大多數(shù)人將颶風(fēng)與大風(fēng)、強(qiáng)降雨和陸地上的快速洪水聯(lián)系在一起。但這些風(fēng)暴也會(huì)改變沿海水域的化學(xué)性質(zhì)。這種變化不如陸地上的破壞那么明顯，但它們可能對(duì)海洋生物和沿海海洋生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生可怕的后果。

我們是研究海洋酸化影響的海洋學(xué)家，包括對(duì)牡蠣和珊瑚等生物的影響。在最近發(fā)表在《通信地球與環(huán)境》上的一項(xiàng)研究中，我們研究了2017年颶風(fēng)哈維的雨水徑流如何影響加爾維斯頓灣的水化學(xué)和海灣牡蠣礁的健康。我們想了解極端降雨和颶風(fēng)徑流如何影響海灣水域的酸化，以及這些變化可以持續(xù)多久。

我們的發(fā)現(xiàn)令人吃驚。颶風(fēng)哈維在休斯頓大都會(huì)區(qū)產(chǎn)生了大量降雨，向加爾維斯頓灣輸送了大量的淡水。結(jié)果，在風(fēng)暴過(guò)后至少三周內(nèi)，海灣的酸性是正常水平的兩到四倍。

這使得海灣水具有腐蝕性，足以損壞河口的牡蠣殼。由于牡蠣的生長(zhǎng)和恢復(fù)取決于許多因素，因此很難將特定變化與酸化聯(lián)系起來(lái)。然而，酸化的加劇肯定會(huì)使被颶風(fēng)哈維破壞的牡蠣礁更難恢復(fù)。雖然我們的研究集中在加爾維斯頓灣，但我們懷疑其他沿海地區(qū)也可能發(fā)生類(lèi)似的過(guò)程。

大量的水

科學(xué)家預(yù)測(cè)，氣候變化將使颶風(fēng)更強(qiáng)大，并在未來(lái)幾十年內(nèi)增加它們產(chǎn)生的降雨量。由這些風(fēng)暴徑流引起的海洋化學(xué)變化正在對(duì)許多海洋生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成越來(lái)越大的威脅，尤其是由牡蠣和珊瑚建造的沿海珊瑚礁。

像加爾維斯頓灣這樣的沿海河口，河流與大海交匯，是世界上生產(chǎn)力最高的生態(tài)系統(tǒng)之一。加爾維斯頓灣是德克薩斯州海岸最大的海灣，也是美國(guó)最大的海灣之一;它占地約600平方英里，大約是羅德島的一半。其廣闊的牡蠣礁提供了全國(guó)牡蠣產(chǎn)量的9%左右。

颶風(fēng)哈維是美國(guó)歷史上最潮濕的熱帶氣旋，于4年26月2017日在德克薩斯州海岸登陸，成為<>級(jí)颶風(fēng)。哈維在海岸停留了四天，坐在陸地和海洋上。

與溫暖的墨西哥灣水域保持接觸為風(fēng)暴提供了能量和降雨，使其能夠持續(xù)存在并將極端數(shù)量的降雨直接降到休斯頓及周邊地區(qū) - 四天內(nèi)高達(dá)50英寸。所有的雨水和洪水都必須流向某個(gè)地方，其中大部分流入加爾維斯頓灣。

氣候變化和海洋酸化

我們研究的海洋酸化問(wèn)題是與氣候變化有關(guān)的眾所周知的影響。人類(lèi)活動(dòng)，主要是燃燒化石燃料，向大氣中排放二氧化碳。海洋吸收了大約三分之一的排放物，這改變了海洋化學(xué)成分，使海水更加酸性。

酸化會(huì)損害多種形式的海洋生物。對(duì)于用碳酸鈣建造貝殼和骨骼的動(dòng)物來(lái)說(shuō)，尤其是牡蠣和珊瑚。隨著海水變得更加酸性，它使這些結(jié)構(gòu)更難建造，更容易被侵蝕。

牡蠣在生長(zhǎng)過(guò)程中融合在一起，形成巨大的巖石狀水下珊瑚礁，保護(hù)海岸線免受海浪侵蝕。這些珊瑚礁為藤壺、?？唾O貝等其他生物提供了棲息地，而藤壺、?？唾O貝又是許多魚(yú)類(lèi)的食物來(lái)源。

大氣中不斷上升的 CO? 水平正在使全世界的海洋酸化。正如我們的研究表明，熱帶氣旋等局部事件會(huì)增加全球酸化。

來(lái)自哈維的雨水導(dǎo)致沿海極度酸化

颶風(fēng)哈維之后發(fā)生前所未有的酸化的主要原因是進(jìn)入加爾維斯頓灣的降雨量和徑流過(guò)多。為了幫助管理休斯頓地區(qū)的大規(guī)模洪水，該市在哈維之后的兩個(gè)多月里從水庫(kù)中釋放了大量水。這些釋放延長(zhǎng)了雨水進(jìn)入加爾維斯頓灣的時(shí)間并增加了其酸度。

科學(xué)家使用pH值來(lái)測(cè)量水的酸性或堿性(堿性)程度。pH 值為 7 為中性;較高的值是堿性的，較低的值是酸性的。pH值是對(duì)數(shù)的，因此減少一個(gè)完整單位(例如，從8到7)表示酸度增加十倍。

雨水比河水或海水更酸性，后者從土壤中吸收略微堿性的礦物質(zhì)，可以平衡大氣中吸收的二氧化碳。雨水的pH值約為5.6，而河流的pH值在6.5至8.2之間，海水的pH值約為8.1。

加爾維斯頓灣包含來(lái)自河流的淡水和來(lái)自墨西哥灣的咸海水的混合物，墨西哥灣是牡蠣的首選棲息地。我們?cè)诠S兩周后在海灣收集了水樣，發(fā)現(xiàn)海灣幾乎完全由河水和風(fēng)暴雨水組成。

由于雨水，河水和海水都有不同的化學(xué)成分，我們能夠計(jì)算出雨水占海灣水量的近50%。這意味著來(lái)自哈維的酸性雨水在風(fēng)暴過(guò)后取代了海灣內(nèi)的基本海水。海灣水的平均pH值從8下降到7.6，酸度增加了2.5倍。一些區(qū)域的pH值甚至低至7.4，是正常水平的四倍。

這種極端的酸化持續(xù)了三個(gè)多星期。海灣水域不僅對(duì)更敏感的幼蟲(chóng)和幼牡蠣殼具有腐蝕性，而且對(duì)成年牡蠣殼也具有腐蝕性?？茖W(xué)家曾預(yù)測(cè)，二氧化碳的增加可能導(dǎo)致這種規(guī)模的沿海酸化，但預(yù)計(jì)要到 2100 年左右才會(huì)出現(xiàn)。

來(lái)自哈維的淡水也導(dǎo)致海灣牡蠣嚴(yán)重死亡，因?yàn)槟迪犘枰韵痰乃拍苌?。哈維在牡蠣產(chǎn)卵季節(jié)中期罷工，酸化可能使幼牡蠣更難形成新的貝殼，從而減緩了珊瑚礁的恢復(fù)。德克薩斯州公園和野生動(dòng)物部門(mén)的官員告訴我們，四年后的 2021 年底，加爾維斯頓灣的一些牡蠣礁仍然顯示出非常低的新牡蠣添加量。

其他面臨風(fēng)險(xiǎn)的沿海地區(qū)

只有少數(shù)研究，包括我們的研究，分析了熱帶氣旋如何影響沿海酸化。然而，在我們看來(lái)，其他風(fēng)暴極有可能造成了我們?cè)诠S之后檢測(cè)到的那種極端酸化。

我們回顧了自10年以來(lái)美國(guó)最潮濕的1900個(gè)熱帶氣旋，發(fā)現(xiàn)包括哈維在內(nèi)的<>個(gè)熱帶氣旋在海灣或河口生態(tài)系統(tǒng)的沿海地區(qū)造成了大量降雨和洪水。其他風(fēng)暴沒(méi)有哈維產(chǎn)生的降雨量那么多，但一些受影響的海灣比加爾維斯頓灣小得多，因此需要更少的降雨來(lái)取代海灣中的海水，并導(dǎo)致與哈維產(chǎn)生的酸化程度相似。

我們認(rèn)為這可能已經(jīng)發(fā)生在遭受颶風(fēng)襲擊的其他地方，但由于科學(xué)家無(wú)法測(cè)量風(fēng)暴前后的酸化，因此沒(méi)有記錄下來(lái)。隨著氣候變化繼續(xù)使熱帶氣旋更大、更潮濕，我們認(rèn)為風(fēng)暴引起的酸化是對(duì)沿海生態(tài)系統(tǒng)的重大威脅。

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