La experiencia de la mayoría de la gente con los pastos marinos, Si alguna, equivale a poco más que un cosquilleo en los tobillos mientras vadean en aguas costeras poco profundas. Pero resulta que estas plantas ubicuas, variedades de las cuales existen en todo el mundo, podría desempeñar un papel clave en la protección de las costas vulnerables que enfrentan los embates del aumento del nivel del mar.

Una nueva investigación cuantifica por primera vez, a través de experimentos y modelos matemáticos, cuán grande y densa debe ser una pradera continua de pastos marinos para proporcionar una amortiguación adecuada de las olas en un área geográfica determinada, climático, y entorno oceanográfico.

En un par de artículos que aparecen en los números de mayo de dos revistas de investigación, Ingeniería costera y el Revista de fluidos y estructuras , La profesora de ingeniería civil y ambiental del MIT, Heidi Nepf, y el estudiante de doctorado Jiarui Lei describen sus hallazgos y los importantes beneficios ambientales que ofrece la hierba marina. Estos incluyen no solo prevenir la erosión de las playas y proteger los malecones y otras estructuras, pero también mejorando la calidad del agua y secuestrando carbono para ayudar a limitar el cambio climático futuro.

Esos servicios, junto con servicios más conocidos, como proporcionar hábitat para peces y alimento para otras criaturas marinas, significa que la vegetación acuática sumergida, incluida la hierba marina, proporciona un valor total de más de $ 4 billones a nivel mundial cada año, como han demostrado estudios anteriores. Aún hoy, Algunas áreas importantes de pastos marinos, como la bahía de Chesapeake, se han reducido a aproximadamente la mitad de su cobertura histórica de pastos marinos (habiendo rebotado desde un mínimo de solo 2 por ciento), limitando así la disponibilidad de estos valiosos servicios.

Nepf y Lei recrearon versiones artificiales de pastos marinos, ensamblados a partir de materiales de diferente rigidez para reproducir el largo, hojas flexibles y bases mucho más rígidas que son típicas de plantas de pastos marinos como Zostera marina, también conocido como eelgrass común. Instalaron una colección similar a un prado de estas plantas artificiales en un tanque de olas de 79 pies de largo (24 metros) en el Laboratorio Parsons del MIT. que puede imitar las condiciones de las olas y corrientes naturales. Sometieron la pradera a una variedad de condiciones, incluyendo agua sin gas, fuertes corrientes, y chapotear como olas de un lado a otro. Sus resultados validaron las predicciones realizadas anteriormente utilizando un modelo computarizado de plantas individuales.

Los investigadores utilizaron los modelos físicos y numéricos para analizar cómo las hierbas marinas y las olas interactúan en una variedad de condiciones de densidad de plantas. longitudes de hoja, y movimientos de agua. El estudio describe cómo cambia el movimiento de las plantas con la rigidez de la hoja, período de ola, y amplitud de onda, proporcionando una predicción más precisa de la amortiguación de las olas en las praderas de pastos marinos. Mientras que otras investigaciones han modelado algunas de estas condiciones, el nuevo trabajo reproduce más fielmente las condiciones del mundo real y proporciona una plataforma más realista para probar ideas sobre la restauración de pastos marinos o formas de optimizar los efectos beneficiosos de tales praderas sumergidas, ellos dicen.

Para probar la validez del modelo, Luego, el equipo hizo una comparación de los efectos previstos de los pastos marinos en las olas, mirando una pradera de pastos marinos específica frente a la costa de la isla española de Mallorca, en el mar mediterráneo, que se sabe que atenúa la fuerza de las ondas entrantes en un factor de alrededor del 50 por ciento en promedio. Utilizando mediciones de la morfología de la pradera y la velocidad de las olas recopiladas en un estudio anterior dirigido por el profesor Eduardo Infantes, actualmente de la Universidad de Gotemburgo, Lei pudo confirmar las predicciones hechas por el modelo, que analizó la forma en que las puntas de las hojas de hierba y las partículas suspendidas en el agua tienden a seguir trayectorias circulares a medida que pasan las olas, formando círculos de movimiento conocidos como orbitales.

Las observaciones allí coincidieron muy bien con las predicciones, Lei dice:mostrando la forma en que la fuerza de las olas y el movimiento de los pastos marinos variaban con la distancia desde el borde de la pradera hasta su interior de acuerdo con el modelo. Entonces, "con este modelo, los ingenieros y profesionales pueden evaluar diferentes escenarios para proyectos de restauración de pastos marinos, que es un gran problema en este momento, "dice que eso podría marcar una diferencia significativa, él dice, porque ahora algunos proyectos de restauración se consideran demasiado caros de emprender, mientras que un mejor análisis podría mostrar que un área más pequeña, menos costoso de restaurar, podría ser capaz de proporcionar el nivel de protección deseado. En otras áreas, el análisis puede mostrar que un proyecto no vale la pena en absoluto, porque las características de las olas o corrientes locales limitarían la efectividad de las gramíneas.

Se sabe que la pradera de pastos marinos en Mallorca que estudiaron es muy densa y uniforme, por lo que un proyecto futuro es extender la comparación a otras áreas de pastos marinos, incluidos los que son más irregulares o con menos vegetación, Nepf dice:para demostrar que el modelo puede ser útil en una variedad de condiciones.

Atenuando las olas y proporcionando así protección contra la erosión, los pastos marinos pueden atrapar sedimentos finos en el lecho marino. Esto puede reducir significativamente o prevenir el crecimiento descontrolado de algas alimentadas por los nutrientes asociados con el sedimento fino. lo que a su vez provoca un agotamiento de oxígeno que puede acabar con gran parte de la vida marina, un proceso llamado eutrofización.

Los pastos marinos también tienen un potencial significativo para secuestrar carbono, tanto a través de su propia biomasa como mediante la filtración de material orgánico fino del agua circundante, según Nepf, y este es un enfoque de la investigación en curso de ella y de Lei. Un acre de pastos marinos puede almacenar aproximadamente tres veces más carbono que un acre de selva tropical, y Lei dice que los cálculos preliminares sugieren que, globalmente, las praderas de pastos marinos son responsables de más del 10 por ciento del carbono enterrado en el océano, a pesar de que ocupan solo el 0,2 por ciento del área.

Mientras que otros investigadores han estudiado los efectos de los pastos marinos en corrientes constantes, o en ondas oscilantes, "son los primeros en combinar estos dos tipos de flujos, que son a lo que suelen estar sometidas las plantas reales. A pesar de la complejidad añadida, realmente clasifican la física y definen diferentes regímenes de flujo con diferentes comportamientos, "dice Frédérick Gosselin, profesor de ingeniería mecánica en Polytechnique Montréal, en Canadá, que no estaba relacionado con esta investigación.

Gosselin agrega, "Esta línea de investigación es fundamental. Los desarrolladores de tierras se apresuran a llenar y dragar los humedales sin pensar mucho en el papel que juegan estos ambientes húmedos". Este estudio "demuestra cómo la vegetación sumergida tiene un efecto cuantificable con precisión en la amortiguación de las olas entrantes. Esto significa que ahora podemos evaluar exactamente cuánto protege un prado la costa de la erosión ... Esta información permitiría mejores decisiones por parte de nuestros legisladores".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.