I nästan ett sekel, O'Shaughnessy-stranden har hållit tillbaka sanden och havet på San Franciscos Ocean Beach. På jobbet ännu längre:Galvestons strandvall, byggd efter att USA:s dödligaste orkan år 1900 dödade tusentals i Texas.

Det här är bara två exempel på hur USA:s kuster – särskilt de med stor stadsbefolkning – har bepansrats med konstgjorda strukturer.

Dessa strukturer drar i huvudsak en linje i sanden som begränsar strandlinjens förmåga att reagera på förändringar i havsnivån och andra dynamiska kustprocesser. Medan de resulterande ekologiska effekterna har studerats mer under de senaste åren, forskningen har till stor del utförts i specifika miljöer, vilket gör det svårt att generalisera dessa effekter över ekosystem och strukturtyper.

En ny studie utförd av ett team av havsforskare från UC Santa Barbara och kollegor från tre kustområden i National Science Foundations nätverk för långtids ekologisk forskning (LTER) ger ett viktigt första steg mot att generalisera ekologiska svar på bepansring över den breda mångfalden av kustmiljöer där dessa strukturer används. Teamets resultat visas online och kommer att publiceras i höst i ett specialnummer av tidskriften Estuaries and Coasts, "Konsekvenser av kustlandanvändning och strandlinjebepansring på ekosystem i flodmynningar."

Jämföra anteckningar

Typen av pansarstruktur varierar kraftigt med miljöinställningen, allt från massiva strandvallar och beklädnader längs den vågexponerade öppna kusten till mindre skott och konstgjorda ostronrev i tidvattenkärr och flodmynningar. "Storleken och formen på dessa konstgjorda strukturer resulterar ofta i förlust av tidvattenmiljöer, " sa huvudförfattaren Jenifer Dugan, en forskningsbiolog vid UCSB:s Marine Science Institute. "Omfattningen av den förlusten är en funktion av miljömiljön, strukturtyp och hur långt ut mot havet och längs stranden strukturen sträcker sig."

Forskare från tre mycket olika LTER-program arbetade redan med den ekologiska effekten av kustbepansring på sina respektive platser. Vid Santa Barbara Coastal LTER, studier av effekterna av strandvallar på öppna kuststränder hade avslöjat betydande ekologiska effekter som sträcker sig upp till fåglar. Projektet Georgia Coastal Ecosystems (GCE) genomförde studier av effekterna av småskaliga rustningar i saltkärr. Studier vid Virginia Coast Reserve LTER fokuserade på användningen av konstruerade ostronrev och levande kustlinjer som kustskyddsstrategier.

"Det som var nytt med detta samarbete mellan olika platser var att sätta dessa platsspecifika studier i perspektiv genom att göra jämförelser över ett brett spektrum av livsmiljöer, "sa medförfattaren Merryl Alber, en marinvetenskaplig professor vid University of Georgia och huvudutredare för GCE LTER-projektet.

Den samarbetsstudien syntetiserar resultaten av befintlig litteratur som undersöker olika typer av bepansring över en mängd olika mjuka sedimentekosystem. Forskarna använde dessa data för att utvärdera en ny konceptuell modell som de skapade under två LTER cross-site workshops.

Att avslöja luckor i kunskap

"Vår modell använder två enkla axlar:den miljömässiga inställningen av pansarstrukturen i termer av hydrodynamisk energi, som våg- och tidvattenregimer, och i vilken grad en struktur byggdes för att bromsa vattenrörelser eller faktiskt stoppa den från att ta sig igenom, Dugan förklarade. "Vi granskade sedan resultaten från ett brett spektrum av studier i litteraturen och använde den informationen för att utvärdera hur väl vår konceptuella modell kunde förutsäga de ekologiska effekterna av pansar."

Av de 88 studier som granskats av forskarna, majoriteten hade utförts i miljöer med mycket låg energi — huvudsakligen salta myrar och tidvattenbäckar men även mangrover — och ungefär en fjärdedel i medelenergisystem, som hamnar, flodmynningar och flodmynningar. Endast 15 procent fokuserade på högenergimiljöer – mestadels öppna kustsandstränder.

Över de sex kategorier av ekologiska reaktioner som undersökts, resultaten av befintlig litteratur fokuserade till stor del på förändringar i habitat och artfördelning, lämnar frågor om hur strandlinjebepansring påverkar andra viktiga ekologiska reaktioner som näringscykel, anslutning, produktivitet och trofisk struktur. Negativa effekter av strandlinjebepansring rapporterades i alla sex kategorier av ekologiska reaktioner.

"Vår granskning avslöjade inte bara stora kunskapsluckor utan lyfte också fram det faktum att befintlig information om ekologiska reaktioner på bepansring är ojämnt fördelad över mjuka sedimenthabitattyper och inte nödvändigtvis täcker intervallet av potentiella miljö- och pansarkontexter, " sa medförfattaren Kyle Emery, en före detta student vid University of Virginia som nu arbetar mot sin doktorsexamen vid UCSB. "Vårt arbete gör det tydligt att det verkligen finns utrymme för fler studier."

Nästa steg

Enligt Dugan, när havsnivån fortsätter att stiga, befintliga kustpansarstrukturer kommer sannolikt att uppleva större hydrodynamisk energi oavsett deras miljö. Detta, hon noterade, kommer att förstora ekologiska effekter i många miljöer.

Det visade sig att den konceptuella modellen totalt sett genererade användbara förutsägelser om riktningen och den relativa påverkan av olika typer av strandlinjebepansring över mjuka sedimentekosystem. "Att förstå hur dessa ekologiska reaktioner varierar med hydrodynamisk energi och deras effekt på vattenflödet kan hjälpa människor att designa och installera pansarstrukturer som kan ha mindre ekologisk påverkan, " sa Dugan. "Då, Menyn med alternativ skulle inte bara innehålla kostnaden för strukturen utan också en uppfattning om de ekologiska konsekvenserna av varje typ av struktur baserat på miljömiljön."

"Detta är ett av de första försöken att bedöma hur tekniska strukturer på stränder och andra sedimentära miljöer påverkar biotan som lever på dessa platser, sa David Garrison, en LTER-programdirektör vid National Science Foundation, som stödde forskningen. Med cirka 40 procent av landets mänskliga befolkning som bor i kustlän, Garrison noterade att studien verkligen är läglig.