¿Pueden los arrecifes híbridos defender las costas? UM lidera investigación de proyecto militar

Las fuerzas militares estadounidense tienen una idea para salvar sus bases costeras de algunos de sus enemigos más implacables: las inundaciones, la erosión y las mareas de tempestad.

El Departamento de Defensa gasta miles de millones de dólares en reparar los daños causados por huracanes e inundaciones en sus bases; en 2018, una serie de tormentas especialmente dañinas causó destrozos por valor de $9,000 millones. Los científicos —y los planificadores militares— esperan que ese costo aumente a medida que el ascenso del nivel del mar empeore las marejadas ciclónicas y la erosión de las playas.

Para proteger las bases costeras, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) ha reclutado 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 concreto con arrecifes de coral vivos y criaderos de ostras para romper las olas perjudiciales.

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

“A mucha gente le sorprende que el [Departamento de Defensa] esté haciendo esto, pero hay más de 1,700 instalaciones militares en las costas de todo el mundo, y cuando sufren el impacto de las tormentas eso causa daños por valor de miles de millones de dólares”, dijo Catherine Campbell, directora del programa DARPA a cargo del proyecto, “así que estamos buscando formas de reducir la energía de las olas para no sufrir estos graves impactos de las tormentas”.

Si funcionan, los civiles también pudieran usarlas. 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 usaran en Miami-Dade para proteger de las inundaciones y la erosión a 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 la Florida, porque somos muy vulnerables”, dijo Baker.

Los arrecifes rompen las olas perjudiciales

Los arrecifes de coral y ostras protegen las costas de las inundaciones y la erosión al romper las 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 combinaba datos de 27 investigaciones 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 que el agua salpique o no un dique o llegue 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 el exceso de pesca y la contaminación, también han hecho mella en los arrecifes de ostras.

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

Jugar a la ‘Reefense’

Esto llevó al Departamento de Defensa a crear este año una subvención de $19.4 millones para financiar el programa “Reefense” (Defensa de arrecifes), cuyo objetivo es diseñar arrecifes híbridos que puedan construirse e instalarse rápidamente para proteger las bases militares y las comunidades costeras. 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 dirige un proyecto similar para los arrecifes de coral del Pacífico, mientras que Rutgers dirige un equipo centrado en los arrecifes de ostras del Golfo de México).

La base de estos arrecifes híbridos estará formada por estructuras artificiales de concreto diseñadas para imitar la capacidad de 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 costos de material y también aumentará la cantidad de energía de las olas que absorben.

Las estructuras de concreto 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, con el tiempo, irán creciendo y mejorando su capacidad de romper 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.

Las fuerzas militares 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 contra las algas para las estructuras de concreto. Otros, como Catherine Lachnit, estudiante de maestría en Biología Marina de UM, crían erizos de mar para que vivan en los arrecifes. Los erizos se alimentan de algas como si fueran cabras montesas 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 usar a los corales, que son un organismo sensible al cambio climático, para resolver un problema que se está agravando a causa del 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, usando una versión acuática de la fecundación in vitro, entre otras estrategias.

Los pilotos de arrecifes híbridos llegan a los Cayos 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, con capacidad para 38,000 galones de agua y capaz de simular condiciones de huracán de categoría 5.

Los científicos colocaron una estructura de arrecife artificial en el fondo del tanque y la cubrieron con 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 el tipo de olas que le lanzaron los investigadores, según un artículo publicado en 2021.

En el estudio, el coral representó hasta la mitad de la capacidad del arrecife híbrido para detener las olas. Pero plantar más arrecifes de coral en la naturaleza también aporta beneficios medioambientales. Los gobiernos locales a lo largo de las costas de la Florida han estado creando arrecifes artificiales durante décadas, usando de todo, desde barcos viejos hasta escombros de concreto, pero el objetivo con ellos ha sido principalmente atraer a buceadores y pescadores recreativos al tiempo que se reduce la presión sobre los arrecifes naturales en dificultades.

“Los arrecifes artificiales no son nuevos y, hasta cierto punto, tampoco lo son los arrecifes híbridos”, dijo 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 20 pies de largo en la costa de Miami Beach, cerca de 80 Street, para ver cómo se comporta la estructura en el mundo real. (Esta prueba se financia con 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 UM).

En noviembre, los científicos de Reefense tienen previsto 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 concreto, tácticas de combate contra las algas o corales más resistentes que hayan desarrollado con el tiempo.

Para entonces, según los objetivos de la subvención de DARPA, el equipo habrá desarrollado una técnica de construcción de arrecifes híbridos capaz de reducir el 90% de la energía de las olas a un costo inferior a los $300 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 Estados Unidos pudieran usar para instalar millas 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 Miami-Dade o Broward”, dijo Baker.

Este reporte fue financiado en parte gracias a la colaboración de donantes privados, la Universidad Internacional de la Florida (FIU) y la Fundación Knight El Miami Herald conserva el control editorial de todo el contenido.