Эстуарий — это частично закрытый прибрежный водоем с солоноватой водой , в который впадает одна или несколько рек или ручьев, и имеющий свободный выход к открытому морю . [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 осадка. Смешение морской и пресной воды обеспечивает высокий уровень питательных веществ как в толще воды, так и в осадке , что делает эстуарии одними из самых продуктивных естественных местообитаний в мире. [2]
Большинство существующих эстуариев образовались в эпоху голоцена с затоплением речной эрозии или ледниковых долин, когда уровень моря начал повышаться около 10 000–12 000 лет назад. [3] Эстуарии обычно классифицируются в соответствии с их геоморфологическими особенностями или моделями циркуляции воды. Они могут иметь много разных названий, таких как заливы , гавани , лагуны , входы или проливы , хотя некоторые из этих водоемов не соответствуют строго приведенному выше определению эстуария и могут быть полностью солеными.
Многие эстуарии страдают от дегенерации из-за различных факторов, включая эрозию почвы , вырубку лесов , чрезмерный выпас скота , чрезмерный вылов рыбы и заполнение водно-болотных угодий. Эвтрофикация может привести к избыточному поступлению питательных веществ из сточных вод и отходов животных; загрязняющих веществ, включая тяжелые металлы , полихлорированные бифенилы , радионуклиды и углеводороды из сточных вод; и возведению дамб или плотин для контроля за наводнениями или отвода воды. [3] [4]
Слово «эстуарий» происходит от латинского слова aestuarium , означающего приливной вход в море, который сам по себе происходит от термина aestus , означающего прилив. Было предложено много определений для описания эстуария. Наиболее широко принятое определение: «полузамкнутый прибрежный водоем, который имеет свободную связь с открытым морем и в котором морская вода в значительной степени 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 эстуария — «полузамкнутый водоем, соединенный с морем до приливного предела или предела проникновения соли и получающий сток пресной воды; однако приток пресной воды может быть непостоянным, соединение с морем может быть закрыто в течение части года, а приливное влияние может быть незначительным». [3] Это широкое определение также включает фьорды , лагуны , устья рек и приливные ручьи . Эстуарий — это динамическая экосистема, имеющая связь с открытым морем, через которую морская вода поступает с ритмом приливов . Влияние приливов на эстуарии может показывать нелинейные эффекты на движение воды, которые могут иметь важные последствия для экосистемы и потока воды. Морская вода, поступающая в эстуарий, разбавляется пресной водой, текущей из рек и ручьев. Характер разбавления различается в разных эстуариях и зависит от объема пресной воды, приливного диапазона и степени испарения воды в эстуарии. [2]
Затопленные речные долины также известны как эстуарии прибрежных равнин. В местах, где уровень моря повышается относительно суши, морская вода постепенно проникает в речные долины, и топография эстуария остается похожей на топографию речной долины. Это наиболее распространенный тип эстуария в умеренном климате. Хорошо изученные эстуарии включают эстуарий Северн в Соединенном Королевстве и Эмс-Доллард вдоль голландско-германской границы.
Соотношение ширины к глубине этих эстуариев обычно большое, кажущееся клиновидным (в поперечном сечении) во внутренней части и расширяющееся и углубляющееся в сторону моря. Глубина воды редко превышает 30 м (100 футов). Примерами этого типа эстуария в США являются река Гудзон , Чесапикский залив и залив Делавэр вдоль побережья Средней Атлантики , а также залив Галвестон и залив Тампа вдоль побережья залива . [5]
Баровые эстуарии встречаются в местах, где отложение осадков идет в ногу с повышением уровня моря, так что эстуарии неглубокие и отделены от моря песчаными косами или барьерными островами. Они относительно распространены в тропических и субтропических местах.
Эти эстуарии полуизолированы от океанских вод барьерными пляжами ( барьерными островами и барьерными косами ). Формирование барьерных пляжей частично закрывает эстуарий, и только узкие заливы позволяют контактировать с океанскими водами. Эстуарии, образованные барами, обычно развиваются на пологих равнинах, расположенных вдоль тектонически стабильных краев континентов и пограничных морских побережий. Они обширны вдоль Атлантического и Мексиканского побережий США в районах с активным прибрежным отложением осадков и где приливные диапазоны составляют менее 4 м (13 футов). Барьерные пляжи, которые окружают эстуарии, образованные барами, развивались несколькими способами:
Фьорды образовались там, где плейстоценовые ледники углубили и расширили существующие речные долины, так что они стали U-образными в поперечном сечении. В их устьях обычно находятся скалы, бары или пороги ледниковых отложений , которые оказывают влияние на изменение эстуарной циркуляции.
Эстуарии типа фьорда образуются в глубоко размытых долинах, образованных ледниками . Эти U-образные эстуарии обычно имеют крутые склоны, каменистое дно и подводные пороги, очерченные ледниковым движением. Эстуарий имеет наименьшую глубину в устье, где конечные ледниковые морены или скальные отмели образуют пороги, ограничивающие поток воды. В верховьях эстуария глубина может превышать 300 м (1000 футов). Соотношение ширины и глубины, как правило, невелико. В эстуариях с очень мелкими порогами приливные колебания влияют только на воду до глубины порога, а воды глубже этого могут оставаться стоячими в течение очень долгого времени, поэтому обмен глубокой водой эстуария с океаном происходит лишь изредка. Если глубина порога большая, циркуляция воды менее ограничена, и между эстуарием и океаном происходит медленный, но устойчивый обмен водой. Эстуарии фьордового типа можно найти вдоль побережья Аляски , региона Пьюджет-Саунд на западе штата Вашингтон , Британской Колумбии , восточной Канады, Гренландии , Исландии , Новой Зеландии и Норвегии.
Эти эстуарии образованы просадкой или отрезанием суши от океана движением земли, связанным с разломами , вулканами и оползнями . Затопление от эвстатического повышения уровня моря в эпоху голоцена также способствовало формированию этих эстуариев. Существует лишь небольшое количество тектонически образованных эстуариев; одним из примеров является залив Сан-Франциско , который был образован движениями земной коры системы разломов Сан-Андреас, вызвавшими затопление нижних течений рек Сакраменто и Сан-Хоакин . [6]
В этом типе эстуария речной сток значительно превышает морской сток, а приливные эффекты имеют второстепенное значение. Пресная вода плавает поверх морской воды в слое, который постепенно истончается по мере продвижения к морю. Более плотная морская вода движется к суше вдоль дна эстуария, образуя клиновидный слой, который становится тоньше по мере приближения к суше. По мере того, как между двумя слоями возникает разница в скорости, сдвиговые силы генерируют внутренние волны на границе раздела, смешивая морскую воду вверху с пресной водой. Примером эстуария с соленым клином является река Миссисипи [6] и эстуарий Мандови в Гоа в период муссонов.
По мере увеличения приливного воздействия речной сток становится меньше морского притока. Здесь турбулентность, вызванная течением, вызывает перемешивание всей толщи воды, так что соленость изменяется больше в продольном направлении, чем в вертикальном, что приводит к умеренно стратифицированному состоянию. Примерами служат Чесапикский залив и залив Наррагансетт . [6]
Силы приливного смешивания превышают речной сток, что приводит к хорошо перемешанному водному столбу и исчезновению вертикального градиента солености . Граница пресной и морской воды устраняется из-за интенсивного турбулентного смешивания и вихревых эффектов . Низовья залива Делавэр и реки Раритан в Нью-Джерси являются примерами вертикально однородных эстуариев. [6]
Обратные эстуарии возникают в сухом климате, где испарение значительно превышает приток пресной воды. Образуется зона максимальной солености, и как речная, так и океаническая вода течет близко к поверхности в направлении этой зоны. [7] Эта вода выталкивается вниз и распространяется по дну как в направлении моря, так и в направлении суши. [3] Примерами обратных эстуариев являются залив Спенсер , Южная Австралия, [8] реки Салум и Казаманс , Сенегал. [9]
Тип эстуария существенно различается в зависимости от поступления пресной воды и может изменяться от полностью морского залива до любого другого типа эстуария. [10] [11]
Наиболее важными переменными характеристиками эстуарной воды являются концентрация растворенного кислорода, соленость и нагрузка осадка . Существует экстремальная пространственная изменчивость солености, с диапазоном от почти нуля на приливном пределе притоков рек до 3,4% в устье эстуария. В любой точке соленость будет значительно меняться со временем и сезонами, что делает ее суровой средой для организмов. Осадок часто оседает в приливных илистых отмелях , которые чрезвычайно трудно колонизировать. Для водорослей не существует точек прикрепления , поэтому среда обитания на основе растительности не установлена. [ необходимо разъяснение ] Осадок также может засорять пищевые и дыхательные структуры видов, и у видов, обитающих в илистых отмелях, существуют специальные адаптации, чтобы справиться с этой проблемой. Наконец, изменение растворенного кислорода может вызывать проблемы для форм жизни. Богатый питательными веществами осадок из антропогенных источников может способствовать первичным производственным жизненным циклам, возможно, приводя к конечному распаду, удаляющему растворенный кислород из воды; таким образом, могут развиваться гипоксические или аноксические зоны. [12]
Азот часто является основной причиной эвтрофикации в эстуариях в умеренных зонах. [13] Во время эвтрофикации биогеохимическая обратная связь уменьшает количество доступного кремния . [14] Эти обратные связи также увеличивают поставку азота и фосфора, создавая условия, в которых может сохраняться вредоносное цветение водорослей. Учитывая теперь несбалансированный азотный цикл , эстуарии могут быть доведены до ограничения фосфора вместо ограничения азота. Эстуарии могут быть серьезно затронуты несбалансированным фосфорным циклом, поскольку фосфор взаимодействует с доступностью азота и кремния.
При обилии питательных веществ в экосистеме растения и водоросли разрастаются и в конечном итоге разлагаются, что приводит к образованию значительного количества углекислого газа. [15] Выделяя CO2 в воду и атмосферу, эти организмы также поглощают весь или почти весь доступный кислород, создавая гипоксическую среду и несбалансированный кислородный цикл . [16] Избыток углерода в форме CO2 может привести к низкому уровню pH и закислению океана , что особенно вредно для уязвимых прибрежных регионов, таких как эстуарии.
Эвтрофикация , как было замечено, негативно влияет на многие растительные сообщества в эстуарных экосистемах . [17] Солончаки — это тип экосистемы в некоторых эстуариях, которые подверглись негативному воздействию эвтрофикации. [17] Растительность стренги доминирует в ландшафте солончаков. [18] Избыток питательных веществ позволяет растениям расти более быстрыми темпами в надземной биомассе, однако меньше энергии выделяется корням, поскольку питательных веществ много. [17] [19] Это приводит к снижению биомассы в растительности под землей, что дестабилизирует берега болота, вызывая повышенные темпы эрозии . [17] Аналогичное явление происходит в мангровых болотах , которые являются еще одной потенциальной экосистемой в эстуариях. [19] [20] Увеличение азота вызывает увеличение роста побегов и уменьшение роста корней. [19] Более слабая корневая система приводит к тому, что мангровое дерево становится менее устойчивым в сезоны засухи, что может привести к гибели мангрового дерева. [19] Этот сдвиг в надземной и подземной биомассе, вызванный эвтрофикацией, может помешать успешному развитию растений в этих экосистемах. [17] [19]
_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 последствия на этом не заканчиваются. Гибель растений изменяет всю структуру пищевой цепи, что может привести к гибели животных в пораженном биоме . Эстуарии являются очагами биоразнообразия , содержащими большую часть коммерческого улова рыбы, что делает последствия эвтрофикации намного более выраженными в эстуариях. [21] Некоторые специфические эстуарные животные ощущают последствия эвтрофикации сильнее, чем другие. Одним из примеров являются виды сиговых рыб из европейских Альп . [22] Эвтрофикация настолько сильно снизила уровень кислорода в их среде обитания, что икра сиговых рыб не могла выжить, что привело к локальному вымиранию. [22] Однако некоторые животные, такие как плотоядные рыбы, как правило, хорошо себя чувствуют в богатой питательными веществами среде и могут извлечь выгоду из эвтрофикации. [23] Это можно увидеть в популяциях окуня или щуки. [23]
Эвтрофикация может повлиять на многие морские среды обитания, что может привести к экономическим последствиям. Коммерческая рыболовная промышленность зависит от эстуариев примерно на 68 процентов своего улова по стоимости из-за большого биоразнообразия этой экосистемы. [24] Во время цветения водорослей рыбаки заметили значительное увеличение количества рыбы. [25] Внезапное увеличение первичной продуктивности вызывает всплески в популяциях рыб, что приводит к большему использованию кислорода. [25] Продолжающаяся деоксигенация воды затем вызывает сокращение популяций рыб. Эти эффекты могут начаться в эстуариях и иметь широкое влияние на окружающие водоемы. В свою очередь, это может снизить продажи рыбной промышленности в одном районе и по всей стране. [26] Производство в 2016 году от любительского и коммерческого рыболовства вносит миллиарды долларов в валовой внутренний продукт (ВВП) Соединенных Штатов. [24] Сокращение производства в этой отрасли может затронуть любого из 1,7 миллиона человек, которых ежегодно нанимает рыбная промышленность по всей территории Соединенных Штатов.
Эстуарии — это невероятно динамичные системы, где температура, соленость, мутность, глубина и течение ежедневно меняются в ответ на приливы. Этот динамизм делает эстуарии высокопродуктивными местообитаниями, но также затрудняет выживание многих видов круглый год. В результате, большие и малые эстуарии испытывают сильные сезонные колебания в своих рыбных сообществах. [27] Зимой в рыбном сообществе доминируют выносливые морские жители, а летом различные морские и анадромные рыбы перемещаются в эстуарии и из них, извлекая выгоду из их высокой продуктивности. [28] Эстуарии являются критически важной средой обитания для различных видов, которые зависят от эстуариев для завершения жизненного цикла. Известно, что тихоокеанская сельдь ( Clupea pallasii ) откладывает икру в эстуариях и заливах, серфокунь рожает в эстуариях, молодь камбалы и морского окуня мигрирует в эстуарии для размножения, а анадромные лососевые и миноги используют эстуарии в качестве миграционных коридоров. [29] Кроме того, популяции перелетных птиц, таких как веретенник большой , [30] зависят от эстуариев.
Две из основных проблем эстуарной жизни — это изменчивость солености и седиментация . Многие виды рыб и беспозвоночных имеют различные методы контроля или соответствия изменениям концентрации соли и называются осмоконформерами и осморегуляторами . Многие животные также роют норы , чтобы избежать хищников и жить в более стабильной осадочной среде. Однако в осадке находится большое количество бактерий, которые имеют очень высокую потребность в кислороде. Это снижает уровень кислорода в осадке, часто приводя к частично бескислородным условиям, которые могут еще больше усугубляться ограниченным потоком воды.
Фитопланктон является ключевым первичным производителем в эстуариях. Он перемещается вместе с водоемами и может быть вымыт и вымыт приливами . Его продуктивность во многом зависит от мутности воды. Основным фитопланктоном являются диатомовые водоросли и динофлагелляты , которые в изобилии присутствуют в осадке.
Основным источником пищи для многих организмов в эстуариях, включая бактерии , является детрит, образующийся в результате оседания осадков.
Из тридцати двух крупнейших городов мира в начале 1990-х годов двадцать два были расположены в устьях рек. [31]
Как экосистемы, эстуарии находятся под угрозой из-за деятельности человека, такой как загрязнение и чрезмерный вылов рыбы . Им также угрожают сточные воды, прибрежные поселения, расчистка земель и многое другое. Эстуарии подвержены влиянию событий, происходящих далеко вверх по течению, и концентрируют такие материалы, как загрязняющие вещества и отложения. [32] Земельные стоки и промышленные, сельскохозяйственные и бытовые отходы попадают в реки и сбрасываются в эстуарии. Могут быть введены загрязняющие вещества, которые не распадаются быстро в морской среде, такие как пластик , 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 заливные илы : геологическая летопись человеческой деятельности прошлого века. Элементный состав биопленки отражает области эстуария, затронутые деятельностью человека, и со временем может изменить основной состав экосистемы, а также обратимые или необратимые изменения в абиотических и биотических частях систем снизу вверх. [33]
Например, китайское и российское промышленное загрязнение, такое как фенолы и тяжелые металлы, привело к уничтожению рыбных запасов в реке Амур и повреждению почвы ее устья. [34]
Эстуарии, как правило, являются естественными эвтрофными , поскольку сток с суши сбрасывает питательные вещества в эстуарии. В результате деятельности человека сток с суши теперь также включает в себя множество химикатов, используемых в качестве удобрений в сельском хозяйстве, а также отходы от скота и людей. Избыток химикатов, истощающих кислород, в воде может привести к гипоксии и созданию мертвых зон . [35] Это может привести к снижению качества воды, популяции рыб и других животных. Также имеет место чрезмерный вылов рыбы. В Чесапикском заливе когда-то была процветающая популяция устриц , которая была почти уничтожена чрезмерным выловом рыбы. Устрицы фильтруют эти загрязняющие вещества и либо съедают их, либо формируют из них небольшие пакеты, которые оседают на дне, где они безвредны. Исторически устрицы отфильтровывали весь объем воды эстуария от избыточных питательных веществ каждые три или четыре дня. Сегодня этот процесс занимает почти год, [36] а осадок, питательные вещества и водоросли могут вызывать проблемы в местных водах.
Некоторые крупные реки, протекающие через пустыни, исторически имели обширные эстуарии, которые были сокращены до части своего прежнего размера из-за плотин и отводов. Одним из примеров является дельта реки Колорадо в Мексике, исторически покрытая болотами и лесами, но теперь по сути представляющая собой солончак.
{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
