Estuario

Un estuario è un corpo costiero parzialmente chiuso di acqua salmastra con uno o più fiumi o corsi d’acqua che vi scorrono dentro, e con una libera connessione al mare aperto . ^[1] Gli estuari formano una zona di transizione tra gli ambienti fluviali e gli ambienti marittimi e sono un esempio di ecotono . Gli estuari sono soggetti sia alle influenze marine come le maree , le onde e l’afflusso di acqua salata , sia alle influenze fluviali come i flussi di acqua dolce e sedimenti. La miscelazione di acqua di mare e acqua dolce fornisce alti livelli di nutrienti sia nella colonna d’acqua che nei sedimenti , rendendo gli estuari tra gli habitat naturali più produttivi al mondo. ^[2]

Estuario del Río de la Plata

La maggior parte degli estuari esistenti si è formata durante l’ epoca dell’Olocene con l’inondazione di valli erose dai fiumi o scavate dai ghiacciai quando il livello del mare ha iniziato a salire circa 10.000-12.000 anni fa. ^[3] Gli estuari sono in genere classificati in base alle loro caratteristiche geomorfologiche o ai modelli di circolazione dell’acqua. Possono avere molti nomi diversi, come baie , porti , lagune , insenature o suoni , sebbene alcuni di questi bacini idrici non soddisfino rigorosamente la definizione di estuario di cui sopra e potrebbero essere completamente salini.

Molti estuari subiscono una degenerazione dovuta a una serie di fattori, tra cui l’erosione del suolo , la deforestazione , il sovrapascolo , la pesca eccessiva e il riempimento delle zone umide. L’eutrofizzazione può portare a un eccesso di nutrienti da liquami e rifiuti animali; inquinanti tra cui metalli pesanti , bifenili policlorurati , radionuclidi e idrocarburi da immissioni di liquami; e dighe o sbarramenti per il controllo delle inondazioni o la deviazione delle acque. ^[3] [4]

La parola “estuario” deriva dal latino aestuarium che significa ingresso di marea del mare, che a sua volta deriva dal termine aestus , che significa marea. Sono state proposte molte definizioni per descrivere un estuario. La definizione più ampiamente accettata è: “un corpo idrico costiero semi-chiuso, che ha una libera connessione con il mare aperto, e all’interno del quale l’acqua di mare è misurabilmente diluita con acqua dolce derivata dal drenaggio terrestre”. ^[1] Tuttavia, questa definizione esclude un certo numero di corpi idrici costieri come le lagune costiere e i mari salmastri .

Una definizione più completa di estuario è “un corpo d’acqua semi-chiuso collegato al mare fino al limite di marea o al limite di intrusione salina e che riceve deflusso di acqua dolce; tuttavia l’ afflusso di acqua dolce potrebbe non essere perenne, il collegamento con il mare potrebbe essere chiuso per parte dell’anno e l’influenza delle maree potrebbe essere trascurabile”. ^[3] Questa ampia definizione include anche fiordi , lagune , foci di fiumi e insenature soggette a maree . Un estuario è un ecosistema dinamico che ha una connessione con il mare aperto attraverso il quale l’ acqua di mare entra con il ritmo delle maree . Gli effetti delle maree sugli estuari possono mostrare effetti non lineari sul movimento dell’acqua che possono avere importanti impatti sull’ecosistema e sul flusso d’acqua. L’acqua di mare che entra nell’estuario è diluita dall’acqua dolce che scorre da fiumi e corsi d’acqua. Il modello di diluizione varia tra i diversi estuari e dipende dal volume di acqua dolce, dall’escursione delle maree e dall’entità dell’evaporazione dell’acqua nell’estuario. ^[2]

Le valli fluviali sommerse sono anche note come estuari delle pianure costiere. Nei luoghi in cui il livello del mare si sta alzando rispetto alla terraferma, l’acqua del mare penetra progressivamente nelle valli fluviali e la topografia dell’estuario rimane simile a quella di una valle fluviale. Questo è il tipo di estuario più comune nei climi temperati. Gli estuari ben studiati includono l’ estuario del Severn nel Regno Unito e l’ Ems Dollard lungo il confine tra Olanda e Germania.

Il rapporto larghezza-profondità di questi estuari è tipicamente ampio, apparendo a forma di cuneo (in sezione trasversale) nella parte interna e allargandosi e approfondendosi verso il mare. Le profondità dell’acqua raramente superano i 30 m (100 piedi). Esempi di questo tipo di estuario negli Stati Uniti sono il fiume Hudson , la baia di Chesapeake e la baia di Delaware lungo la costa del Medio Atlantico , e la baia di Galveston e la baia di Tampa lungo la costa del Golfo . ^[5]

Gli estuari costruiti a barre si trovano in un luogo in cui la deposizione di sedimenti ha tenuto il passo con l’innalzamento dei livelli del mare, così che gli estuari sono poco profondi e separati dal mare da lingue di sabbia o isole barriera. Sono relativamente comuni in luoghi tropicali e subtropicali.

Questi estuari sono semi-isolati dalle acque oceaniche da spiagge barriera ( isole barriera e lingue di barriera ). La formazione di spiagge barriera racchiude parzialmente l’estuario, con solo stretti ingressi che consentono il contatto con le acque oceaniche. Gli estuari costruiti a barre si sviluppano in genere su pianure dolcemente inclinate situate lungo i bordi tettonicamente stabili dei continenti e delle coste marine marginali. Sono estesi lungo le coste atlantiche e del Golfo degli Stati Uniti in aree con deposizione costiera attiva di sedimenti e dove le escursioni di marea sono inferiori a 4 m (13 piedi). Le spiagge barriera che racchiudono gli estuari costruiti a barre sono state sviluppate in diversi modi:

• formazione di barre al largo per azione delle onde, in cui la sabbia del fondale marino si deposita in barre allungate parallele alla linea di costa,
• rielaborazione dello scarico di sedimenti dai fiumi tramite l’azione di onde, correnti e vento verso spiagge, pianure di deflusso e dune,
• inglobamento delle creste delle spiagge continentali (creste sviluppate dall’erosione dei sedimenti della pianura costiera circa 5000 anni fa) dovuto all’innalzamento del livello del mare e che ha portato alla rottura delle creste e all’inondazione delle pianure costiere, formando lagune poco profonde,
• allungamento delle barriere costiere dovuto all’erosione dei promontori dovuta all’azione delle correnti costiere , con le barriere che crescono nella direzione della deriva litoranea. ^{[ citazione necessaria ]}

I fiordi si sono formati dove i ghiacciai del Pleistocene hanno approfondito e allargato le valli fluviali esistenti, in modo che assumessero una sezione trasversale a forma di U. Alle loro foci si trovano tipicamente rocce, barre o soglie di depositi glaciali , che hanno l’effetto di modificare la circolazione estuarina.

Gli estuari di tipo fiordo si formano in valli profondamente erose formate dai ghiacciai . Questi estuari a forma di U hanno in genere fianchi ripidi, fondali rocciosi e soglie sottomarine contornate dal movimento glaciale. L’estuario è più basso alla foce, dove morene glaciali terminali o barre di roccia formano soglie che limitano il flusso dell’acqua. Nei tratti superiori dell’estuario, la profondità può superare i 300 m (1.000 piedi). Il rapporto larghezza-profondità è generalmente piccolo. Negli estuari con soglie molto basse, le oscillazioni di marea influenzano solo l’acqua fino alla profondità della soglia e le acque più profonde possono rimanere stagnanti per molto tempo, quindi c’è solo uno scambio occasionale di acqua profonda dell’estuario con l’oceano. Se la profondità della soglia è profonda, la circolazione dell’acqua è meno limitata e c’è uno scambio lento ma costante di acqua tra l’estuario e l’oceano. Gli estuari di tipo fiordo si trovano lungo le coste dell’Alaska , nella regione del Puget Sound nello stato di Washington occidentale , nella Columbia Britannica , nel Canada orientale, in Groenlandia , in Islanda , in Nuova Zelanda e in Norvegia.

Questi estuari sono formati da subsidenza o terra tagliata fuori dall’oceano da movimenti terrestri associati a faglie , vulcani e frane . Anche l’inondazione dovuta all’innalzamento eustatico del livello del mare durante l’ epoca dell’Olocene ha contribuito alla formazione di questi estuari. Ci sono solo un piccolo numero di estuari prodotti tettonicamente ; un esempio è la baia di San Francisco , che è stata formata dai movimenti crostali del sistema di faglie di Sant’Andrea che hanno causato l’inondazione dei tratti inferiori dei fiumi Sacramento e San Joaquin . ^[6]

In questo tipo di estuario, la portata del fiume supera di gran lunga quella del mare e gli effetti delle maree hanno un’importanza minore. L’acqua dolce galleggia sopra l’acqua di mare in uno strato che si assottiglia gradualmente man mano che si sposta verso il mare. L’acqua di mare più densa si sposta verso terra lungo il fondale dell’estuario, formando uno strato a forma di cuneo che si assottiglia man mano che si avvicina alla terra. Quando si sviluppa una differenza di velocità tra i due strati, le forze di taglio generano onde interne all’interfaccia, mescolando l’acqua di mare verso l’alto con l’acqua dolce. Un esempio di estuario a cuneo salato è il fiume Mississippi ^[6] e l’estuario Mandovi a Goa durante il periodo dei monsoni.

Con l’aumento della forzatura delle maree, la portata del fiume diventa inferiore all’apporto marino. Qui, la turbolenza indotta dalla corrente provoca la miscelazione dell’intera colonna d’acqua in modo tale che la salinità vari più longitudinalmente che verticalmente, portando a una condizione moderatamente stratificata. Esempi includono la baia di Chesapeake e la baia di Narragansett . ^[6]

Le forze di miscelazione delle maree superano la portata del fiume, con conseguente colonna d’acqua ben miscelata e scomparsa del gradiente di salinità verticale . Il confine tra acqua dolce e acqua di mare viene eliminato a causa dell’intensa miscelazione turbolenta e degli effetti vorticosi . I tratti inferiori della baia di Delaware e del fiume Raritan nel New Jersey sono esempi di estuari verticalmente omogenei. ^[6]

Gli estuari inversi si verificano in climi secchi dove l’evaporazione supera di gran lunga l’afflusso di acqua dolce. Si forma una zona di massima salinità e sia l’acqua fluviale che quella oceanica scorrono vicino alla superficie verso questa zona. ^[7] Quest’acqua viene spinta verso il basso e si diffonde lungo il fondale sia in direzione del mare che verso terra. ^[3] Esempi di estuario inverso sono il golfo di Spencer , Australia meridionale, ^[8] il fiume Saloum e il fiume Casamance , Senegal. ^[9]

Il tipo di estuario varia notevolmente a seconda dell’apporto di acqua dolce ed è in grado di cambiare da un’insenatura completamente marina a uno qualsiasi degli altri tipi di estuario. ^[10] [11]

Le caratteristiche variabili più importanti dell’acqua dell’estuario sono la concentrazione di ossigeno disciolto, la salinità e il carico di sedimenti . C’è un’estrema variabilità spaziale nella salinità, con un intervallo che va da quasi zero al limite di marea dei fiumi tributari al 3,4% alla foce dell’estuario. In qualsiasi punto, la salinità varierà notevolmente nel tempo e nelle stagioni, rendendolo un ambiente ostile per gli organismi. I sedimenti spesso si depositano in distese fangose ​​intertidali che sono estremamente difficili da colonizzare. Non esistono punti di attacco per le alghe , quindi non è stabilito un habitat basato sulla vegetazione. ^{[ necessaria chiarificazione ]} I sedimenti possono anche ostruire le strutture di alimentazione e respirazione delle specie, e all’interno delle specie di distese fangose ​​esistono adattamenti speciali per far fronte a questo problema. Infine, la variazione dell’ossigeno disciolto può causare problemi alle forme di vita. I sedimenti ricchi di nutrienti provenienti da fonti artificiali possono promuovere cicli di vita di produzione primaria, forse portando a un eventuale decadimento che rimuove l’ossigeno disciolto dall’acqua; quindi possono svilupparsi zone ipossiche o anossiche . ^[12]

L’azoto è spesso la causa principale dell’eutrofizzazione negli estuari nelle zone temperate. ^[13] Durante un evento di eutrofizzazione, il feedback biogeochimico diminuisce la quantità di silice disponibile . ^[14] Questi feedback aumentano anche la fornitura di azoto e fosforo, creando condizioni in cui possono persistere fioriture algali dannose. Dato l’attuale ciclo dell’azoto sbilanciato , gli estuari possono essere spinti verso la limitazione del fosforo invece che verso la limitazione dell’azoto. Gli estuari possono essere gravemente colpiti da un ciclo del fosforo sbilanciato, poiché il fosforo interagisce con la disponibilità di azoto e silice.

Con un’abbondanza di nutrienti nell’ecosistema, piante e alghe crescono eccessivamente e alla fine si decompongono, producendo una quantità significativa di anidride carbonica. ^[15] Mentre rilasciano CO2 _nell’acqua e nell’atmosfera, questi organismi stanno anche assorbendo tutto o quasi tutto l’ossigeno disponibile creando un ambiente ipossico e un ciclo dell’ossigeno sbilanciato . ^[16] L’eccesso di carbonio sotto forma di CO2 _può portare a bassi livelli di pH e all’acidificazione degli oceani , che è più dannosa per le regioni costiere vulnerabili come gli estuari.

Si è visto che l’eutrofizzazione ha un impatto negativo su molte comunità vegetali negli ecosistemi degli estuari . ^[17] Le paludi salmastre sono un tipo di ecosistema in alcuni estuari che sono stati negativamente influenzati dall’eutrofizzazione. ^[17] La ​​vegetazione di cordgrass domina il paesaggio delle paludi salmastre. ^[18] L’eccesso di nutrienti consente alle piante di crescere a tassi maggiori nella biomassa fuori terra, tuttavia viene assegnata meno energia alle radici poiché i nutrienti sono abbondanti. ^[17] [19] Ciò porta a una biomassa inferiore nella vegetazione sottoterra che destabilizza le rive della palude causando tassi di erosione più elevati . ^[17] Un fenomeno simile si verifica nelle mangrovie , che sono un altro potenziale ecosistema negli estuari. ^[19] [20] Un aumento dell’azoto provoca un aumento della crescita dei germogli e una diminuzione della crescita delle radici. ^[19] Sistemi di radici più deboli fanno sì che un albero di mangrovia sia meno resiliente nelle stagioni di siccità, il che può portare alla morte della mangrovia. ^[19] Questo spostamento della biomassa sopra e sotto il suolo causato dall’eutrofizzazione potrebbe ostacolare il successo delle piante in questi ecosistemi. ^[17] [19]

In tutti i biomi, l’eutrofizzazione spesso provoca la morte delle piante, ma gli impatti non finiscono qui. La morte delle piante altera l’intera struttura della rete alimentare, il che può provocare la morte degli animali all’interno del bioma colpito . Gli estuari sono punti caldi per la biodiversità , contenenti la maggior parte del pescato commerciale, rendendo gli impatti dell’eutrofizzazione molto più grandi all’interno degli estuari. ^[21] Alcuni specifici animali estuarini risentono degli effetti dell’eutrofizzazione più fortemente di altri. Un esempio sono le specie di coregone delle Alpi europee . ^[22] L’eutrofizzazione ha ridotto i livelli di ossigeno nei loro habitat così tanto che le uova di coregone non sono riuscite a sopravvivere, causando estinzioni locali. ^[22] Tuttavia, alcuni animali, come i pesci carnivori, tendono a stare bene in ambienti arricchiti di nutrienti e possono trarre beneficio dall’eutrofizzazione. ^[23] Ciò può essere osservato nelle popolazioni di spigole o lucci. ^[23]

L’eutrofizzazione può influenzare molti habitat marini, il che può portare a conseguenze economiche. L’industria della pesca commerciale fa affidamento sugli estuari per circa il 68 percento del loro pescato in termini di valore a causa della grande biodiversità di questo ecosistema. ^[24] Durante una fioritura algale , i pescatori hanno notato un aumento significativo della quantità di pesce. ^[25] Un improvviso aumento della produttività primaria provoca picchi nelle popolazioni ittiche che portano a un maggiore utilizzo di ossigeno. ^[25] È la continua deossigenazione dell’acqua che causa quindi un declino nelle popolazioni ittiche. Questi effetti possono iniziare negli estuari e avere un ampio effetto sui bacini idrici circostanti. A sua volta, ciò può ridurre le vendite dell’industria della pesca in un’area e in tutto il paese. ^[26] La produzione nel 2016 dalla pesca ricreativa e commerciale contribuisce con miliardi di dollari al prodotto interno lordo (PIL) degli Stati Uniti. ^[24] Una diminuzione della produzione all’interno di questo settore può influenzare una qualsiasi delle 1,7 milioni di persone che l’industria della pesca impiega ogni anno negli Stati Uniti.

Gli estuari sono sistemi incredibilmente dinamici, dove temperatura, salinità, torbidità, profondità e flusso cambiano tutti quotidianamente in risposta alle maree. Questo dinamismo rende gli estuari habitat altamente produttivi, ma rende anche difficile per molte specie sopravvivere tutto l’anno. Di conseguenza, gli estuari grandi e piccoli sperimentano una forte variazione stagionale nelle loro comunità ittiche. ^[27] In inverno, la comunità ittica è dominata da resistenti residenti marini e in estate una varietà di pesci marini e anadromi si spostano dentro e fuori dagli estuari, capitalizzando la loro elevata produttività. ^[28] Gli estuari forniscono un habitat critico a una varietà di specie che dipendono dagli estuari per il completamento del ciclo di vita. È noto che l’aringa del Pacifico ( Clupea pallasii ) depone le uova negli estuari e nelle baie, il surfperch partorisce negli estuari, i giovani pesci piatti e i pesci scorpione migrano negli estuari per riprodursi e i salmonidi e le lamprede anadromi usano gli estuari come corridoi di migrazione. ^[29] Anche le popolazioni di uccelli migratori , come la pittima reale , ^[30] dipendono dagli estuari.

Due delle principali sfide della vita negli estuari sono la variabilità della salinità e della sedimentazione . Molte specie di pesci e invertebrati hanno vari metodi per controllare o conformarsi ai cambiamenti nelle concentrazioni di sale e sono chiamati osmoconformatori e osmoregolatori . Molti animali scavano anche per evitare la predazione e per vivere in un ambiente sedimentario più stabile. Tuttavia, un gran numero di batteri si trova all’interno del sedimento che ha una richiesta di ossigeno molto elevata. Ciò riduce i livelli di ossigeno all’interno del sedimento, spesso determinando condizioni parzialmente anossiche , che possono essere ulteriormente esacerbate da un flusso d’acqua limitato.

Il fitoplancton è un produttore primario chiave negli estuari. Si sposta con i corpi idrici e può essere trasportato dentro e fuori dalle maree . La sua produttività dipende in larga parte dalla torbidità dell’acqua. Il principale fitoplancton presente è costituito da diatomee e dinoflagellati , che sono abbondanti nei sedimenti.

Una fonte primaria di cibo per molti organismi degli estuari, compresi i batteri , è rappresentata dai detriti derivanti dalla sedimentazione.

Delle trentadue città più grandi del mondo all’inizio degli anni ’90, ventidue erano situate sugli estuari. ^[31]

In quanto ecosistemi, gli estuari sono minacciati dalle attività umane come l’inquinamento e la pesca eccessiva . Sono inoltre minacciati dalle acque reflue, dagli insediamenti costieri, dalla bonifica dei terreni e molto altro. Gli estuari sono interessati da eventi molto a monte e concentrano materiali come inquinanti e sedimenti. ^[32] Il deflusso terrestre e i rifiuti industriali, agricoli e domestici entrano nei fiumi e vengono scaricati negli estuari. Possono essere introdotti contaminanti che non si disintegrano rapidamente nell’ambiente marino, come plastica , pesticidi , furani , diossine , fenoli e metalli pesanti .

Tali tossine possono accumularsi nei tessuti di molte specie di vita acquatica in un processo chiamato bioaccumulo . Si accumulano anche in ambienti bentonici , come estuari e fanghi di baia : un record geologico delle attività umane dell’ultimo secolo. La composizione elementare del biofilm riflette le aree dell’estuario interessate dalle attività umane e, nel tempo, può modificare la composizione di base dell’ecosistema e i cambiamenti reversibili o irreversibili nelle parti abiotiche e biotiche dei sistemi dal basso verso l’alto. ^[33]

Ad esempio, l’inquinamento industriale cinese e russo, come i fenoli e i metalli pesanti, ha devastato gli stock ittici del fiume Amur e danneggiato il suolo dell’estuario. ^[34]

Gli estuari tendono a essere naturalmente eutrofici perché il deflusso terrestre scarica sostanze nutritive negli estuari. Con le attività umane, il deflusso terrestre ora include anche le numerose sostanze chimiche utilizzate come fertilizzanti in agricoltura, nonché i rifiuti del bestiame e degli esseri umani. L’eccesso di sostanze chimiche che impoveriscono l’ossigeno nell’acqua può portare all’ipossia e alla creazione di zone morte . ^[35] Ciò può comportare riduzioni della qualità dell’acqua, dei pesci e di altre popolazioni animali. Si verifica anche la pesca eccessiva. La baia di Chesapeake un tempo aveva una fiorente popolazione di ostriche che è stata quasi spazzata via dalla pesca eccessiva. Le ostriche filtrano questi inquinanti e li mangiano o li modellano in piccoli pacchetti che vengono depositati sul fondo dove sono innocui. Storicamente le ostriche filtravano l’intero volume d’acqua dell’estuario dai nutrienti in eccesso ogni tre o quattro giorni. Oggi quel processo dura quasi un anno, ^[36] e sedimenti, nutrienti e alghe possono causare problemi nelle acque locali.