大多数人对海草的体验（如果有的话），不过是在浅海岸水域涉水时，海草轻轻擦过脚踝。但事实证明，这些遍布全球、种类繁多的植物，在海岸面临海平面上升冲击时，可能发挥保护易受侵蚀海岸的关键作用。
一项新研究首次通过实验和数学建模，量化了在特定地理、气候和海洋条件下，连续成片的海草床必须达到多大规模和多高密度，才能充分减弱波浪。
在两份研究论文中，论文刊登于两本研究期刊的五月刊，《海岸工程》和《流体与结构期刊》麻省理工学院土木与环境工程教授海蒂·内普夫和博士生雷嘉瑞介绍了他们的发现，以及海草带来的显著环境效益。这些效益不仅包括防止海滩侵蚀、保护海堤及其他结构，还包括改善水质和封存碳，以帮助限制未来的气候变化。
正如早期研究所示，这些效益加上较为人熟知的服务（例如为鱼类提供栖息地、为其他海洋生物提供食物），意味着包括海草在内的水下水生植物每年在全球创造的总价值超过4万亿美元。然而，如今一些重要的海草区域，例如切萨皮克湾，海草覆盖面积仅约为历史水平的一半（已从最低时仅为2%的水平回升），因此这些宝贵服务的可获得性受到限制。
内普夫和雷嘉瑞用不同硬度的材料制作海草仿真模型，重现海草植物典型的长而柔韧的叶片和坚硬得多的基部，例如大叶藻，也称普通鳗草。他们在麻省理工学院帕森斯实验室一座长79英尺（24米）的波浪水槽中，布置了一片类似海草床的仿真植物群落。该水槽能够模拟自然波浪和水流条件。他们让这片仿真海草床经历多种状况，包括静水、强水流，以及类似波浪的来回荡漾。实验结果验证了此前利用单株植物计算机模型作出的预测。
研究人员利用物理模型和数值模型，分析了在植物密度、叶片长度和水体运动等多种条件下，海草与波浪如何相互作用。研究说明，植物的运动如何随叶片硬度、波浪周期和波幅而变化，从而更精确地预测波浪经过海草床时的衰减情况。研究人员表示，虽然其他研究也对其中一些条件进行过建模，但这项新研究更忠实地再现了现实条件，并提供了更贴近实际的平台，用于检验海草恢复方案，或优化这类水下海草床有益效应的设想。
为检验模型的有效性，研究团队随后将模型预测的海草对波浪的影响，与地中海西班牙马略卡岛近海一片特定海草床的情况进行比较。据悉，这片海草床平均能将入射波浪的作用力减弱约50%。雷嘉瑞使用了爱德华多·因凡特斯教授（现任教于哥德堡大学）此前主持的一项研究所收集的海草床形态和波浪速度测量数据，证实了模型的预测。该模型分析了波浪经过时，草叶尖端和悬浮在水中的颗粒如何都倾向于沿圆形轨迹运动，形成称为轨道运动的环形路径。
雷嘉瑞表示，当地观测结果与预测非常吻合：从海草床边缘到内部，波浪强度和海草运动随距离变化的情况都符合模型。因此，他说：“借助这个模型，工程师和实践者可以评估海草恢复项目的不同方案，这在当下意义重大。”他说，这可能带来显著影响，因为目前一些恢复项目被认为成本过高、难以实施，而更好的分析或许能表明，恢复面积较小、成本较低的项目也可能达到所需的防护水平。在其他地区，分析也可能表明某个项目根本不值得实施，因为当地波浪或水流的特征会限制海草的效果。
内普夫表示，他们研究的马略卡岛海草床非常茂密且分布均匀，因此未来的一项工作是将比较范围扩展到其他海草区域，包括植被分布更零散或密度较低的区域，以证明该模型确实能适用于多种条件。
海草通过减弱波浪来防护侵蚀，同时还能将细小沉积物截留在海床上。这可以显著减少甚至阻止藻类因细小沉积物所含养分而失控繁殖；藻类过度繁殖又会导致氧气耗竭，进而杀死大量海洋生物。这一过程称为富营养化。
内普夫表示，海草还具有显著的碳封存潜力，既能通过自身生物量封存碳，也能过滤周围水体中的细小有机物；这也是她和雷嘉瑞正在进行的研究重点。据雷嘉瑞介绍，一英亩海草能够储存的碳约为一英亩雨林的三倍。初步计算表明，尽管海草床仅占海洋面积的0.2%，但全球海洋埋藏的碳中，超过10%由海草床贡献。
其他研究人员曾研究海草在稳定水流或振荡波浪中的作用。加拿大蒙特利尔理工学院机械工程教授弗雷德里克·戈斯兰表示：“他们首次将这两种流动结合起来，而真实植物通常正是同时受到这两种流动的影响。尽管复杂程度有所增加，他们还是理清了其中的物理机制，并界定了具有不同行为特征的不同流态。”戈斯兰并未参与这项研究。
戈斯兰补充说：“这条研究路径至关重要。土地开发商往往很快就填埋和疏浚湿地，却很少考虑这些潮湿环境所发挥的作用。”这项研究“展示了水下植被对减弱入射波浪具有可精确量化的影响。这意味着我们现在能够准确评估一片海草床能在多大程度上保护海岸免受侵蚀。……这些信息将帮助立法者作出更好的决策。”
这项研究由美国国家科学基金会资助。
