Interfaces côtières, où la terre rencontre la mer, offrent de nombreux avantages sociétaux et écosystémiques, comme le tourisme, Commerce, et l'échange de nutriments. Crédit:Dan Meyers sur Unsplash
Nous vivons, travail, et jouer à la côte.
Environ 40 pour cent de la population mondiale vit actuellement près de la côte. Une grande partie de l'énergie mondiale, la défense, et l'infrastructure industrielle est située sur la côte, et le transport maritime via les ports côtiers représente plus de 90 pour cent du commerce mondial.
Mais les paysages côtiers sont également vulnérables au changement global. D'ici 2100, plus de deux fois plus de personnes pourraient vivre dans des zones inondables, étant donné l'élévation du niveau de la mer, croissance urbaine, immigration, et des scénarios d'émissions élevées de dioxyde de carbone.
« Les principaux modèles [informatiques] climatiques mondiaux utilisés par les chercheurs décrivent actuellement la côte comme un pixel qui est essentiellement à moitié terrestre et à moitié océanique, " a déclaré Nick Ward, biogéochimiste du PNNL. " Il ne fait que transférer la terre à la mer. "
Dans un article de synthèse récent, publié le 18 mai dans Communication Nature , une équipe interdisciplinaire de chercheurs dirigée par Ward a proposé une voie pour affiner la représentation des interfaces côtières dans les modèles de systèmes terrestres utilisés pour prédire le climat sur Terre. Ils proposent de décrire les fonctions des interfaces côtières à l'échelle de l'écosystème, classer les écosystèmes côtiers en quelques types fonctionnels, en utilisant des modèles détaillés qui existent à des échelles locales pour ces catégories, puis appliquer les enseignements tirés des modèles locaux à des écosystèmes côtiers similaires dans le monde entier.
Les modèles actuels du système Terre (ESM) représentent simplement l'interface terre-mer. Un nouvel article de synthèse dirigé par un chercheur du PNNL propose une représentation plus affinée qui reflète le passage progressif de la terre à la mer aux interfaces côtières. Crédit :Nathan Johnson | PNNL
Définition des gradients de processus côtiers à l'échelle de l'écosystème
Les modèles du système terrestre décrivent comment les écosystèmes du monde entier interagissent par le transfert de nutriments et d'énergie pour influencer le climat. La diversité biologique et géochimique sont à la base de bon nombre de ces cycles de transfert, et les écosystèmes côtiers abritent certains des systèmes les plus diversifiés sur le plan biologique et géochimique de la planète.
Cependant, la plupart des détails sur la fonction des écosystèmes côtiers sont absents des modèles actuels du système terrestre. Ces modèles représentent actuellement une interface côtière comme une simple transition entre la terre et la mer. En réalité, l'interface est un changement progressif, largement façonnée par l'équilibre entre le débit des marées et le débit d'eau douce provenant des terres.
La géographie—les côtes escarpées ou peu profondes—est un facteur principal qui influence la façon dont l'eau douce et l'eau de mer interagissent à une interface côtière. L'effet des marées se propage plus à l'intérieur des terres à travers les rivières à marée pour des côtes moins profondes que celles où les falaises rocheuses rencontrent la mer. Aussi, suivre l'écoulement de l'eau à une interface côtière révèle des processus et des gradients allant de l'échelle des molécules et des microbes aux arbres et aux sédiments.
Le mélange d'eau douce et d'eau salée à une interface côtière génère un gradient de salinité qui influence les types de plantes qui poussent à l'intérieur des terres ainsi que la composition des communautés microbiennes vivant dans le sol et les sédiments. Les plantes et les microbes d'une zone côtière affectent les cycles des nutriments et du carbone d'un écosystème, et les sédiments lessivés des terres vers les rivières et les estuaires influencent la disponibilité des éléments nutritifs.
« Ces facteurs ont été étudiés en laboratoire et sur différents sites à travers le monde, " a déclaré Vanessa Bailey, pédologue au PNNL. "Maintenant, nous voulons rassembler tous ceux qui étudient l'interface entre la terre et la mer pour mieux comprendre les processus connectés qui se produisent dans les interfaces côtières à l'échelle de l'écosystème."
La géographie d'un littoral—une marge active abrupte ou une marge passive peu profonde—affecte la façon dont l'eau douce et l'eau de mer se mélangent à une interface côtière. Crédit :Nathan Johnson | PNNL
Décrire la perturbation et la résilience des processus côtiers
Alors que les scientifiques s'efforcent de mieux comprendre le fonctionnement des écosystèmes côtiers, ils ont également une deuxième tâche :étudier la résilience de ces écosystèmes au changement global. Parce que les écosystèmes côtiers sont une interface entre la terre et la mer, ils subissent également les effets des perturbations dans les deux domaines. La sécheresse et les changements d'utilisation des terres à l'intérieur des terres peuvent affecter les processus côtiers, avec l'élévation du niveau de la mer dans l'océan.
Avec autant de processus interconnectés qui se produisent dans les écosystèmes côtiers, les scientifiques sont confrontés à de nombreuses questions lors de la création de modèles prédictifs détaillés de la fonction et de la réponse des interfaces côtières. Quels processus côtiers et quels processus terrestres doivent être inclus ? A quelles échelles géographiques et temporelles ? Les modèles reflètent-ils la manière dont les écosystèmes côtiers pourraient réagir au changement global ?
Classer les processus côtiers et coordonner les recherches futures
Dans leur article, l'équipe de chercheurs interdisciplinaires du monde universitaire, laboratoires nationaux, et les agences fédérales proposent une stratégie pour répondre à ces questions. Une façon de représenter les interfaces côtières dans le modèle du système Terre consiste à utiliser un modèle de chaque écosystème côtier du monde. Cependant, avec 372, 000 miles de côtes à travers le monde, les chercheurs reconnaissent que la tâche est irréalisable.
Les écosystèmes côtiers sont très différents à travers le monde, mais ils pourraient avoir des caractéristiques communes qu'il est utile de décrire en détail pour le modèle du système Terre. Crédit :USGS, Cameron Venti, et Nathan Anderson sur Unsplash
Ils offrent donc une autre option :classer les écosystèmes côtiers en quelques types fonctionnels, faire des modèles détaillés pour ces catégories, puis appliquer ces modèles à d'autres écosystèmes côtiers.
Les classifications fonctionnelles pourraient décrire des caractéristiques géographiques, comme les côtes accidentées ou les plages en pente douce. Ils pourraient décrire les écosystèmes de manière à regrouper différents types de systèmes estuariens, vasières, ou des rives ensemble.
"Au fur et à mesure que la communauté scientifique développe ces modèles, il révélera également des lacunes où davantage de données d'observation sont nécessaires pour valider les modèles, " Ward a déclaré. Pour recueillir ces données, lui et ses collègues recommandent de tirer parti des réseaux de surveillance écologique à long terme existants et d'orienter la recherche vers des questions communes.
La tâche qui nous attend est quelque chose que personne ne peut faire seul, conclut l'équipe. Ward a convenu :« Le développement de ces modèles détaillés nécessitera une coordination entre les institutions, organismes de financement, et les réseaux de recherche à long terme existants pour développer une compréhension à l'échelle mondiale des interfaces côtières."
