Con agua que cubre más del 70 por ciento de la superficie de la Tierra, No es de extrañar que nuestro planeta sea apodado la Canica Azul. Visto desde el espacio exterior nuestro mármol está entretejido con remolinos de nubes y manchas de tierra definidas por costas — 372, 000 millas por valor.

Acérquese al mármol y verá las costas que se cruzan con innumerables ríos y arroyos. También verá la concentración de ciudades costeras, incluidos muchos de los más grandes y pequeños del mundo. Las zonas costeras representan casi la mitad de nuestra población mundial y albergan la infraestructura que impulsa una economía global.

Si se acercara aún más a estas intersecciones tierra-agua, más allá de lo que el ojo humano puede ver, encontrará una comunidad bulliciosa de organismos diminutos que filtran tanto los nutrientes como los contaminantes para mantener nuestro planeta saludable.

Tal es el alcance de la interfaz terrestre-acuática de la Tierra, un ecosistema global dinámico que cambia con la marea, las estaciones, desarrollo humano, y cada vez más, clima.

"Las regiones costeras están experimentando una amplia gama de peligros y tensiones, incluido el aumento del nivel del mar, eventos climáticos extremos, erosión, infraestructura envejecida, y degradación ecológica, ", dijo el científico de PNNL Ian Kraucunas." Actividades humanas, especialmente la expansión del entorno construido y otros cambios en el uso de la tierra, impulsar cambios en las zonas costeras que pueden ser tan importantes como los cambios en el sistema natural ".

Los científicos de PNNL están trabajando para comprender mejor los desencadenantes naturales y humanos que afectan la capacidad de recuperación de este cada vez más vulnerable, interconectados, y sistema importante. Es una empresa enorme, evidente en docenas de presentaciones de científicos de la PNNL en la reunión de este año de la Unión Geofísica Estadounidense, y comienza con una visión a largo plazo.

Mejora de las predicciones:modelado costero

Los científicos se están embarcando en un nuevo proyecto para el Departamento de Energía de EE. UU. Que apunta a algunas de las mayores incertidumbres en la proyección de la evolución de los entornos costeros. El proyecto de modelado costero integrado, dirigido por Kraucunas, se enfoca en desarrollar e integrar modelos computacionales que pueden simular procesos costeros.

Imagínese las diferentes costas naturales:largas playas de arena, estantes de hielo, escarpados acantilados rocosos, y marismas de pendiente gradual que conducen a pastos de marea y estuarios, por ejemplo. Moviéndose hacia el interior, arroyos pequeños y grandes fluyen desde elevaciones más altas, algunos se mueven libremente mientras que otros se acumulan detrás de las presas.

Lo que nos lleva al desarrollo humano. Condominios junto al mar, complejos turísticos, y los rascacielos se yuxtaponen con comunidades pesqueras, puertos militares, y centros de envío, por no hablar de las carreteras, subterráneos, e infraestructura eléctrica que lo conecta todo.

Ahora agregue la Madre Naturaleza, con influencias de la atmósfera, océanos viento, y patrones de precipitación. Estos patrones afectan dónde y cuánta agua cae y si cae en forma de nieve o lluvia o se convierte en un huracán. Estas interacciones determinan cómo los organismos interactúan dentro de su entorno, incluido el lugar donde la gente elige vivir.

Para comprender cómo las comunidades costeras pueden evolucionar frente al cambio climático, los investigadores deben considerar el desarrollo humano junto con los procesos acuáticos desde las tierras altas y las costas de los ríos hasta las llanuras aluviales y el océano abierto. Todos estos procesos ocurren en una variedad de escalas de tiempo y espacio, lo que dificulta la simulación con modelos informáticos, un desafío al que se enfrenta la PNNL.

El esfuerzo se centra inicialmente en la región del Atlántico medio de EE. UU., que ha experimentado impactos severos de eventos climáticos extremos con una frecuencia creciente durante las últimas décadas. El proyecto tiene como objetivo ofrecer una sólida comprensión predictiva de la evolución costera que representa el complejo, interacciones multiescala entre físicas, biológico, y sistemas humanos.

Qué esperar:eventos extremos

El mercado inmobiliario costero de EE. UU. incluida la infraestructura pública y privada, tiene un valor estimado de alrededor de un billón de dólares. El crecimiento de la población sigue aumentando el tamaño de nuestras ciudades, incluso en zonas costeras y cercanas a la costa. Sin embargo, los factores de estrés tanto de los sistemas naturales como humanos dan como resultado miles de millones de dólares en pérdidas cada año. El nivel del mar sigue subiendo y eventos climáticos extremos, incluyendo fuertes precipitaciones, las mareas de tormenta, mareas altas, y se prevé que los vientos aumenten en frecuencia e intensidad. Y en el fondo nuestra infraestructura pública:energía eléctrica, agua, y sistemas de transporte — continúa evolucionando.

Los investigadores de la PNNL dirigidos por David Judi están caracterizando el impacto y el riesgo de eventos extremos en los sistemas humanos. Por ejemplo, ¿Cómo afectarán los niveles de inundaciones futuras a nuestro parque de edificios urbanos? ¿Qué impacto aumentará el nivel del mar? junto con ciclones tropicales, tenemos en nuestra infraestructura pública?

Usando integrado, modelos multiescala de sistemas naturales y humanos, la investigación vincula los peligros con las consecuencias para cuantificar el riesgo en las zonas urbanas costeras.

Metano:una migración microbiana

Gases de invernadero, como el metano, Atrapan el calor en la atmósfera e influyen en los procesos climáticos globales. Mientras que las vacas se llevan la mayor parte de la culpa con el metano, el gas burbujea desde cualquier entorno donde los microbios mastican materia orgánica en descomposición.

Un equipo de investigación de PNNL dirigido por Nick Ward está analizando diferentes ecosistemas terrestres y acuáticos para comprender mejor de dónde proviene el metano en condiciones cambiantes. La mayoría de los estudios anteriores se centraron en suelos terrestres y ecosistemas de agua dulce, debido a que se suponía que las emisiones de metano eran menores en las costas, donde el agua de mar inhibe la producción de metano. Una nueva investigación muestra que esta suposición puede no ser cierta.

Los investigadores han encontrado grandes cantidades de metano en las profundidades de los suelos costeros. Transportado por agua durante eventos de inundación de marea alta extrema, este metano finalmente llega a la atmósfera. A medida que el nivel del mar sigue aumentando, este fenómeno puede resultar en un aumento neto de las emisiones de metano de las cuencas hidrográficas.

Marea creciente:la importancia de los pequeños arroyos

Pequeños ríos y arroyos serpentean a través de solo un pequeño porcentaje de la superficie de la Tierra. Sin embargo, estas vías fluviales y costas dinámicas desempeñan un papel fundamental en el ciclo del carbono y los nutrientes a través del suelo, plantas y el ambiente.

De hecho, en comparación con los grandes deltas de los ríos muy estudiados y modelados, los pequeños arroyos de las mareas están más estrechamente vinculados con la tierra circundante. Y hay muchos más, cientos y cientos más. Imagínese todos los lugares donde el agua se encuentra con la tierra como puntos calientes de actividad del ecosistema; eso es mucha acción.

Jerry Tagestad dirige un equipo de investigadores que cuestiona la percepción de que los grandes deltas de los ríos dominan los procesos costeros. Su objetivo es llenar el enorme vacío en los modelos climáticos para incluir pequeñas corrientes de marea y su papel en el reasentamiento de sedimentos. control de inundaciones, y otros servicios ecosistémicos, especialmente frente al aumento del nivel del mar.

Avanzar en una comprensión más colectiva de la dinámica y la evolución de los sistemas costeros es un desafío científico formidable. PNNL está enfrentando el desafío de manera directa para informar decisiones para el futuro.