L'esperienza della maggior parte delle persone con le alghe, se del caso, equivale a poco più di un solletico alle caviglie mentre guadano in acque costiere poco profonde. Ma si scopre che queste piante onnipresenti, varietà di cui esistono in tutto il mondo, potrebbe svolgere un ruolo chiave nella protezione delle coste vulnerabili mentre affrontano gli attacchi dell'innalzamento del livello del mare.

Una nuova ricerca per la prima volta quantifica, attraverso esperimenti e modelli matematici, quanto grande e quanto denso deve essere un prato continuo di alghe per fornire un adeguato smorzamento delle onde in una data area geografica, climatico, e ambientazione oceanografica.

In un paio di articoli apparsi sui numeri di maggio di due riviste di ricerca, Ingegneria costiera e il Journal of Fluids and Structures , La professoressa di ingegneria civile e ambientale del MIT Heidi Nepf e la studentessa di dottorato Jiarui Lei descrivono le loro scoperte e i significativi benefici ambientali offerti dalle alghe. Questi includono non solo la prevenzione dell'erosione delle spiagge e la protezione di dighe e altre strutture, ma anche migliorare la qualità dell'acqua e sequestrare il carbonio per aiutare a limitare i futuri cambiamenti climatici.

Quei servizi, insieme a servizi più noti come la fornitura di habitat per pesci e cibo per altre creature marine, significa che la vegetazione acquatica sommersa, comprese le alghe, fornisce un valore complessivo di oltre $ 4 trilioni a livello globale ogni anno, come hanno dimostrato studi precedenti. Eppure oggi, alcune importanti aree di alghe come la baia di Chesapeake sono scese a circa la metà della loro copertura storica di alghe (essendo rimbalzate da un minimo di appena il 2 percento), limitando così la disponibilità di questi preziosi servizi.

Nepf e Lei hanno ricreato versioni artificiali di alghe, assemblati da materiali di diversa rigidità per riprodurre il lungo, lame flessibili e basi molto più rigide tipiche delle piante di fanerogame come Zostera marina, noto anche come comune eelgrass. Hanno allestito una raccolta simile a un prato di queste piante artificiali in un serbatoio di onde di 24 metri di lunghezza nel Parsons Laboratory del MIT, che possono imitare le condizioni delle onde e delle correnti naturali. Hanno sottoposto il prato a una varietà di condizioni, compresa l'acqua naturale, forti correnti, e ondeggianti avanti e indietro. I loro risultati hanno convalidato le previsioni fatte in precedenza utilizzando un modello computerizzato di singole piante.

I ricercatori hanno utilizzato i modelli fisici e numerici per analizzare come le alghe e le onde interagiscono in una varietà di condizioni di densità delle piante, lunghezze della lama, e movimenti dell'acqua. Lo studio descrive come il movimento delle piante cambia con la rigidità della lama, periodo delle onde, e ampiezza d'onda, fornendo una previsione più precisa dello smorzamento delle onde sulle praterie di fanerogame. Mentre altre ricerche hanno modellato alcune di queste condizioni, il nuovo lavoro riproduce più fedelmente le condizioni del mondo reale e fornisce una piattaforma più realistica per testare idee sul ripristino delle alghe o modi per ottimizzare gli effetti benefici di tali prati sommersi, dicono.

Per verificare la validità del modello, il team ha quindi confrontato gli effetti previsti delle alghe sulle onde, guardando uno specifico prato di fanerogame al largo dell'isola spagnola di Maiorca, nel Mar Mediterraneo, che è noto per attenuare la forza delle onde in arrivo di un fattore di circa il 50 percento in media. Utilizzando misurazioni della morfologia dei prati e delle velocità delle onde raccolte in uno studio precedente condotto dal professor Eduardo Infantes, attualmente dell'Università di Göteborg, Lei ha potuto confermare le previsioni fatte dal modello, che ha analizzato il modo in cui le punte dei fili d'erba e le particelle sospese nell'acqua tendono a seguire percorsi circolari al passaggio delle onde, formando cerchi di movimento noti come orbitali.

Le osservazioni lì corrispondevano molto bene alle previsioni, Lei dice, mostrando il modo in cui la forza delle onde e il movimento delle alghe variavano con la distanza dal bordo del prato al suo interno concordavano con il modello. Così, "con questo modello gli ingegneri e i professionisti possono valutare diversi scenari per progetti di ripristino di fanerogame, che è un grosso problema in questo momento, " dice che potrebbe fare una differenza significativa, lui dice, perché ora alcuni progetti di restauro sono considerati troppo costosi da intraprendere, considerando che un'analisi migliore potrebbe mostrare che un'area più piccola, meno costoso da ripristinare, potrebbe essere in grado di fornire il livello di protezione desiderato. In altre aree, l'analisi potrebbe mostrare che un progetto non vale affatto la pena di essere realizzato, perché le caratteristiche delle onde o delle correnti locali limiterebbero l'efficacia delle graminacee.

Il particolare prato di alghe a Maiorca che hanno studiato è noto per essere molto denso e uniforme, quindi un progetto futuro è quello di estendere il confronto ad altre zone di fanerogame, compresi quelli che sono più irregolari o meno fitti di vegetazione, Nepf dice, per dimostrare che il modello può effettivamente essere utile in una varietà di condizioni.

Attenuando le onde e fornendo così protezione contro l'erosione, le alghe possono intrappolare sedimenti fini sul fondo del mare. Ciò può ridurre significativamente o prevenire la crescita incontrollata di alghe alimentate dai nutrienti associati al sedimento fine, che a sua volta provoca un esaurimento di ossigeno che può uccidere gran parte della vita marina, un processo chiamato eutrofizzazione.

Seagrass ha anche un potenziale significativo per il sequestro del carbonio, sia attraverso la propria biomassa che filtrando materiale organico fine dall'acqua circostante, secondo Nepf, e questo è un punto focale della sua continua ricerca e di Lei. Un acro di alghe può immagazzinare circa tre volte più carbonio di un acro di foresta pluviale, e Lei dice che i calcoli preliminari suggeriscono che globalmente, le praterie di alghe sono responsabili di oltre il 10% del carbonio sepolto nell'oceano, anche se occupano appena lo 0,2 per cento dell'area.

Mentre altri ricercatori hanno studiato gli effetti delle alghe in correnti costanti, o in onde oscillanti, "sono i primi a combinare questi due tipi di flussi, che sono ciò a cui sono tipicamente soggette le piante vere. Nonostante la complessità aggiuntiva, risolvono davvero la fisica e definiscono diversi regimi di flusso con comportamenti diversi, "dice Frédérick Gosselin, professore di ingegneria meccanica al Polytechnique Montréal, in Canada, che non era collegato a questa ricerca.

Gosselin aggiunge, "Questa linea di ricerca è fondamentale. Gli sviluppatori di terreni sono rapidi nel riempire e dragare le zone umide senza pensare molto al ruolo svolto da questi ambienti umidi". Questo studio "dimostra come la vegetazione sommersa abbia un effetto quantificabile con precisione sullo smorzamento delle onde in arrivo. Ciò significa che ora possiamo valutare esattamente quanto un prato protegge la costa dall'erosione. ... Queste informazioni permetterebbero ai nostri legislatori di prendere decisioni migliori".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.