Muitas nações insulares, incluindo as Maldivas no Oceano Índico, estão enfrentando uma ameaça existencial como resultado do aumento do nível do mar induzido pela mudança climática global. Um grupo de pesquisadores do MIT liderado por Skylar Tibbits, um professor associado de pesquisa em design no Departamento de Arquitetura, está testando maneiras de aproveitar as próprias forças da natureza para ajudar a manter e reconstruir ilhas e litorais ameaçados.

Cerca de 40 por cento da população mundial vive em áreas costeiras que são ameaçadas pelo aumento do nível do mar nas próximas décadas, no entanto, existem poucas medidas comprovadas para combater a ameaça. Alguns sugerem a construção de paredes de barreira, dragando costas para reconstruir praias, ou construir cidades flutuantes para escapar do inevitável, mas a busca por melhores abordagens continua.

O grupo MIT foi convidado pela Invena, um grupo nas Maldivas que viu o trabalho dos pesquisadores sobre automontagem e auto-organização e queria colaborar em soluções para lidar com o aumento do nível do mar. O projeto resultante agora mostrou resultados iniciais promissores, com um pé e meio de acúmulo localizado de areia depositado em apenas quatro meses. O MIT News pediu a Tibbits para descrever a nova abordagem e seu potencial.

P:As pessoas vêm tentando modificar e controlar o movimento da areia há séculos. Qual foi a inspiração para esta abordagem nova e diferente para reconstruir praias e linhas costeiras?

R:Quando visitamos as Maldivas pela primeira vez, fomos levados a um banco de areia local que acabara de se formar. Foi incrível ver o tamanho do banco de areia, cerca de 100 metros de comprimento e 20 metros de largura, e a quantidade de areia, mais de 1 metro de profundidade, que foi construído completamente por conta própria, em questão de meses. Percebemos que esses bancos de areia aparecem e desaparecem em diferentes épocas do ano com base nas forças do oceano e na batimetria subaquática. Historiadores locais nos contaram como eles colaborariam com o oceano, vegetação em crescimento para expandir suas ilhas ou mudar sua forma. Essas abordagens naturais e colaborativas para aumentar a massa de terra por meio da auto-organização da areia contrastam fortemente com a dragagem humana de areia do oceano profundo, que também é usado para recuperação de ilhas. Na mesma quantidade de tempo que leva para dragar uma ilha, que leva meses, vimos três bancos de areia diferentes se formarem, por meio de imagens de satélite.

Começamos a perceber que a quantidade de energia, Tempo, dinheiro, trabalho, e a destruição do meio ambiente marinho causada pela dragagem provavelmente poderia ser interrompida se pudéssemos entender por que bancos de areia se formam naturalmente e exploram esse fenômeno natural de auto-organização. O objetivo de nossos experimentos de laboratório e de campo é testar hipóteses sobre por que bancos de areia se formam, e traduzi-los em mecanismos para promover sua acumulação em locais estratégicos.

Ao colaborar com as forças naturais do oceano, acreditamos que podemos promover a auto-organização de estruturas de areia para fazer crescer ilhas e reconstruir praias. Acreditamos que esta é uma abordagem sustentável para o problema que pode eventualmente ser dimensionada para muitas áreas costeiras ao redor do mundo, assim como o manejo florestal é usado para ajudar a fortalecer e proteger as florestas de incêndios descontrolados ou crescimento excessivo.

P:Você pode descrever como este sistema funciona, e como aproveita a energia das ondas para acumular areia nos locais onde é necessária?

R:Junto com nossos colaboradores nas Maldivas, estamos projetando, testando, construção, e implantação de dispositivos submersíveis que, com base simplesmente em sua geometria em relação às ondas e correntes do oceano, promover o acúmulo de areia em áreas específicas. Em nosso primeiro experimento de campo, construímos bexigas de lona resistente, costurados juntos nas geometrias de rampa precisas. Com nosso segundo experimento de campo, Pegamos os melhores projetos de centenas de experimentos de laboratório e os fabricamos a partir de uma membrana geotêxtil. Em ambos os experimentos, enchemos as bexigas com areia para pesá-las e depois as submergimos na água. Para nosso próximo experimento de campo, estamos construindo bexigas com câmaras internas que agem como um lastro em um submarino, permitindo que a bexiga afunde ou flutue e seja rapidamente movida ou implantada. Cada experimento tenta tornar o processo de fabricação e instalação o mais simples e escalável possível.

O mecanismo mais simples que estamos testando é uma geometria semelhante a uma rampa que fica no fundo do oceano e sobe verticalmente até a superfície da água. Para o melhor de nosso entendimento, o que estamos vendo é que, conforme a água flui pelo topo da rampa, ela cria turbulência do outro lado, misturar a areia e a água e, em seguida, criar o transporte de sedimentos. A areia começa a se acumular na parte de trás da rampa, continuamente se acumulando. Testamos muitas outras geometrias que tentam minimizar os efeitos envolventes, ou focar o acúmulo em áreas específicas, e continuamos a procurar geometrias ideais. De muitas maneiras, estes se comportam como variações naturais de profundidade, estruturas de recife, ou formações vulcânicas e podem funcionar de forma semelhante na promoção do acúmulo de areia. Nosso objetivo é criar versões adaptáveis ​​dessas geometrias que podem ser facilmente movidas, reorientado, ou implantado sempre que as estações mudam ou as tempestades estão aumentando.

Desde 2018, temos conduzido experimentos em nosso laboratório no MIT em colaboração com Taylor Perron no [Departamento da] Terra, Ciências Atmosféricas e Planetárias. Construímos dois tanques de ondas onde estamos testando uma variedade de condições de ondas, comportamentos de areia, e geometrias para promover a acumulação. O objetivo é alinhar nossos experimentos e modelos de laboratório com as condições do mundo real específicas para as duas estações predominantes nas Maldivas. Fizemos centenas de experimentos em tanques até agora e estamos usando esses estudos para obter intuição e percepção sobre quais mecanismos resultam no maior acúmulo de areia. O melhor desses experimentos de laboratório é então traduzido em experimentos de campo duas vezes por ano.

P:Como você conseguiu detectar e quantificar os efeitos de seu experimento, e quais são seus planos para continuar e expandir este projeto?

R:Coletamos imagens de satélite, filmagem do drone, e medições físicas desde a instalação de nosso primeiro experimento de campo em fevereiro de 2019 e nosso segundo experimento de campo em outubro / novembro de 2019. As imagens de satélite e imagens do drone nos dão uma indicação visual do acúmulo de areia; Contudo, é um desafio quantificar a quantidade de areia dessas imagens. Portanto, dependemos muito de medições de profundidade física. Temos uma série de coordenadas que enviamos aos nossos colaboradores nas Maldivas que então pegam um barco ou jet ski até essas coordenadas e fazem medições de profundidade. Em seguida, comparamos essas medições com nossas medições anteriores, considerando o dia / hora e relação com a altura da maré.

Com nosso último experimento de campo, temos coletado imagens e medições físicas para analisar o acúmulo de areia. Estamos vendo agora cerca de meio metro (cerca de 20 polegadas) de nova acumulação de areia em uma área de aproximadamente 20 metros por 30 metros, desde novembro. Isso é cerca de 300 metros cúbicos de acumulação de areia, em aproximadamente quatro meses. Vemos isso como resultados iniciais promissores, que fazem parte de uma iniciativa de muito mais longo prazo, em que pretendemos continuar a testar essas abordagens nas Maldivas e em vários outros locais ao redor do mundo.

Recentemente, recebemos uma concessão de Exploração Geográfica da National Geographic e planejamos voltar às Maldivas para mais duas instalações de campo ainda este ano e em 2021. Nosso objetivo de longo prazo é criar um sistema de estruturas submersíveis que possam se adaptar ao clima dinâmico condições para crescer naturalmente e reconstruir litorais. Nosso objetivo é dimensionar essa abordagem e adaptá-la a muitos locais ao redor do mundo para ajudar a reconstruir e estabilizar litorais densamente povoados e nações insulares vulneráveis.

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.