Autoensamblaje de arenas y autoorganzación espontanea/inducida de las líneas de costa. Expendiendo islas contra la subida del nivel del mar

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Aprovechar el poder de las olas para reconstruir islas Nivel del Mar. Fuente: Colaje Imágenes Google

Interesante noticia la que os voy a mostrar hoy. Ya hemos hablado de los modelados costeros y del riesgo que corren y/o pueden correr como consecuencia de la subida del nivel del mar propiciado por el calentamiento climático. Pues bien, en algunas pequeñas islas naciones como las Maldivas, ya se están realizando pruebas con vistas a intentar frenar un proceso que algunos vaticinan que terminaría sumergiéndolas por completo. Yo personalmente, albergo mis dudas, a no ser que por paliar tal inmersión, terminemos convirtiendo la especulación en realidad. Os hablé del tema y hoy no abundaré más en el mismo. Ahora bien, la nota de prensa ofrece una forma novedosa y otra clásicamente ingenieril. La primera se basa en aplicar nuestros conocimientos de autoensamblaje, autoorganzación, típica de los sistemas complejos y/o sistemas no lineales que os hemos venido explicando en nuestra categoría ‘Redes Complejas, Ecológicas, Sociales y el Mundo de Internet’. Las geoformas de las líneas de costa obedecen a pautas bien conocidas, como las que os explicamos en algunos de los post previos que os expongo de nuevo abajo.  Por ello, su aparición es relativamente predecible, existiendo clasificaciones y cartografías de las mismas. Si la naturaleza modela tales geoformas, mejor no experimentar peligrosamente, como con el dragado, sino estimular su dinámica natural. Y es esto, precisamente, lo que están intentando hacer investigadores del mítico MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts). Emular y estimular a que la naturaleza lleve a cabo su trabajo se me antoja mucho más acertado que generar onerosos estropicios en manos de la ingeniería bruta y el encefalograma plano. Intentan salvar las islas a toda “costa”. ¿Cómo?. Abajo os lo explican, como veréis de mi rápida (léase narrativa bruta) traducción del suajili al español castellano. Leerla completa tras el listado de post con que termino esta entradilla. Realmente interesante y, como mínimo, los investigadores parten de una hipótesis tn plausible como sensata. Ojalá tengan éxito. Os dejo pues abajo con el material en los dos idiomas.

Algunos post previos sobre modelados costeros

Suelos, Subida del Nivel del Mar y Cambio Climático

Tsunamis, Suelos y Procesos Superficiales Terrestres

Geoformas de las Líneas de Costa Generadas por la …

Dunas y Paisajes Arenosos (WRB 1998) …

Deltas, Estuarios y Marismas …

Geoformas de las Líneas de Costa Generadas por la …

Dunas y Paisajes Arenosos (WRB 1998)

Deltas, Estuarios y Marismas

Juan José Ibáñez

Continua……..

Aprovechar el poder de las olas para reconstruir islas Nivel del Mar

David L. Chandler | Noticias del MIT; Boston MA (SPX) 12 de mayo de 2020

En la esquina inferior izquierda de esta fotografía, los investigadores preparan un dispositivo sumergible. “Junto con nuestros colaboradores en las Maldivas, estamos diseñando, probando, construyendo y desplegando dispositivos sumergibles que, basados simplemente en su geometría en relación con las olas y las corrientes oceánicas, promueven la acumulación de arena en áreas específicas“, dice el profesor asociado Skylar Tibbits. .

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 de diseño en el Departamento de Arquitectura, está probando formas de aprovechar las propias fuerzas de la naturaleza para ayudar a mantener y reconstruir las islas y las 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, aunque existen pocas medidas comprobadas para contrarrestar la amenaza. Algunos sugieren construir muros de barrera, dragar las costas para reconstruir playas o construir ciudades flotantes para escapar de lo inevitable, pero la búsqueda de mejores enfoques continúa.

El grupo MIT fue invitado por Invena, un grupo en las Maldivas que había visto el trabajo de los investigadores en autoensamblaje y 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 solo cuatro meses. MIT News le pidió a Tibbits que describiera el nuevo enfoque y su potencial.

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

R: Cuando visitamos las Maldivas por primera vez, nos llevaron a un banco de arena local que acababa de formarse. Fue increíble ver el tamaño del banco de arena, de unos 100 metros de largo y 20 metros de ancho, y la cantidad de arena, de más de 1 metro de profundidad, que se construyó completamente solo, en cuestión de 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, cultivando vegetación para expandir sus islas o transformar su forma. Estos enfoques naturales y colaborativos para el crecimiento de la masa terrestre a través de la autoorganización de la arena contrastaron con el dragado humano de la arena del océano profundo, que también se utiliza para la recuperación de la isla. En la misma cantidad de tiempo que lleva dragar una isla, que lleva meses, vimos formarse tres bancos de arena diferentes a través de imágenes satelitales.

Comenzamos a darnos cuenta de que la cantidad de energía, tiempo, dinero, trabajo y destrucción del ambiente 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 ubicaciones estratégicas.

Al colaborar con las fuerzas naturales del océano, creemos que podemos promover la autoorganización de estructuras de arena para cultivar islas y reconstruir playas. Creemos que este es un enfoque sostenible del problema que eventualmente puede ampliarse a muchas áreas costeras de todo el mundo, de la misma manera que el manejo 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 construir la arena en los lugares donde se necesita?

R: Junto con nuestros colaboradores en las Maldivas, estamos diseñando, probando, construyendo y desplegando dispositivos sumergibles que, basados simplemente en su geometría en relación con las olas y las corrientes oceánicas, promueven la acumulación de arena en áreas específicas. En nuestro primer experimento de campo, construimos vejigas de lona resistente, cosidas juntas en las geometrías de rampa precisas. Con nuestro segundo experimento de campo, tomamos los mejores diseños de cientos de experimentos de laboratorio y los fabricamos a partir de una membrana de 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 un 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 a la superficie del agua. A nuestro 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, mezcla la arena y el agua y luego crea el transporte de sedimentos. La arena comienza a acumularse en la parte trasera de la rampa, acumulándose continuamente sobre sí misma.

Hemos probado muchas otras geometrías que intentan minimizar los efectos envolventes, o enfocar la acumulación en áreas específicas, y seguimos buscando geometrías óptimas. En muchos sentidos, estos se comportan como variaciones de profundidad natural, 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, reorientar o implementar fácilmente cada vez que cambien las estaciones o aumenten las tormentas.

Desde 2018 llevamos a cabo experimentos en nuestro laboratorio en el MIT en colaboración con Taylor Perron en [el Departamento de] Ciencias de la Tierra, 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 conocimiento sobre qué mecanismos resultan en la mayor acumulación de arena. El mejor de estos experimentos de laboratorio se traduce luego en 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 satelitales, imágenes de drones 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 difícil cuantificar la cantidad de arena de esas imágenes. Por lo tanto, dependemos en gran medida de las mediciones de profundidad física. Tenemos una serie de coordenadas que enviamos a nuestros colaboradores en las Maldivas que luego toman un bote o una moto acuática a esas coordenadas y toman medidas de profundidad. Luego comparamos estas mediciones con nuestras mediciones anteriores, considerando el día / hora y la relación con la altura de la marea.

Con nuestro último experimento de campo

Harnessing wave power to rebuild islands

David L. Chandler | MIT News; Boston MA (SPX) May 12, 2020

Many island nations, including the Maldives in the Indian Ocean, are facing an existential threat as a result of a rising sea level induced by global climate change. A group of MIT researchers led by Skylar Tibbits, an associate professor of design research in the Department of Architecture, is testing ways of harnessing nature’s own forces to help maintain and rebuild threatened islands and coastlines.

Some 40 percent of the world’s population lives in coastal areas that are threated by sea level rise over the coming decades, yet there are few proven measures for countering the threat. Some suggest building barrier walls, dredging coastlines to rebuild beaches, or building floating cities to escape the inevitable, but the search for better approaches continues.

The MIT group was invited by Invena, a group in the Maldives who had seen the researchers’ work on self-assembly and self-organization and wanted to collaborate on solutions to address sea-level rise. The resulting project has now shown promising initial results, with a foot and a half of localized sand accumulation deposited in just four months. MIT News asked Tibbits to describe the new approach and its potential.

Q: People have been trying to modify and control the movement of sand for centuries. What was the inspiration for this new and different approach to rebuilding beaches and shorelines?

A: When we first visited the Maldives, we were taken to a local sandbar that had just formed. It was incredible to see the size of the sandbar, about 100 meters long and 20 meters wide, and the quantity of sand, over 1 meter deep, that was built completely on its own, in just a matter of months. We came to understand that these sandbars appear and disappear at different times of the year based on the forces of the ocean and underwater bathymetry.

Local historians told us about how they would collaborate with the ocean, growing vegetation to expand their islands or morph their shape. These natural and collaborative approaches to growing land mass through sand self-organization came in stark contrast to the human dredging of sand from the deep ocean, which is also used for island reclamation. In the same amount of time that it takes to dredge an island, which takes months, we watched three different sandbars form themselves, through satellite imagery.

We started to realize that the amount of energy, time, money, labor, and destruction of the marine environment that is caused by dredging could likely be stopped if we could understand why sandbars form naturally and tap into this natural phenomenon of self-organization. The goal of our lab and field experiments is to test hypotheses on why sandbars form, and translate those into mechanisms for promoting their accumulation in strategic locations.

By collaborating with the natural forces of the ocean we believe we can promote the self-organization of sand structures to grow islands and rebuild beaches. We believe this is a sustainable approach to the problem that can eventually be scaled to many coastal areas around the world, just as forest management is used to help strengthen and protect forests from uncontrolled fires or overgrowth.

Q: Can you describe how this system works, and how it harnesses the energy of the waves to build up the sand in the places where it’s needed?

A: Together with our collaborators in the Maldives, we are designing, testing, building, and deploying submersible devices that, based simply on their geometry in relationship to the ocean waves and currents, promote sand accumulation in specific areas. In our first field experiment we built bladders out of heavy-duty canvas, sewn together into the precise ramp geometries. With our second field experiment, we took the best designs from hundreds of lab experiments and had them fabricated from a geotextile membrane.

In both experiments we filled the bladders with sand to weigh them down and then submerged them underwater. For our next field experiment we are building bladders that have internal chambers that act like a ballast in a submarine, allowing the bladder to sink or float and to be quickly moved or deployed. Each experiment is attempting to make the fabrication and installation process as simple and scalable as possible.

The simplest mechanism that we are testing is a ramp-like geometry that sits on the ocean floor and rises vertically to the surface of the water. To the best of our understanding, what we are seeing is that as the water flows over the top of the ramp it creates turbulence on the other side, mixing the sand and water and then creating sediment transport. The sand begins to accumulate on the backside of the ramp, continually piling on top of itself.

We have tested many other geometries that attempt to minimize wrap-around effects, or focus the accumulation in specific areas, and we are continuing to search for optimal geometries. In many ways, these behave like natural depth variations, reef structures, or volcanic formations and may function similarly in promoting sand accumulation. Our goal is to create adaptable versions of these geometries which can be easily moved, reoriented, or deployed whenever seasons change or storms are increasing.

Since 2018 we have been conducting experiments in our lab at MIT in collaboration with Taylor Perron in [the Department of] Earth, Atmospheric and Planetary Sciences. We have built two wave tanks where we are testing a variety of wave conditions, sand behaviors, and geometries to promote accumulation. The goal is to align our lab experiments and models with real-world conditions specific to the two predominant seasons in the Maldives. We have done hundreds of tank experiments so far and are using these studies to gain intuition and insight into what mechanisms result in the greatest sand accumulation. The best of these lab experiments is then translated to field experiments twice a year.

Q: How were you able to detect and quantify the effects of your experiment, and what are your plans for continuing and expanding this project?

A: We have collected satellite imagery, drone footage, and physical measurements ever since installing our first field experiment in February 2019 and our second field experiment in October / November 2019. The satellite images and drone footage give us a visual indication of sand accumulation; however, it is challenging to quantify the amount of sand from those images. So we rely heavily on physical depth measurements. We have a series of coordinates that we send to our collaborators in the Maldives who then take a boat or jet ski out to those coordinates and take depth measurements. We then compare these measurements with our previous measurements, considering the day/time and relationship to the tide height.

With our latest field experiment, we have been collecting imagery and physical measurements to analyze the sand accumulation. We are now seeing roughly a half meter (about 20 inches) of new sand accumulation over an area of approximately 20 meters by 30 meters, since November. That is about 300 cubic meters of sand accumulation, in roughly four months. We see these as promising early results that are part of a much longer-term initiative where we aim to continue to test these approaches in the Maldives and various other locations around the world.

We have recently been awarded a National Geographic Exploration grant and plan to go back to the Maldives for two more field installations later this year and in 2021. Our long-term goal is to create a system of submersible structures that can adapt to the dynamic weather conditions to naturally grow and rebuild coastlines. We aim to scale this approach and tailor it to many locations around the world to help rebuild and stabilize heavily populated coastlines and vulnerable island nations.

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