Устье — частично замкнутый прибрежный водоем с солоноватой водой , в который впадает одна или несколько рек или ручьев и имеющий свободный выход в открытое море . [1] Эстуарии образуют переходную зону между речной и морской средой и являются примером экотона . Эстуарии подвержены как морским воздействиям, таким как приливы , волны и приток соленой воды , так и речным воздействиям, таким как потоки пресной воды и отложений. Смешение морской и пресной воды обеспечивает высокий уровень питательных веществ как в водной толще, так и в отложениях , что делает устья рек одними из самых продуктивных природных сред обитания в мире. [2]
Большинство существующих эстуариев образовались в эпоху голоцена в результате затопления речных или ледниковых долин, когда уровень моря начал повышаться около 10 000–12 000 лет назад. [3] Эстуарии обычно классифицируются в зависимости от их геоморфологических особенностей или особенностей циркуляции воды. Они могут иметь много разных названий, например , заливы , гавани , лагуны , заливы или проливы , хотя некоторые из этих водоемов не соответствуют строго приведенному выше определению устья и могут быть полностью солеными.
Многие эстуарии страдают от деградации из-за множества факторов, включая эрозию почвы , вырубку лесов , чрезмерный выпас скота , чрезмерный вылов рыбы и заполнение водно-болотных угодий. Эвтрофикация может привести к избытку питательных веществ из сточных вод и отходов животноводства; загрязняющие вещества, включая тяжелые металлы , полихлорированные дифенилы , радионуклиды и углеводороды из сточных вод; а также обустройство дамб или плотин для борьбы с наводнениями или отвода воды. [3] [4]
Слово «эстуарий» происходит от латинского слова aestuarium , означающего приливное отверстие моря, которое само по себе происходит от термина aestus , означающего прилив. Для описания устья было предложено множество определений. Наиболее широко распространенное определение: «полузамкнутый прибрежный водоем, имеющий свободную связь с открытым морем и внутри которого морская вода заметно разбавлена пресной водой, полученной из дренажа суши». [1] Однако это определение исключает ряд прибрежных водоемов, таких как прибрежные лагуны и солоноватые моря.
Более полное определение устья — это «полузамкнутый водоем, соединенный с морем до предела прилива или предела проникновения соли и принимающий сток пресной воды; однако приток пресной воды не может быть постоянным, связь с морем может быть закрыт на часть года, а влияние приливов может быть незначительным». [3] Это широкое определение также включает фьорды , лагуны , устья рек и приливные ручьи . Устье – это динамичная экосистема , связанная с открытым морем, через которое морская вода поступает в ритм приливов и отливов . Воздействие приливов на эстуарии может оказывать нелинейное воздействие на движение воды, что может иметь важные последствия для экосистемы и водного потока. Морская вода, поступающая в устье, разбавляется пресной водой, текущей из рек и ручьев. Характер разбавления варьируется в разных эстуариях и зависит от объема пресной воды, диапазона приливов и степени испарения воды в эстуарии. [2]
Долины затопленных рек также известны как устья прибрежных равнин. В местах, где уровень моря повышается относительно суши, морская вода постепенно проникает в долины рек и топография устья остается сходной с речной долиной. Это наиболее распространенный тип лимана в умеренном климате. Хорошо изученные устья включают устье Северн в Соединенном Королевстве и Эмс Доллард вдоль голландско-немецкой границы.
Отношение ширины к глубине этих эстуариев обычно велико, они имеют клиновидную форму (в поперечном сечении) во внутренней части и расширяются и углубляются к морю. Глубина воды редко превышает 30 м (100 футов). Примерами эстуария этого типа в США являются река Гудзон , Чесапикский залив и залив Делавэр вдоль побережья Средней Атлантики , а также залив Галвестон и залив Тампа вдоль побережья Мексиканского залива . [5]
Устья, построенные из баров, встречаются в местах, где отложение отложений идет в ногу с повышением уровня моря, поэтому устья неглубоки и отделены от моря песчаными косами или барьерными островами. Они относительно распространены в тропических и субтропических регионах.
Эти эстуарии полуизолированы от вод океана барьерными пляжами ( барьерными островами и барьерными косами ). Образование барьерных пляжей частично ограничивает устье, и лишь узкие заливы обеспечивают контакт с океанскими водами. Баровые эстуарии обычно развиваются на пологих равнинах, расположенных вдоль тектонически устойчивых границ континентов и окраинных морских побережий. Они обширны вдоль побережья Атлантического океана и Персидского залива США в районах с активным прибрежным отложением отложений и где диапазон приливов составляет менее 4 м (13 футов). Барьерные пляжи, окружающие эстуарии, построенные из кос, были застроены несколькими способами:
Фьорды образовались там, где плейстоценовые ледники углубили и расширили существующие речные долины, так что они приобрели U-образную форму в поперечном сечении. В их устьях обычно находятся камни, валы или подоконники ледниковых отложений , которые изменяют циркуляцию эстуариев.
Эстуарии фьордового типа образуются в глубоко размытых долинах, образованных ледниками . Эти U-образные устья обычно имеют крутые склоны, каменное дно и подводные пороги, очерченные движением ледников. Устье является самым мелким в устье, где конечные ледниковые морены или скальные валы образуют пороги, ограничивающие поток воды. В верховьях устья глубина может превышать 300 м (1000 футов). Отношение ширины к глубине обычно невелико. В эстуариях с очень мелкими порогами приливные колебания влияют только на воду до глубины порога, а воды глубже этой границы могут оставаться застойными в течение очень длительного времени, поэтому обмен глубоководных вод эстуария происходит лишь изредка. с океаном. Если глубина порога большая, циркуляция воды менее ограничена, и происходит медленный, но устойчивый обмен воды между устьем и океаном. Устья типа фьордов можно найти вдоль побережий Аляски , региона Пьюджет-Саунд на западе штата Вашингтон , Британской Колумбии , восточной Канады, Гренландии , Исландии , Новой Зеландии и Норвегии.
Эти эстуарии образуются в результате опускания или отрезания суши от океана в результате движения суши, связанного с разломами , вулканами и оползнями . Наводнение в результате эвстатического повышения уровня моря в эпоху голоцена также способствовало образованию этих эстуариев. Существует лишь небольшое количество эстуариев, образовавшихся тектонически ; Одним из примеров является залив Сан-Франциско , который образовался в результате движений земной коры системы разломов Сан-Андреас , вызвавших затопление нижнего течения рек Сакраменто и Сан-Хоакин . [6]
В устьях этого типа сток реки значительно превышает приток моря, а приливные эффекты имеют незначительное значение. Пресная вода плавает поверх морской воды слоем, который постепенно утончается по мере продвижения к морю. Более плотная морская вода движется к суше вдоль дна устья, образуя клиновидный слой, который становится тоньше по мере приближения к суше. По мере того, как между двумя слоями возникает разница скоростей, силы сдвига генерируют внутренние волны на границе раздела, смешивая морскую воду вверх с пресной водой. Примерами устья соляного клина являются река Миссисипи [6] и устье Мандови в Гоа в период дождей.
По мере увеличения приливного воздействия выход реки становится меньше, чем приток моря. Здесь турбулентность, вызванная течением, вызывает перемешивание всей толщи воды, так что соленость меняется скорее в продольном направлении, чем в вертикальном, что приводит к умеренно стратифицированному состоянию. Примеры включают Чесапикский залив и залив Наррагансетт . [6]
Силы приливного перемешивания превышают сток реки, что приводит к хорошо перемешанному водному столбу и исчезновению вертикального градиента солености . Граница пресной и морской воды устраняется из-за интенсивного турбулентного перемешивания и вихревых эффектов . Нижнее течение залива Делавэр и реки Раритан в Нью-Джерси являются примерами вертикально однородных эстуариев. [6]
Обратные устья встречаются в засушливом климате, где испарение значительно превышает приток пресной воды. Формируется зона максимума солености, и к этой зоне приближаются к поверхности воды как речные, так и океанические воды. [7] Эта вода выталкивается вниз и распространяется по дну как в направлении моря, так и в направлении суши. [3] Примером обратного устья является залив Спенсер в Южной Австралии. [8]
Тип устья резко варьируется в зависимости от поступления пресной воды и может меняться от полностью морского залива до любого другого типа устья. [9] [10]
Наиболее важными переменными характеристиками воды эстуария являются концентрация растворенного кислорода, соленость и наносы . Существует крайняя пространственная изменчивость солености: от почти нулевой на границе прилива притоков до 3,4% в устье устья. В любой момент соленость будет значительно меняться в зависимости от времени и сезона, что делает эту среду суровой для организмов. Осадки часто оседают в приливно-отливных отмелях , которые чрезвычайно трудно колонизировать. Для водорослей не существует точек прикрепления , поэтому растительная среда обитания не установлена. [ необходимы разъяснения ] Отложения также могут засорять структуры питания и дыхания видов, и у илистых видов существуют специальные приспособления, позволяющие справиться с этой проблемой. Наконец, изменение растворенного кислорода может вызвать проблемы для форм жизни. Богатые питательными веществами отложения из антропогенных источников могут способствовать жизненному циклу первичного производства, что, возможно, приводит к конечному разложению, удаляющему растворенный кислород из воды; таким образом, могут развиваться гипоксические или аноксические зоны. [11]
Азот часто является основной причиной эвтрофикации эстуариев в зонах умеренного климата. [12] Во время эвтрофикации биогеохимическая обратная связь уменьшает количество доступного кремнезема . [13] Эти обратные связи также увеличивают поступление азота и фосфора, создавая условия, в которых может сохраняться вредное цветение водорослей. Учитывая нынешний разбалансированный азотный цикл , в эстуариях может возникнуть ограничение фосфора вместо ограничения азота. На эстуарии может серьезно повлиять несбалансированный цикл фосфора, поскольку фосфор взаимодействует с доступностью азота и кремнезема.
При обилии питательных веществ в экосистеме происходит разрастание и со временем разложение растений и водорослей, которые выделяют значительное количество углекислого газа. [14] Выпуская CO 2 в воду и атмосферу, эти организмы также поглощают весь или почти весь доступный кислород, создавая гипоксическую среду и несбалансированный кислородный цикл . [15] Избыток углерода в форме CO 2 может привести к низкому уровню pH и закислению океана , что более вредно для уязвимых прибрежных регионов, таких как устья рек.
Было замечено, что эвтрофикация отрицательно влияет на многие растительные сообщества в устьевых экосистемах . [16] Солончаки представляют собой тип экосистемы в некоторых устьях рек, на которую негативно повлияла эвтрофикация. [16] Кордграссовая растительность доминирует над солончаковым ландшафтом. [17] Избыток питательных веществ позволяет растениям расти более быстрыми темпами в надземной биомассе, однако корням выделяется меньше энергии, поскольку питательных веществ много. [16] [18] Это приводит к снижению биомассы подземной растительности, что дестабилизирует берега болота, вызывая повышенную скорость эрозии . [16] Подобное явление происходит в мангровых болотах , которые являются еще одной потенциальной экосистемой в устьях рек. [18] [19] Увеличение содержания азота вызывает увеличение роста побегов и замедление роста корней. [18] Более слабая корневая система приводит к тому, что мангровое дерево становится менее устойчивым в сезон засухи, что может привести к гибели мангрового дерева. [18] Этот сдвиг в надземной и подземной биомассе, вызванный эвтрофикацией, может препятствовать успеху растений в этих экосистемах. [16] [18]
_for_Allen_&_Ginter_Cigarettes_Brands_MET_DP830737.jpg/1280px-Whitefish,_from_the_Fish_from_American_Waters_series_(N8)_for_Allen_&_Ginter_Cigarettes_Brands_MET_DP830737.jpg)
Во всех биомах эвтрофикация часто приводит к гибели растений, но на этом последствия не заканчиваются. Гибель растений изменяет всю структуру пищевой сети, что может привести к гибели животных в пораженном биоме . Эстуарии являются «горячими точками» биоразнообразия , в них содержится большая часть коммерческого улова рыбы, что делает воздействие эвтрофикации в эстуариях гораздо более серьезным. [20] Некоторые конкретные эстуарные животные ощущают последствия эвтрофикации сильнее, чем другие. Одним из примеров является вид сига из Европейских Альп . [21] Эвтрофикация настолько снизила уровень кислорода в их среде обитания, что икра сига не смогла выжить, что привело к локальному вымиранию. [21] Однако некоторые животные, такие как хищные рыбы, как правило, хорошо себя чувствуют в среде, обогащенной питательными веществами, и могут извлечь выгоду из эвтрофикации. [22] Это можно увидеть в популяциях окуня и щуки. [22]
Эвтрофикация может повлиять на многие морские среды обитания, что может привести к экономическим последствиям. Коммерческое рыболовство зависит от устьев примерно 68 процентов своего улова по стоимости из-за огромного биоразнообразия этой экосистемы. [23] Во время цветения водорослей рыбаки заметили значительное увеличение количества рыбы. [24] Внезапное увеличение первичной продуктивности вызывает резкий рост популяций рыб, что приводит к использованию большего количества кислорода. [24] Продолжающаяся деоксигенация воды приводит к сокращению популяций рыб. Эти воздействия могут начаться в эстуариях и оказать широкое влияние на окружающие водоемы. В свою очередь, это может привести к снижению продаж рыбной отрасли как в одном регионе, так и в целом по стране. [25] Производство любительского и коммерческого рыболовства в 2016 году принесло миллиарды долларов в валовой внутренний продукт (ВВП) США. [23] Снижение производства в этой отрасли может затронуть любого из 1,7 миллиона человек, которые ежегодно трудоустроены в рыбной промышленности по всей территории Соединенных Штатов.
Эстуарии — невероятно динамичные системы, где температура, соленость, мутность, глубина и поток меняются ежедневно в ответ на приливы и отливы. Этот динамизм делает эстуарии высокопродуктивными местами обитания, но также затрудняет круглогодичное выживание многих видов. В результате в эстуариях, больших и малых, наблюдаются сильные сезонные колебания рыбных сообществ. [26] Зимой в рыбном сообществе преобладают выносливые морские обитатели, а летом разнообразные морские и анадромные рыбы перемещаются в лиманы и из них, пользуясь своей высокой продуктивностью. [27] Эстуарии обеспечивают важнейшую среду обитания для множества видов, которые полагаются на устья для завершения жизненного цикла. Тихоокеанская сельдь ( Clupea pallasii ), как известно, откладывает икру в устьях рек и заливах, окунь рожает в устьях рек, молодь камбалы и морского окуня мигрирует в устья рек для выгула, а анадромные лососевые и миноги используют устья в качестве миграционных коридоров. [28] Кроме того, популяции перелетных птиц, такие как чернохвостый веретенник , [29] полагаются на устья рек.
Двумя основными проблемами жизни в эстуариях являются изменчивость солености и седиментации . Многие виды рыб и беспозвоночных обладают различными методами контроля или адаптации к изменениям концентрации соли и называются осмоконформерами и осморегуляторами . Многие животные также роют норы , чтобы избежать нападения хищников и жить в более стабильной осадочной среде. Однако в отложениях обнаруживается большое количество бактерий, которые имеют очень высокую потребность в кислороде. Это снижает уровень кислорода в отложениях, что часто приводит к частично бескислородным условиям, которые могут еще больше усугубляться ограниченным потоком воды.
Фитопланктон является ключевым первичным продуцентом в эстуариях. Они движутся вместе с водоемами и могут быть смыты приливами и отливами . Их продуктивность во многом зависит от мутности воды. Основным фитопланктоном являются диатомеи и динофлагелляты , которые в изобилии присутствуют в отложениях.
Основным источником питания для многих организмов эстуариев, в том числе бактерий , является детрит отложений отложений.
Из тридцати двух крупнейших городов мира в начале 1990-х годов двадцать два располагались в устьях рек. [30]
Как экосистемы, эстуарии находятся под угрозой из-за деятельности человека, такой как загрязнение окружающей среды и чрезмерный вылов рыбы . Им также угрожают сточные воды, прибрежные заселения, расчистка земель и многое другое. На эстуарии влияют события, происходящие далеко вверх по течению, и в них концентрируются такие материалы, как загрязняющие вещества и отложения. [31] Земельные стоки, а также промышленные, сельскохозяйственные и бытовые отходы попадают в реки и сбрасываются в устья рек. Могут быть принесены загрязняющие вещества, которые не быстро разлагаются в морской среде, такие как пластмассы , пестициды , фураны , диоксины , фенолы и тяжелые металлы .
Такие токсины могут накапливаться в тканях многих видов водных организмов в процессе, называемом биоаккумуляцией . Они также накапливаются в бентосной среде, такой как эстуарии и илы заливов : геологическая летопись человеческой деятельности прошлого века. Элементный состав биопленки отражает участки эстуария, подвергшиеся воздействию деятельности человека, и с течением времени может смещать основной состав экосистемы, а также обратимые или необратимые изменения в абиотической и биотической частях систем снизу вверх. [32]
Например, промышленное загрязнение Китая и России, такое как фенолы и тяжелые металлы, опустошило рыбные запасы реки Амур и повредило почву ее устья. [33]
Эстуарии, как правило, являются эвтрофными по своей природе , поскольку поверхностный сток сбрасывает питательные вещества в устья. Благодаря деятельности человека, сток с земель теперь включает в себя множество химикатов, используемых в качестве удобрений в сельском хозяйстве, а также отходы домашнего скота и людей. Избыток в воде химикатов, разрушающих кислород, может привести к гипоксии и созданию мертвых зон . [34] Это может привести к снижению качества воды, популяций рыб и других животных. Также имеет место чрезмерный вылов рыбы. В Чесапикском заливе когда-то процветала популяция устриц , которая почти исчезла из-за чрезмерного вылова рыбы. Устрицы фильтруют эти загрязняющие вещества и либо поедают их, либо формируют в небольшие пакетики, которые оседают на дне, где они безвредны. Исторически сложилось так, что устрицы фильтруют весь объем воды устья от избыточных питательных веществ каждые три или четыре дня. Сегодня этот процесс занимает почти год [35] , а отложения, питательные вещества и водоросли могут вызвать проблемы в местных водах.
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
