Muchas naciones insulares, incluidas las Maldivas en el Océano Índico, se enfrentan a una amenaza existencial como resultado del aumento del nivel del mar inducido por el cambio climático global. Un grupo de investigadores del MIT dirigido por Skylar Tibbits, profesor asociado de investigación en diseño en el Departamento de Arquitectura, está probando formas de aprovechar las propias fuerzas de la naturaleza para ayudar a mantener y reconstruir islas y costas amenazadas.

Alrededor del 40 por ciento de la población mundial vive en zonas costeras amenazadas por el aumento del nivel del mar en las próximas décadas. sin embargo, existen pocas medidas probadas para contrarrestar la amenaza. Algunos sugieren construir muros de barrera, dragado de costas para reconstruir playas, o construyendo ciudades flotantes para escapar de lo inevitable, pero continúa la búsqueda de mejores enfoques.

El grupo MIT fue invitado por Invena, un grupo en las Maldivas que había visto el trabajo de los investigadores sobre el autoensamblaje y la autoorganización y quería colaborar en soluciones para abordar el aumento del nivel del mar. El proyecto resultante ahora ha mostrado resultados iniciales prometedores, con un pie y medio de acumulación de arena localizada depositada en tan solo cuatro meses. MIT News le pidió a Tibbits que describiera el nuevo enfoque y su potencial.

P:La gente ha intentado modificar y controlar el movimiento de la arena durante siglos. ¿Cuál fue la inspiración para este enfoque nuevo y diferente para reconstruir playas y costas?

R:Cuando visitamos las Maldivas por primera vez, nos llevaron a un banco de arena local que se acababa de formar. Fue increíble ver el tamaño del banco de arena, unos 100 metros de largo y 20 metros de ancho, y la cantidad de arena, más de 1 metro de profundidad, que se construyó completamente por sí solo, en solo unos meses. Llegamos a comprender que estos bancos de arena aparecen y desaparecen en diferentes épocas del año en función de las fuerzas del océano y la batimetría submarina. Los historiadores locales nos contaron cómo colaborarían con el océano, vegetación en crecimiento para expandir sus islas o cambiar su forma. Estos enfoques naturales y colaborativos para aumentar la masa de tierra a través de la autoorganización de la arena contrastaron con el dragado humano de arena de las profundidades del océano. que también se utiliza para la recuperación de islas. En el mismo tiempo que se tarda en dragar una isla, que lleva meses, vimos cómo se formaban tres bancos de arena diferentes, a través de imágenes de satélite.

Empezamos a darnos cuenta de que la cantidad de energía, tiempo, dinero, labor, y la destrucción del medio marino causada por el dragado probablemente podría detenerse si pudiéramos entender por qué los bancos de arena se forman naturalmente y aprovechar este fenómeno natural de autoorganización. El objetivo de nuestros experimentos de laboratorio y de campo es probar hipótesis sobre por qué se forman los bancos de arena, y traducirlos en mecanismos para promover su acumulación en lugares estratégicos.

Al colaborar con las fuerzas naturales del océano, creemos que podemos promover la autoorganización de las estructuras de arena para hacer crecer islas y reconstruir playas. Creemos que este es un enfoque sostenible del problema que eventualmente se puede escalar a muchas áreas costeras de todo el mundo. al igual que la ordenación forestal se utiliza para ayudar a fortalecer y proteger los bosques de incendios incontrolados o crecimiento excesivo.

P:¿Puede describir cómo funciona este sistema? y ¿cómo aprovecha la energía de las olas para acumular arena en los lugares donde se necesita?

R:Junto con nuestros colaboradores en Maldivas, estamos diseñando, pruebas, edificio, y el despliegue de dispositivos sumergibles que, basado simplemente en su geometría en relación con las olas y las corrientes del océano, promover la acumulación de arena en áreas específicas. En nuestro primer experimento de campo, construimos vejigas con lona resistente, cosidos juntos en las geometrías precisas de la rampa. Con nuestro segundo experimento de campo, Tomamos los mejores diseños de cientos de experimentos de laboratorio y los fabricamos a partir de una membrana geotextil. En ambos experimentos llenamos las vejigas con arena para pesarlas y luego las sumergimos bajo el agua. Para nuestro próximo experimento de campo, estamos construyendo vejigas que tienen cámaras internas que actúan como lastre en un submarino, permitiendo que la vejiga se hunda o flote y se mueva o despliegue rápidamente. Cada experimento intenta hacer que el proceso de fabricación e instalación sea lo más simple y escalable posible.

El mecanismo más simple que estamos probando es una geometría en forma de rampa que se asienta en el fondo del océano y se eleva verticalmente hasta la superficie del agua. A nuestro leal saber y entender, lo que estamos viendo es que a medida que el agua fluye por la parte superior de la rampa, crea turbulencias en el otro lado, mezclando arena y agua y luego creando transporte de sedimentos. La arena comienza a acumularse en la parte trasera de la rampa, continuamente apilando sobre sí mismo. Hemos probado muchas otras geometrías que intentan minimizar los efectos envolventes, o enfocar la acumulación en áreas específicas, y seguimos buscando geometrías óptimas. De muchas maneras, estos se comportan como variaciones naturales de profundidad, estructuras de arrecifes, o formaciones volcánicas y pueden funcionar de manera similar para promover la acumulación de arena. Nuestro objetivo es crear versiones adaptables de estas geometrías que se puedan mover fácilmente, reorientado, o desplegarse cada vez que cambian las estaciones o aumentan las tormentas.

Desde 2018 hemos estado realizando experimentos en nuestro laboratorio del MIT en colaboración con Taylor Perron en [el Departamento de] Tierra, Ciencias Atmosféricas y Planetarias. Hemos construido dos tanques de olas donde estamos probando una variedad de condiciones de olas, comportamientos de arena, y geometrías para promover la acumulación. El objetivo es alinear nuestros experimentos y modelos de laboratorio con las condiciones del mundo real específicas de las dos estaciones predominantes en las Maldivas. Hemos realizado cientos de experimentos con tanques hasta ahora y estamos utilizando estos estudios para obtener intuición y comprensión de qué mecanismos resultan en la mayor acumulación de arena. Lo mejor de estos experimentos de laboratorio se traduce luego a experimentos de campo dos veces al año.

P:¿Cómo pudo detectar y cuantificar los efectos de su experimento? y ¿cuáles son sus planes para continuar y expandir este proyecto?

R:Hemos recopilado imágenes de satélite, metraje de drone, y mediciones físicas desde que instalamos nuestro primer experimento de campo en febrero de 2019 y nuestro segundo experimento de campo en octubre / noviembre de 2019. Las imágenes de satélite y las imágenes de drones nos dan una indicación visual de la acumulación de arena; sin embargo, es un desafío cuantificar la cantidad de arena de esas imágenes. De modo que dependemos en gran medida de las mediciones de profundidad física. Contamos con una serie de coordenadas que enviamos a nuestros colaboradores en las Maldivas que luego toman un bote o moto de agua hasta esas coordenadas y toman medidas de profundidad. Luego comparamos estas medidas con nuestras medidas anteriores, considerando el día / hora y la relación con la altura de la marea.

Con nuestro último experimento de campo, hemos estado recopilando imágenes y mediciones físicas para analizar la acumulación de arena. Ahora estamos viendo aproximadamente medio metro (aproximadamente 20 pulgadas) de acumulación de arena nueva en un área de aproximadamente 20 metros por 30 metros, desde noviembre. Eso es aproximadamente 300 metros cúbicos de acumulación de arena, en aproximadamente cuatro meses. Consideramos que estos son resultados iniciales prometedores que forman parte de una iniciativa a mucho más largo plazo en la que nuestro objetivo es seguir probando estos enfoques en las Maldivas y en otros lugares del mundo.

Recientemente hemos recibido una subvención de National Geographic Exploration y planeamos regresar a las Maldivas para dos instalaciones de campo más a finales de este año y en 2021. Nuestro objetivo a largo plazo es crear un sistema de estructuras sumergibles que se pueda adaptar al clima dinámico. condiciones para crecer y reconstruir las costas de forma natural. Nuestro objetivo es escalar este enfoque y adaptarlo a muchos lugares del mundo para ayudar a reconstruir y estabilizar costas densamente pobladas y naciones insulares vulnerables.

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.