飓风哈维使德克萨斯州加尔维斯顿湾的酸度增加了一倍多威胁到牡蛎礁

大多数人将飓风与大风、强降雨和陆地上的快速洪水联系在一起。但这些风暴也会改变沿海水域的化学性质。这种变化不如陆地上的破坏那么明显，但它们可能对海洋生物和沿海海洋生态系统产生可怕的后果。

我们是研究海洋酸化影响的海洋学家，包括对牡蛎和珊瑚等生物的影响。在最近发表在《通信地球与环境》上的一项研究中，我们研究了2017年飓风哈维的雨水径流如何影响加尔维斯顿湾的水化学和海湾牡蛎礁的健康。我们想了解极端降雨和飓风径流如何影响海湾水域的酸化，以及这些变化可以持续多久。

我们的发现令人吃惊。飓风哈维在休斯顿大都会区产生了大量降雨，向加尔维斯顿湾输送了大量的淡水。结果，在风暴过后至少三周内，海湾的酸性是正常水平的两到四倍。

这使得海湾水具有腐蚀性，足以损坏河口的牡蛎壳。由于牡蛎的生长和恢复取决于许多因素，因此很难将特定变化与酸化联系起来。然而，酸化的加剧肯定会使被飓风哈维破坏的牡蛎礁更难恢复。虽然我们的研究集中在加尔维斯顿湾，但我们怀疑其他沿海地区也可能发生类似的过程。

大量的水

科学家预测，气候变化将使飓风更强大，并在未来几十年内增加它们产生的降雨量。由这些风暴径流引起的海洋化学变化正在对许多海洋生态系统构成越来越大的威胁，尤其是由牡蛎和珊瑚建造的沿海珊瑚礁。

像加尔维斯顿湾这样的沿海河口，河流与大海交汇，是世界上生产力最高的生态系统之一。加尔维斯顿湾是德克萨斯州海岸最大的海湾，也是美国最大的海湾之一;它占地约600平方英里，大约是罗德岛的一半。其广阔的牡蛎礁提供了全国牡蛎产量的9%左右。

飓风哈维是美国历史上最潮湿的热带气旋，于4年26月2017日在德克萨斯州海岸登陆，成为<>级飓风。哈维在海岸停留了四天，坐在陆地和海洋上。

与温暖的墨西哥湾水域保持接触为风暴提供了能量和降雨，使其能够持续存在并将极端数量的降雨直接降到休斯顿及周边地区-四天内高达50英寸。所有的雨水和洪水都必须流向某个地方，其中大部分流入加尔维斯顿湾。

气候变化和海洋酸化

我们研究的海洋酸化问题是与气候变化有关的众所周知的影响。人类活动，主要是燃烧化石燃料，向大气中排放二氧化碳。海洋吸收了大约三分之一的排放物，这改变了海洋化学成分，使海水更加酸性。

酸化会损害多种形式的海洋生物。对于用碳酸钙建造贝壳和骨骼的动物来说，尤其是牡蛎和珊瑚。随着海水变得更加酸性，它使这些结构更难建造，更容易被侵蚀。

牡蛎在生长过程中融合在一起，形成巨大的岩石状水下珊瑚礁，保护海岸线免受海浪侵蚀。这些珊瑚礁为藤壶、海葵和贻贝等其他生物提供了栖息地，而藤壶、海葵和贻贝又是许多鱼类的食物来源。

大气中不断上升的CO₂水平正在使全世界的海洋酸化。正如我们的研究表明，热带气旋等局部事件会增加全球酸化。

飓风哈维之后发生前所未有的酸化的主要原因是进入加尔维斯顿湾的降雨量和径流过多。为了帮助管理休斯顿地区的大规模洪水，该市在哈维之后的两个多月里从水库中释放了大量水。这些释放延长了雨水进入加尔维斯顿湾的时间并增加了其酸度。

科学家使用pH值来测量水的酸性或碱性(碱性)程度。pH值为7为中性;较高的值是碱性的，较低的值是酸性的。pH值是对数的，因此减少一个完整单位(例如，从8到7)表示酸度增加十倍。

雨水比河水或海水更酸性，后者从土壤中吸收略微碱性的矿物质，可以平衡大气中吸收的二氧化碳。雨水的pH值约为5.6，而河流的pH值在6.5至8.2之间，海水的pH值约为8.1。

加尔维斯顿湾包含来自河流的淡水和来自墨西哥湾的咸海水的混合物，墨西哥湾是牡蛎的首选栖息地。我们在哈维两周后在海湾收集了水样，发现海湾几乎完全由河水和风暴雨水组成。

由于雨水，河水和海水都有不同的化学成分，我们能够计算出雨水占海湾水量的近50%。这意味着来自哈维的酸性雨水在风暴过后取代了海湾内的基本海水。海湾水的平均pH值从8下降到7.6，酸度增加了2.5倍。一些区域的pH值甚至低至7.4，是正常水平的四倍。

这种极端的酸化持续了三个多星期。海湾水域不仅对更敏感的幼虫和幼牡蛎壳具有腐蚀性，而且对成年牡蛎壳也具有腐蚀性。科学家曾预测，二氧化碳的增加可能导致这种规模的沿海酸化，但预计要到2100年左右才会出现。

来自哈维的淡水也导致海湾牡蛎严重死亡，因为牡蛎需要略咸的水才能生存。哈维在牡蛎产卵季节中期罢工，酸化可能使幼牡蛎更难形成新的贝壳，从而减缓了珊瑚礁的恢复。德克萨斯州公园和野生动物部门的官员告诉我们，四年后的2021年底，加尔维斯顿湾的一些牡蛎礁仍然显示出非常低的新牡蛎添加量。

其他面临风险的沿海地区

只有少数研究，包括我们的研究，分析了热带气旋如何影响沿海酸化。然而，在我们看来，其他风暴极有可能造成了我们在哈维之后检测到的那种极端酸化。

我们回顾了自10年以来美国最潮湿的1900个热带气旋，发现包括哈维在内的<>个热带气旋在海湾或河口生态系统的沿海地区造成了大量降雨和洪水。其他风暴没有哈维产生的降雨量那么多，但一些受影响的海湾比加尔维斯顿湾小得多，因此需要更少的降雨来取代海湾中的海水，并导致与哈维产生的酸化程度相似。

我们认为这可能已经发生在遭受飓风袭击的其他地方，但由于科学家无法测量风暴前后的酸化，因此没有记录下来。随着气候变化继续使热带气旋更大、更潮湿，我们认为风暴引起的酸化是对沿海生态系统的重大威胁。