La Terra té moltes cares i totes estan sempre canviant. El cicle geològic de la formació de la roca, l'elevació, l'erosió, la sedimentació i la deposició de roca nova van més enllà del lapse de temps d'una vida humana, però l'evidència hi és a tot arreu, des de les escales més petites de la meteorització fins les escales globals de les dorsals oceàniques. Els estuaris són un element important en aquest cicle, ja que gran part dels sediments trobats al fons de l'oceà es deriven del sòl i arriben al mar pels rius i els seus estuaris.

Des del punt de vista del cicle geològic de la formació i de l'erosió de la roca no hi ha cap dubte que el material terrígen derivat dels rius arriba al mar. La qüestió es torna més intrigant quan considerem el procés en detall. De quina manera els sediments arriben a l'oceà ? És cert que l'aigua del riu arriba al mar sense dificultat, però l'aigua dolça és menys densa que l'aigua de mar i flueix de la capçalera a la desembocadura de l'estuari a la capa superior de la circulació. El sediment és més dens que l'aigua dolça i l'aigua de mar i tendeix a enfonsar-se fins al fons. Si s'ha de moure ha de ser mantingut en suspensió. Al riu això passa a través de la turbulència, que aixeca els sediments del fons en onades turbulentes permetent que es mogui pel fons a certa distància abans que la turbulència decaigui i el sediment es depositi de nou. Les partícules més petites estaran gairebé sempre en suspensió, donant al riu el seu distintiu aspecte tèrbol.

La situació és molt diferent quant el sediment entra a l'estuari. El cabal del riu està en oposició a la marea i el corrent de marea es fa càrrec de la funció de generació de turbulència. Llavors apareix un curt període de temps entre la pujada i la baixada de la marea en que el flux arriba al repòs i la turbulència està en un mínim. Això proporciona a les partícules dels sediments més pesades l'oportunitat d'assentar-se al fons. A mesura que el corrent de marea augmenta de nou les partícules s'incorporen de nou a la columna d'aigua. Però, a diferència de l'aigua del riu, que continua fluint a través de l'estuari a la capa superior, les partícules es troben ara a la capa inferior de la circulació de l'estuari on el moviment promig de l'aigua va de l'oceà cap a la capçalera. Una gran part dels sediments mai arriba al mar, sinó que s'acumula a l'estuari.

Si aquesta anàlisi és correcte, la regió on el sediment s'acumula és a prop del lloc on el riu entra a l'estuari i on la circulació canvia d'un flux d'una sola capa a un flux de dues capes, és a dir, immediatament després de la capçalera de l'estuari. La figura 17.1 mostra les observacions de la ria Rappahanock, un dels sub-estuaris de la Badia de Chesapeake a la costa atlàntica dels EUA. Mostren una acumulació de material en suspensió a prop del fons de l'estuari immediatament aigües avall de l'entrada d'aigua dolça, on la salinitat està en l'interval de 2 fins 10. Aquesta és la típica situació de tots els estuaris amb aportació d'aigua dolça. En l'exemple de la ria Rappahanock l'acumulació de sediments es produeix a més de 60 km aigües amunt. A altres estuaris pot ocórrer prop de la boca de l'estuari, però la seva ubicació coincideix sempre amb les salinitats més baixes (en el rang de 0 - 15).

Donat que el sediment es manté en suspensió a causa de la turbulència, la seva concentració a la columna d'aigua varia fortament amb la marea. La figura 17.2 dóna un exemple de la desembocadura del riu Tamar, al sud d'Anglaterra. Les observacions van ser preses a uns 25 km aigües amunt de la desembocadura de l'estuari, on la salinitat varia d'aigua dolça durant la marea baixa a una salinitat de 11 durant la marea alta. La taxa de descàrrega del riu al mateix temps va ser de 3.5 m³ s^-1 i l'amplitud de la marea de 3.9 m amb una profunditat mitjana de l'aigua d'uns 3 m. Això fa l'estuari Tamar poc estratificat, acostant-se a un estuari verticalment barrejat.

Les observacions mostren clarament una marea creixent més curta i una marea decreixent més llarga, i en associació amb això corrents més forts durant la plenamar. La concentració de sediments en suspensió és molt baixa durant la plenamar i relativament baixa a la baixamar, però augmenta ràpidament a mesura que augmenta la velocitat del corrent. No tota la variabilitat de la concentració de sediments és el resultat de l'assentament local i resuspensió, és possible que la regió d'acumulació de sediments aigües amunt estigui empentada més enllà del punt d'observació a mesura que la salinitat augmenta més enllà d'11. Tingueu en compte però, que la concentració màxima de sediments, és lleugerament superior en el reflux que durant la marea alta. Això suggereix que no tot el sediment torna al punt d'observació amb la marea alta, una petita fracció sembla ser capaç d'avançar cap a la boca de l'estuari.

L'important paper del corrent de marea per a mantenir el sediment en suspensió es veu a la figura 17.3 on es mostren les observacions del riu Tamar preses durant 8 dies cada 5 minuts a 0.25 m per sobre del fons. La concentració màxima dels sediments varia de la marea morta a la marea viva en un ordre de magnitud.

El panell de la dreta de la figura 17.3 mostra la variació de la concentració de material en suspesió amitjanada en el temps en funció de l'amplitud de la marea. Hi ha una clara diferència en la relació entre la situació que s'observa quan l'amplitud de les marees mortes creix a partir de la marea viva (punts en blau) i la situació on el rang de marea disminueix de la marea viva a morta (punts en vermell). Els febles corrents mareals durant la marea morta permeten que una gran part dels sediments es dipositi al fons. A mesura que l'amplitud de la marea creix cada vegada més els sediments dipositats es van resuspenent. L'aixecament continuu del sediment requereix una velocitat superior per a mantenir-lo en suspensió, de manera que l'augment de la concentració d'una marea a la següent és lent. Quan la marea viva s'assoleix i l'amplitud de la marea comença a disminuir, molt sediment es troba encara gairabé en suspensió permanent i la concentració disminueix molt lentament. Com a resultat, la concentració de sediments és més gran per a la mateixa amplitud de la marea durant el període de marea viva a marea morta (punts vermells) que durant el període comprès entre marea morta a marea viva (punts blaus).

Per descomptat, la taxa de descàrrega dels rius també té una gran influència en la quantitat de sediment que es manté en suspensió a qualsevol lloc. La figura 17.4 mostra les observacions de la desembocadura del riu Weser a Alemanya. El cabal de descàrrega del riu Weser és molt variable al llarg d'un any, però un valor típic del transport és vora els 200 m³ s^-1. L'amplitud mitjana de la marea és de 3.8 metres i la profunditat mitjana de l'aigua està dins del rang de 9 a 15 m. Donada que la taxa de descàrrega del riu és alta, l'acumulació de sediments es produeix en una "regió de terbolesa" prop del mar. Aigües amunt i aigües avall de la regió de terbolesa la concentració de matèria suspesa no excedeix de 0.05 kg m^-3. A la regió de terbolesa ens trobem amb la situació que ja s'ha vist als estuaris Rappahanock i Tamar, altes concentracions de material en suspensió a la capa inferior i una salinitat de 2 a 5.

Un efecte de la descàrrega variable del riu és que la regió de la terbolesa es mou amunt i avall de la desembocadura en resposta a una disminució o augment del cabal del riu. Si s'efectua la mesura en una ubicació fixa en la localització mitjana de la regió de terbolesa durant diversos anys, les dades revelaran així la dinàmica del moviment dels sediments en una àmplia gamma de condicions. Les observacions que es mostren en la figura 17.5 de la desembocadura del riu Weser es van fer amb una freqüència de mostreig de 10 minuts a 1 m per sobre del fons. El corrent de marea a la zona arriba aproximadament 0.5 m s^-1 durant la marea alta i una mica menys durant la baixamar, i aquest règim actual no canvia significativament al llarg d'una àmplia gamma de velocitats de descàrrega del riu.

La figura mostra quatre situacions. El primer exemple representa una inundació del riu. La velocitat de descàrrega és més de cinc vegades la mitjana, i la regió de terbolesa és veu empèntada aigües avall. La salinitat no supera els 2.5 en tot moment, i la concentració de sediments mostra poca variació en el temps. Els valors de concentració baixos són indicatius de la càrrega de sediments transportada pel riu abans d'entrar a la zona estuarina.

El segon exemple mostra la situació quan la meitat de la velocitat de descàrrega va prevaldre durant la situació de les inundacions (que continua sent gairebé tres vegades la taxa mitjana de descàrrega). La salinitat ara varia aproximadament entre menys d'1 i 8 amb una funció de temps clarament en punta, que indica que l'estació d'observació es troba a l'entorn fluvial la major part del temps. Això queda recolzat per la baixa concentració de sediments durant la major part del temps. L'augment de la salinitat indica l'arribada de la regió de terbolesa amb la marea alta, que es veu clarament en els breus períodes de concentració molt alta dels sediments.

La situació de les condicions de descàrrega mitjana es veu en el tercer exemple. La salinitat ara varia de manera molt regular entre 2 i 10. La concentració de sediments varia amb la marea. La diferència de les concentracions màximes, entre aquesta situació i l'exemple anterior i el següent, és més probable a causa de les diferents fases del cicle vives-mortes que, com hem vist, influeix en els nivells de concentració.

L'últim exemple mostra la situació durant els períodes de descàrrega dels rius inusualment baixa. La regió de terbolesa s'ha mogut més amunt dins l'estuari, i l'estació es troba ara en plena condició estuarina per tot arreu, amb salinitats que oscil·len entre 7 i 16. La concentració de sediments segueix sent baixa, però varia amb les marees i mostra un fort augment durant la marea baixa, que indica que la regió de terbolesa tot just arriba a la ubicació dels mesuraments.

L'acumulació de grans quantitats de sediments en una secció de 20 km de llarg d'un estuari pot causar un problema important per al transport, si els vaixells oceànics han d'arribar als ports riu amunt. L'antic port important al riu Weser, el de Bremen, està situat a 60 km aigües amunt de la regió de terbolesa. Per a mantenir l'accés per alta mar dels vaixells, l'autoritat portuària al port de Bremen ha d'operar un programa de dragatge continu.

De quina manera els sediments acaben per abandonar l'estuari ? El factor clau és el cabal dels rius. Alts cabals de riu empenyen la regió de terbolesa aigües avall, i el major nivell de turbulència associada amb l'increment del cabal mitjà ja manté el sediment en suspensió. Això permet que el sediment es propagui a través de la regió de terbolesa sense ser atrapat. La figura 17.6 mostra els resultats d'un model de simulació numèrica del moviment de les partícules a través de l'estuari del riu Weser per diferents taxes de descàrrega. En condicions de taxes de descàrrega entre baixes i mitjanes les partícules s'aproximen a la regió de terbolesa, però després es queden allà durant setmanes, anant i venint amb la marea. Sota condicions d'inundació del riu les partícules travessen l'estuari en uns pocs cicles de marees.

El resultat del model mostra la importància dels esdeveniments d'inundació per al rentat dels sediments dels estuaris. En moltes regions les inundacions del riu són un esdeveniment anual, de manera que els estuaris són alliberats de gran part de la seva càrrega de sediments un cop l'any. Els estuaris amb tap salí, per exemple, acumulen els sediments i matèria orgànica aigües amunt del tap de sal, i aquest material no pot sortir de l'estuari, mentre que el tap existeixi. A mesura que les pluges monsòniques s'estableixen, augmenten les descàrreges dels rius i el tap de sal desapareix, permetent que el sediment acumulat pugui ser abocat al mar.

Les inundacions dels rius no sempre són benignes i poden causar estralls a les zones baixes dels rius si l'abocament d'aigües residuals es produeix en poc temps. Les autoritats governamentals sovint tracten de contenir les taxes de descàrrega dins de límits estrets mitjançant l'emmagatzematge d'aigües d'inundació a les conques de contenció darrera dels embassaments o llacs artificials i deixant anar l'aigua durant períodes de cabal del riu baix. Això es fa a costa de reduir la capacitat de l'estuari de bolcar la seva càrrega de sediments acumulats i pot resultar en la necessitat del dragatge més freqüent si s'ha de mantenir un canal de navegació dins l'estuari.