars. La croissance démographique continue d'augmenter la taille de nos villes, y compris dans les zones côtières et proches de la côte. Pourtant, les facteurs de stress des systèmes naturels et humains entraînent des milliards de dollars de pertes chaque année. Le niveau de la mer continue de monter, et les phénomènes météorologiques extrêmes, y compris de fortes précipitations, ondes de tempête, grandes marées, et les vents devraient augmenter en fréquence et en intensité. Et au fond, nos infrastructures publiques - énergie électrique, l'eau, et les systèmes de transport—continue d'évoluer.

Les chercheurs du PNNL dirigés par David Judi caractérisent l'impact et le risque d'événements extrêmes sur les systèmes humains. Par exemple, Comment les futurs niveaux d'inondation affecteront-ils notre parc immobilier urbain ? Quel sera l'impact de l'élévation du niveau de la mer, couplé aux cyclones tropicaux, avoir sur nos infrastructures publiques?

Utilisation intégrée, modèles multi-échelles de systèmes naturels et humains, la recherche relie les dangers aux conséquences pour quantifier les risques dans les zones urbaines côtières.

Le méthane :une migration microbienne

Gaz à effet de serre, comme le méthane, piéger la chaleur dans l'atmosphère et influencer les processus climatiques mondiaux. Alors que les vaches prennent la plupart du rap sur le méthane, le gaz jaillit de tout environnement où les microbes grignotent de la matière organique en décomposition.

Une équipe de recherche du PNNL dirigée par Nick Ward étudie différents écosystèmes terrestres et aquatiques pour mieux comprendre d'où vient le méthane dans des conditions évolutives. La plupart des études antérieures portaient sur les sols terrestres et les écosystèmes d'eau douce, parce que les émissions de méthane étaient supposées plus faibles sur les côtes, où l'eau de mer inhibe la production de méthane. De nouvelles recherches montrent que cette hypothèse peut ne pas être vraie.

Les chercheurs ont trouvé de grandes quantités de méthane profondément dans les sols côtiers. Transporté par l'eau lors de crues extrêmes à marée haute, ce méthane finit par atteindre l'atmosphère. Alors que le niveau de la mer continue de monter, ce phénomène peut entraîner une augmentation nette des émissions de méthane des bassins versants.

Marée montante :l'importance des petits cours d'eau

Les petites rivières et ruisseaux serpentent sur seulement un petit pourcentage de la surface de la Terre. Pourtant, ces cours d'eau et ces rivages dynamiques jouent un rôle essentiel dans le cycle du carbone et des nutriments dans le sol, les plantes, et l'ambiance.

En réalité, par rapport aux grands deltas fluviaux très étudiés et modélisés, les petits courants de marée sont plus étroitement liés aux terres environnantes. Et il y en a beaucoup plus, des centaines et des centaines d'autres. Imaginez tous les endroits où l'eau rencontre la terre comme des points chauds d'activité écosystémique, c'est beaucoup d'action.

Jerry Tagestad dirige une équipe de chercheurs qui remettent en question la perception selon laquelle les grands deltas fluviaux dominent les processus côtiers. Leur objectif est de combler le trou béant dans les modèles climatiques pour inclure les petits courants de marée et leur rôle dans la réinstallation des sédiments, contrôle des flux, et d'autres services écosystémiques, surtout face à la montée du niveau de la mer.

Faire progresser une compréhension plus collective de la dynamique et de l'évolution des systèmes côtiers est un formidable défi scientifique. Le PNNL relève le défi de front pour éclairer les décisions pour l'avenir.