Molte nazioni insulari, comprese le Maldive nell'Oceano Indiano, stanno affrontando una minaccia esistenziale a causa dell'innalzamento del livello del mare indotto dal cambiamento climatico globale. Un gruppo di ricercatori del MIT guidati da Skylar Tibbits, professore associato di ricerca progettuale presso il Dipartimento di Architettura, sta sperimentando modi per sfruttare le forze della natura per aiutare a mantenere e ricostruire le isole e le coste minacciate.

Circa il 40% della popolazione mondiale vive in aree costiere minacciate dall'innalzamento del livello del mare nei prossimi decenni, tuttavia ci sono poche misure comprovate per contrastare la minaccia. Alcuni suggeriscono di costruire muri di barriera, dragare le coste per ricostruire le spiagge, o costruendo città galleggianti per sfuggire all'inevitabile, ma la ricerca di approcci migliori continua.

Il gruppo del MIT è stato invitato da Invena, un gruppo delle Maldive che aveva visto il lavoro dei ricercatori sull'autoassemblaggio e l'auto-organizzazione e voleva collaborare a soluzioni per affrontare l'innalzamento del livello del mare. Il progetto risultante ha ora mostrato risultati iniziali promettenti, con un piede e mezzo di accumulo localizzato di sabbia depositato in soli quattro mesi. MIT News ha chiesto a Tibbits di descrivere il nuovo approccio e le sue potenzialità.

D:Da secoli le persone cercano di modificare e controllare il movimento della sabbia. Qual è stata l'ispirazione per questo nuovo e diverso approccio alla ricostruzione di spiagge e litorali?

A:Quando abbiamo visitato per la prima volta le Maldive, siamo stati portati in un banco di sabbia locale che si era appena formato. È stato incredibile vedere le dimensioni del banco di sabbia, circa 100 metri di lunghezza e 20 metri di larghezza, e la quantità di sabbia, oltre 1 metro di profondità, che è stato costruito completamente da solo, nel giro di pochi mesi. Siamo arrivati ​​a capire che questi banchi di sabbia appaiono e scompaiono in diversi periodi dell'anno in base alle forze dell'oceano e alla batimetria subacquea. Gli storici locali ci hanno raccontato come avrebbero collaborato con l'oceano, vegetazione in crescita per espandere le loro isole o modificare la loro forma. Questi approcci naturali e collaborativi alla crescita della massa terrestre attraverso l'auto-organizzazione della sabbia sono in netto contrasto con il dragaggio umano della sabbia dall'oceano profondo, che viene utilizzato anche per la bonifica dell'isola. Nello stesso tempo necessario per dragare un'isola, che dura mesi, abbiamo visto formarsi tre diversi banchi di sabbia, attraverso immagini satellitari.

Abbiamo iniziato a capire che la quantità di energia, tempo, soldi, lavoro, e la distruzione dell'ambiente marino causata dal dragaggio potrebbe essere probabilmente fermata se potessimo capire perché i banchi di sabbia si formano naturalmente e attingere a questo fenomeno naturale di auto-organizzazione. L'obiettivo dei nostri esperimenti di laboratorio e sul campo è testare ipotesi sul perché si formano banchi di sabbia, e tradurli in meccanismi per promuoverne l'accumulo in luoghi strategici.

Collaborando con le forze naturali dell'oceano crediamo di poter promuovere l'auto-organizzazione delle strutture di sabbia per far crescere le isole e ricostruire le spiagge. Riteniamo che questo sia un approccio sostenibile al problema che può eventualmente essere esteso a molte aree costiere in tutto il mondo, proprio come la gestione forestale viene utilizzata per rafforzare e proteggere le foreste da incendi incontrollati o crescita eccessiva.

D:Puoi descrivere come funziona questo sistema, e come sfrutta l'energia delle onde per accumulare la sabbia nei punti in cui è necessaria?

R:Insieme ai nostri collaboratori alle Maldive, stiamo progettando, test, costruzione, e l'impiego di dispositivi sommergibili che, basandosi semplicemente sulla loro geometria in relazione alle onde e alle correnti oceaniche, favorire l'accumulo di sabbia in aree specifiche. Nel nostro primo esperimento sul campo abbiamo costruito vesciche con tela resistente, cuciti insieme nelle precise geometrie della rampa. Con il nostro secondo esperimento sul campo, abbiamo preso i migliori progetti da centinaia di esperimenti di laboratorio e li abbiamo fatti fabbricare da una membrana geotessile. In entrambi gli esperimenti abbiamo riempito le vesciche di sabbia per appesantirle e poi le abbiamo immerse sott'acqua. Per il nostro prossimo esperimento sul campo stiamo costruendo vesciche con camere interne che agiscono come una zavorra in un sottomarino, permettendo alla vescica di affondare o galleggiare e di essere spostata o dispiegata rapidamente. Ogni esperimento cerca di rendere il processo di fabbricazione e installazione il più semplice e scalabile possibile.

Il meccanismo più semplice che stiamo testando è una geometria simile a una rampa che si trova sul fondo dell'oceano e sale verticalmente fino alla superficie dell'acqua. Al meglio della nostra comprensione, quello che stiamo vedendo è che quando l'acqua scorre sopra la rampa crea turbolenza dall'altra parte, mescolando la sabbia e l'acqua e quindi creando il trasporto di sedimenti. La sabbia comincia ad accumularsi sul retro della rampa, accumulandosi continuamente su se stesso. Abbiamo testato molte altre geometrie che tentano di ridurre al minimo gli effetti avvolgenti, o concentrare l'accumulo in aree specifiche, e stiamo continuando a cercare geometrie ottimali. In molti modi, questi si comportano come variazioni naturali di profondità, strutture della barriera corallina, o formazioni vulcaniche e possono funzionare in modo simile nel promuovere l'accumulo di sabbia. Il nostro obiettivo è creare versioni adattabili di queste geometrie che possano essere facilmente spostate, riorientato, o schierato ogni volta che le stagioni cambiano o le tempeste aumentano.

Dal 2018 conduciamo esperimenti nel nostro laboratorio al MIT in collaborazione con Taylor Perron nel [Dipartimento della] Terra, Scienze dell'atmosfera e planetarie. Abbiamo costruito due serbatoi d'onda in cui stiamo testando una varietà di condizioni d'onda, comportamenti di sabbia, e geometrie per favorire l'accumulo. L'obiettivo è allineare i nostri esperimenti e modelli di laboratorio con le condizioni del mondo reale specifiche per le due stagioni predominanti alle Maldive. Finora abbiamo fatto centinaia di esperimenti con carri armati e stiamo usando questi studi per ottenere intuizione e comprensione dei meccanismi che determinano il maggiore accumulo di sabbia. Il meglio di questi esperimenti di laboratorio viene quindi tradotto in esperimenti sul campo due volte l'anno.

D:Come sei riuscito a rilevare e quantificare gli effetti del tuo esperimento, e quali sono i tuoi piani per continuare ed espandere questo progetto?

R:Abbiamo raccolto immagini satellitari, filmati di droni, e misurazioni fisiche sin dall'installazione del nostro primo esperimento sul campo a febbraio 2019 e il nostro secondo esperimento sul campo a ottobre / novembre 2019. Le immagini satellitari e i filmati dei droni ci danno un'indicazione visiva dell'accumulo di sabbia; però, è difficile quantificare la quantità di sabbia da quelle immagini. Quindi ci affidiamo molto alle misurazioni della profondità fisica. Abbiamo una serie di coordinate che inviamo ai nostri collaboratori alle Maldive che poi prendono una barca o una moto d'acqua verso quelle coordinate e prendono le misurazioni della profondità. Quindi confrontiamo queste misurazioni con le nostre misurazioni precedenti, considerando il giorno/ora e il rapporto con l'altezza della marea.

Con il nostro ultimo esperimento sul campo, abbiamo raccolto immagini e misurazioni fisiche per analizzare l'accumulo di sabbia. Ora stiamo vedendo circa mezzo metro (circa 20 pollici) di nuovo accumulo di sabbia su un'area di circa 20 metri per 30 metri, da novembre. Ovvero circa 300 metri cubi di accumulo di sabbia, tra circa quattro mesi. Consideriamo questi primi risultati promettenti che fanno parte di un'iniziativa a lungo termine in cui miriamo a continuare a testare questi approcci alle Maldive e in varie altre località in tutto il mondo.

Abbiamo recentemente ricevuto una sovvenzione National Geographic Exploration e abbiamo in programma di tornare alle Maldive per altre due installazioni sul campo entro la fine dell'anno e nel 2021. Il nostro obiettivo a lungo termine è creare un sistema di strutture sommergibili in grado di adattarsi al clima dinamico condizioni per crescere e ricostruire naturalmente le coste. Miriamo a scalare questo approccio e adattarlo a molte località in tutto il mondo per aiutare a ricostruire e stabilizzare le coste densamente popolate e le nazioni insulari vulnerabili.

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.