Islandské řeky modelují korálové útesy

Sopečné ostrovy, jako jsou Havajské ostrovy a ostrovy v Karibiku, obklopují korálové útesy, které tvoří labyrintický, živý kruh. Tyto útesy jsou protkány průchody – širokými kanály, které prořezávají korály a slouží jako cesty pro mořskou vodu a živiny. Tyto vodní cesty zajišťují cirkulaci v útesu a pomáhají udržovat zdraví korálů proplachováním sladké vody a transportem klíčových živin.

Vědci z MIT nyní zjistili, že tyto útesové průchody jsou tvarovány říčními systémy ostrovů. Ve studii publikované v časopise Geophysical Research Letters tým ukazuje, že poloha útesových průchodů podél korálových útesů souvisí s tím, kde řeky ústí do moře.

Zjištění poskytují první kvantitativní důkaz o tom, že řeky formují útesové průchody. Vědci a průzkumníci spekulovali, že by tomu tak mohlo být: Tam, kde se řeka na sopečném ostrově setká s pobřežím, sladká voda a sediment, které nese, proudí směrem k útesu, kde dostatečně silný proud může prorazit okolní korál. Tato myšlenka byla čas od času navrhována, ale až doposud nebyla kvantitativně testována.

„Výsledky této studie nám pomáhají porozumět tomu, jak zdraví korálových útesů závisí na ostrovech, které je obklopují,“ říká autorka studie Taylor Perronová, profesorka geofyziky na MIT.

„Mnoho diskusí o řekách a jejich vlivu na útesy v dnešní době je negativních kvůli lidskému vlivu a důsledkům zemědělských praktik,“ dodává hlavní autorka Megan Gillenová, absolventka MIT-WHOI Joint Program in Oceanography. „Tato studie ukazuje potenciální dlouhodobé přínosy, které mohou řeky mít pro útesy, což doufám změní paradigma a zvýrazní přirozený stav interakce řek s útesy.“

Dalším spoluautorem studie je Andrew Ashton z Woods Hole Oceanographic Institution.

Výzkum na Společenských ostrovech

Nová studie je založena na analýze Společenských ostrovů, řetězce ostrovů v jižním Pacifiku, kam patří Tahiti a Bora Bora. Gillenová, která se k programu MIT-WHOI připojila v roce 2020, se zajímala o prozkoumání souvislostí mezi korálovými útesy a ostrovy, které je obklopují. S omezenými možnostmi terénní práce během pandemie Covid-19 se s Perronovou zaměřily na to, co se mohou dozvědět ze satelitních snímků a map ostrovní topografie. Pomocí Google Earth se zaměřily na Společenské ostrovy pro jejich jedinečně viditelné útesové a ostrovní útvary.

„Ostrovy v tomto řetězci mají tyto ikonické, krásné útesy a neustále jsme si všímaly těchto útesových průchodů, které se zdály být zarovnány s hluboce zapuštěnými částmi pobřeží,“ říká Gillenová. „Začali jsme si klást otázku, zda zde existuje korelace?“

Z pohledu shora se korálové útesy, které obklopují některé ostrovy, zdají mít zářezy, jako trhliny, které probíhají přímo skrz kruh. Tyto zlomy v korálech jsou útesové průchody – velké kanály, které sahají do hloubky desítek metrů a mohou být dostatečně široké na to, aby jimi propluly některé lodě. Gillenová si na první pohled všimla, že nejzřetelnější útesové průchody se zdály být zarovnány se zaplavenými říčními údolími – prohlubněmi na pobřeží, které časem erodovaly říčními systémy ostrovů proudícími směrem k oceánu. Zajímalo ji, zda a do jaké míry by ostrovní řeky mohly tvarovat útesové průchody.

„Lidé zkoumali tok přes útesové průchody, aby pochopili, jak oceánské vlny a mořská voda cirkulují dovnitř a ven z lagun, ale nebyly zde žádné tvrzení o tom, jak se tyto průchody tvoří,“ říká Gillenová. „Vznik útesových průchodů byl v literatuře zmiňován jen zřídka a lidé to nezkoumali do hloubky.“

Detailní analýza topografie

Aby získaly detailní pohled na topografii v okolí Společenských ostrovů, tým použil data z NASA Shuttle Radar Topography Mission – dva radarové antény, které v roce 1999 letěly na palubě raketoplánu a měřily topografii na 80 procentech zemského povrchu.

Vědci použili topografická data mise na Společenských ostrovech k vytvoření mapy každé odvodňovací oblasti podél pobřeží každého ostrova, aby získali představu o tom, kde hlavní řeky tečou nebo kdysi tekly. Označili také polohu každého útesového průchodu v okolních korálových útesech. Poté v podstatě „rozvinuli“ každé pobřeží ostrova a útes do přímky a porovnali polohu povodí s polohou útesových průchodů.

„Při pohledu na rozvinutá pobřeží nacházíme významnou korelaci v prostorovém vztahu mezi těmito velkými říčními povodími a místem, kde se průchody zarovnávají,“ říká Gillenová. „Takže můžeme říci, že statisticky se zarovnání útesových průchodů a velkých řek nezdá být náhodné. Velké řeky hrají roli při formování průchodů.“

Pokud jde o to, jak řeky tvarují korálové průchody, má tým dvě teorie, které nazývají erozí útesu a zarůstáním útesu. Při erozi útesu navrhují, že se mohou útesové průchody tvořit v dobách, kdy je hladina moře relativně nízká, takže útes je vystaven nad hladinou moře a řeka může téct přímo přes útes. Voda a sediment unášený řekou pak mohou erodovat korál a postupně vytesávat cestu skrz útes.

Když je hladina moře relativně vyšší, tým se domnívá, že se může útesový průchod stále tvořit prostřednictvím zarůstání útesu. Korálové útesy přirozeně žijí blízko hladiny vody, kde je světlo a možnost fotosyntézy. Když hladina moře stoupá, korály přirozeně rostou směrem nahoru a dovnitř k ostrovu, aby se „dohonily“ s vodní hladinou.

„Útesy migrují směrem k ostrovům, jak hladina moře stoupá, a snaží se držet krok se změnou průměrné hladiny moře,“ říká Gillenová.

Část zarůstajícího útesu se však může ocitnout ve starých říčních korytech, která byla dříve vytesána velkými řekami a která jsou níže než zbytek ostrovního pobřeží. Korály v těchto říčních korytech skončí hlouběji, než kam může pronikat světlo do vodního sloupce, a nevyhnutelně se utopí, čímž zanechávají mezeru ve formě útesového průchodu.

„Nemyslíme si, že je to situace buď-anebo,“ říká Gillenová. „Erozí útesu dochází, když hladina moře klesá, a zarůstání útesu nastává, když hladina moře stoupá. Oba mechanismy, které probíhají v průběhu desítek cyklů vzestupu a poklesu hladiny moře a vývoje ostrova, jsou pravděpodobně zodpovědné za tvorbu a údržbu útesových průchodů v čase.“

Tým se také zaměřil na to, zda existují rozdíly v útesových průchodech na starších versus mladších ostrovech. Zpozorovali, že mladší ostrovy byly obklopeny větším množstvím útesových průchodů, které byly rozmístěny blíže k sobě, zatímco starší ostrovy měly méně útesových průchodů, které byly dále od sebe.

Jak ostrovy stárnou, propadají se do oceánu, což snižuje množství pevniny, která odvádí dešťovou vodu do řek. Nakonec jsou řeky příliš slabé na to, aby udržely útesové průchody otevřené, v takovém případě pravděpodobně převládne oceán a příchozí vlny by mohly některé průchody uzavřít.

Gillenová zkoumá nápady, jak lze řeky nebo tok podobný řece technicky navrhnout tak, aby se vytvořily cesty skrz korálové útesy takovým způsobem, který by podpořil cirkulaci a prospěl zdraví útesů.

„Část mě se ptá: Pokud byste měli trvalejší tok na místech, kde přirozeně nemáte interakci řek s útesem, mohlo by to být potenciálně způsob, jak zvýšit zdraví tím, že se tato říční složka znovu začlení do útesového systému?“ říká Gillenová. „To je něco, o čem přemýšlíme.“

Tento výzkum byl částečně podpořen stipendii WHOI Watson a Von Damm.