【科學講堂】運用生物特性 建造「自然防波堤」
全球暖化帶來氣候變化，因此近日我們不時聽到酷熱天氣、超級颱風等極端天氣現象，以及強烈海嘯等極端海洋現象。面對強勁海浪，人類自然需要更有效的方法保護海岸。除了防波堤等人工建築外，是否可以運用大自然的結構或動植物來保護海岸？本文將分享一項近期研究，評估運用鹽沼保護海岸的成效。
整體而言，動植物可以減少波浪對海岸造成的侵蝕。沙丘、濕地植物、海草、牡蠣以至大型海藻，都能減緩水流和風速，並有助截留沉積物、改善土壤。長遠而言，這些生物能夠形成陸地、儲存溫室氣體，更可為其他生物提供棲息地。
這些「基於自然的解決方案」看似可取，但從工程角度來看，我們仍未完全確定這些自然屏障可以消減多少波浪與風的能量、能否應對極端情況；亦不清楚其效能會如何隨時間改變。
近日，有研究人員進行實驗，直接量度鹽沼消減波浪的效能。研究人員把3公噸至6公噸的植物和泥土移植到300米長的波浪水槽中，模擬鹽沼，再以強勁波浪衝擊。
結果發現，面對較小規模的風暴時，鹽沼能有效降低波浪高度：面對持續少於一小時、高度75厘米的波浪，鹽沼可令波浪高度降低17%；但面對2米高、持續25小時的模擬大浪，鹽沼只能令波浪高度降低1%。這項發現與其他針對沙丘和海草的實驗結果大致一致。
研究人員其後進一步建立統計模型，利用風暴持續時間和波浪高度計算植物消減波浪的能力。團隊繼而利用該模型評估全球情況及鹽沼消減波浪的效能。不過，這項研究只以薄冰草（Thinopyrum acutum）進行模擬，而該物種主要分布於歐洲，因而限制了研究成果在全球應用的可靠性。
薄冰草較矮小且彈性較大，與其他濕地植物相比，其消減波浪的能力相對較低，因此這項研究結果可視為較保守的估計。視乎植物高度、根莖直徑、彈性、葉片密度、冠層結構複雜度等因素，使用其他植物或能有效地降低波浪高度、減少侵蝕和水災。
防波效果取決於多種因素
要運用生物保護海岸，自然還有更多因素需要深入研究。在上述波浪水槽實驗中，研究人員發現表層泥土僅出現少量侵蝕，但這可能是因為實驗所用泥土顆粒較細、黏性較大。相比之下，其他類似研究發現海浪可對泥土造成較大衝擊，因此侵蝕程度可能更取決於泥土類型，而非植物品種。當然，海岸高度、形狀等因素，也會影響鹽沼消減波浪的成效。
善用自然的元素來對抗海浪，比建築防波堤壩這類人為建築的成本較低，而且更能夠為自然的生態系統提供居住環境。能夠更深入了解這種源於自然的方法如何可以更有效地抗衡波浪，對我們面對未來的天氣是一個很有用的策略。
●杜子航 教育工作者 早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。
