La UM lidera la investigación sobre superarrecifes híbridos para defender las costas

Para proteger las bases costeras, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) ha recurrido a corales, ostras y tres equipos internacionales de científicos dirigidos por investigadores de la Universidad de Miami, la Universidad de Hawai y la Universidad de Rutgers. Los investigadores están desarrollando lo que denominan “arrecifes híbridos”, que combinan estructuras de hormigón con arrecifes de coral vivos y criaderos de ostras para romper las olas dañinas.

Algún día, el Departamento de Defensa espera desplegar estos arrecifes superresistentes frente a las costas de las bases militares para reducir los daños que sufren cuando son azotadas por las olas.

“Mucha gente se sorprende de que (el Departamento de Defensa) esté haciendo esto, pero hay más de 1.700 instalaciones militares que están en las costas de todo el mundo, y cuando son impactadas por las tormentas causan miles de millones de dólares en daños”, dijo Catherine Campbell, la gerente del programa DARPA a cargo del proyecto, “por lo que estamos buscando maneras de que podamos reducir la energía de las olas para que no tengamos estos graves impactos de las tormentas.”

Si funcionan, los civiles también podrían utilizarlas. Andrew Baker, profesor de biología marina y ecología de la Universidad de Miami y uno de los investigadores principales del proyecto, afirma que le gustaría que los arrecifes híbridos se utilizaran en el condado de Miami-Dade para proteger de las inundaciones y la erosión las islas barrera como Miami Beach y Key Biscayne.

“Si se va a hacer esto en cualquier parte del mundo y se quiere obtener el máximo beneficio, no hay mejor lugar que el sureste de Florida porque somos muy vulnerables”, dijo Baker.

Los arrecifes rompen las olas dañinas

Los arrecifes de coral y de ostras protegen las costas de las inundaciones y la erosión al romper las grandes olas. Cuando una ola choca contra un arrecife, parte de su energía se pierde por la fricción al arremolinarse el agua en la superficie rugosa del arrecife. Otra parte de la energía de la ola se redirige hacia arriba, haciendo que la ola rompa la superficie en una cresta blanca y espumosa que disipa aún más energía.

En total, un arrecife bien situado puede absorber hasta el 97% de la energía de una ola, según un metaanálisis de 2014 publicado en Nature Communications que combinó datos de 27 trabajos de investigación anteriores sobre los arrecifes y la energía de las olas.

Las olas más pequeñas reducen la cantidad de golpes que reciben a diario las playas, los diques y los cimientos de los edificios costeros. Durante los huracanes, las olas más pequeñas reducen el alcance de las inundaciones durante las mareas de tempestad, lo que puede determinar si el agua salpica o no un dique o llega hasta la planta baja de un edificio.

Pero, a medida que el cambio climático calienta y acidifica los océanos, la mayoría de los arrecifes del mundo están muriendo. Según un estudio de 2021 de científicos estadounidenses y canadienses, aproximadamente la mitad de los arrecifes de coral que existían en 1950 han desaparecido. Los mares más cálidos, combinados con la sobrepesca y la contaminación, también han hecho mella en los arrecifes de ostras.

El declive de estos arrecifes hace que las costas que protegían sean más vulnerables a las inundaciones.

Jugar a la “reefencia

Eso llevó al Departamento de Defensa a crear este año una subvención de 19,4 millones de dólares para financiar el programa “Reefense”, cuyo objetivo es diseñar arrecifes híbridos que puedan construirse e instalarse rápidamente para proteger las bases militares y las comunidades costeras. La UM lidera una parte del proyecto, denominado X-REEFS, en el que participan 29 profesores de 11 universidades que desarrollan arrecifes de coral híbridos para el Océano Atlántico. (La Universidad de Hawai lidera un proyecto similar para arrecifes de coral en el Océano Pacífico, mientras que Rutgers dirige un equipo centrado en arrecifes de ostras en el Golfo de México).

La base de estos arrecifes híbridos estará formada por estructuras artificiales de hormigón diseñadas para imitar la capacidad rompeolas de los arrecifes naturales. Estas estructuras se apilarán como ladrillos de LEGO, tendrán superficies rugosas para ayudar a los corales y las ostras a aferrarse a ellas, y estarán huecas y llenas de agujeros, lo que reducirá los costes de material y también aumentará la cantidad de energía de las olas que absorben.

Las estructuras de hormigón son beneficiosas porque pueden instalarse rápidamente y empezar a romper las olas de inmediato. Pero los investigadores las cubrirán con corales vivos u ostras que puedenCon el tiempo, los arrecifes crecen lentamente y se vuelven más resistentes a las olas. Además, la parte viva del arrecife da a toda la estructura la capacidad de repararse a sí misma, porque los corales o las ostras volverán a crecer si resultan dañados por escombros o una tormenta.

El ejército también está invirtiendo en acelerar el crecimiento de corales y ostras y en asegurarse de que se mantengan sanos, para que los arrecifes híbridos puedan expandirse “al menos tan rápido como los arrecifes más sanos que se encuentran en la naturaleza”, según una descripción general del proyecto de 2021.

Un equipo de X-REEFS, con sede en Miami, está investigando formas de conseguir que los arrecifes artificiales sean entornos amigables para los corales y, al mismo tiempo, ahuyenten a las algas que compiten con estas criaturas por el hábitat. Algunos científicos están desarrollando revestimientos antialgas para las estructuras de hormigón. Otros, como Catherine Lachnit, estudiante de máster en biología marina de la UM, crían erizos de mar para que vivan en los arrecifes. Los erizos se alimentan de algas como cabras montesas submarinas y dejan la zona libre para los corales.

Otro equipo de investigadores, dirigido por Baker, trabaja en la ingeniería biológica de los corales para que no mueran cuando se los coloque en océanos más cálidos. “Reconocemos que no se puede utilizar a los corales, que son un organismo sensible al cambio climático, para resolver un problema que está empeorando debido al cambio climático”, dijo Baker.

Para endurecer los corales, los investigadores planean cruzar poblaciones resistentes que se han adaptado a vivir en zonas cálidas del mar, como la costa sur de Cuba y la costa caribeña mexicana, utilizando una versión acuática de la fecundación in vitro, entre otras estrategias.

Los pilotos de arrecife híbridos llegan a Keys y Miami Beach

Los arrecifes híbridos se mostraron prometedores durante las primeras pruebas de laboratorio en el enorme tanque de viento y olas de la UM en Virginia Key, que contiene 38.000 galones de agua y puede simular condiciones de huracán de categoría 5.

Los científicos colocaron una estructura de arrecife artificial en el fondo del tanque y la cubrieron con un puñado de pequeños esqueletos de coral cuerno de ciervo. El arrecife híbrido redujo la energía de las olas entre un 11% y un 98%, según el diseño del arrecife y los tipos de olas que los investigadores le lanzaron, según un artículo que los investigadores publicaron en 2021.

En el estudio, el coral representó hasta la mitad del poder de frenado de las olas del arrecife híbrido. Pero plantar más arrecifes de coral en la naturaleza también aporta beneficios medioambientales. Los gobiernos locales de toda la costa de Florida llevan décadas creando arrecifes artificiales con todo tipo de materiales, desde barcos viejos hasta escombros de hormigón, pero el objetivo principal ha sido atraer a buceadores y pescadores recreativos y reducir la presión sobre los arrecifes naturales.

“Los arrecifes artificiales no son nuevos y, hasta cierto punto, tampoco lo son los arrecifes híbridos”, afirma Baker. “Lo nuevo de todo esto es pensar en: ¿Cómo hacerlo de la mejor manera posible? ¿Cuál es el mejor diseño para reducir la energía de las olas?”.

A finales de este mes, investigadores de la Universidad de Miami instalarán dos pequeños arrecifes híbridos de 6 metros de largo en la costa de Miami Beach, cerca de la calle 80, para ver cómo se comporta la estructura en el mundo real. (Esta prueba está financiada por una subvención de investigación independiente de la Universidad de Miami y la ciudad de Miami Beach y no forma parte del programa Reefense, aunque encaja perfectamente con la investigación militar de la UM).

En noviembre, los científicos de Reefense planean empezar a construir un arrecife híbrido de 50 metros (160 pies) de largo que instalarán frente a la costa de la base aeronaval de Cayo Hueso, donde las pistas de aterrizaje del campo de Boca Chica se extienden casi hasta el mar. A principios de 2026, los investigadores construirán otro tramo de 50 metros de arrecife híbrido junto al primero, incorporando los nuevos diseños de hormigón, tácticas de lucha contra las algas o corales más duros que hayan desarrollado por el camino.

Para entonces, según los objetivos establecidos en la subvención de DARPA, el equipo habrá desarrollado una técnica para construir arrecifes híbridos capaces de eliminar el 90% de la energía de las olas a un coste inferior a 300 dólares por metro cúbico de arrecife. Si lo consiguen, habrán creado un modelo que los gobiernos municipales y estatales y el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE.UU. podrían utilizar para instalar kilómetros de arrecifes artificiales para proteger las costas en zonas donde crecen de forma natural arrecifes de coral y ostras.

“En última instancia, el objetivo es que, aprendamos lo que aprendamos de esto, podamos ampliarlo y utilizarlo en otras zonas, incluso aquí, más cerca de casa, en el condado de Miami-Dade o Broward”, dijo Baker.