¿Cómo se comportan las plantas acuáticas al mecerse con la corriente?

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Debajo de la superficie de los ríos y arroyos, las plantas acuáticas se mecen con la corriente, jugando un papel invisible pero vital en la vida de la vía acuática. Mediante una nueva serie de experimentos que modelan estas ondulaciones bajo el agua, investigadores han medido los niveles actuales de las curvas de las plantas y las fuerzas de arrastre ejercidas sobre ellas, un análisis que es importante para manejar y comprender mejor estos sistemas acuáticos y, potencialmente, incluso para dispositivos de captación de energía.

Ocultas en el abismo de agua, las plantas retardan el flujo, previenen la erosión y son importantes para el transporte de sedimentos, la calidad del agua y como hábitat para plantas y animales. Para los científicos que quieren entender mejor estos ríos y ecosistemas, así como para los gesores de tierras que quieren asegurar la salud de estos ambientes, es vital saber cómo el flujo de agua afecta físicamente a las plantas.

Una corriente que es demasiado fuerte, por ejemplo, puede romper, arrancar y matar la vegetación. Conocer las fuerzas que se ejercen puede ayudar a los gestores de tierras a determinar cómo desviar el flujo y proteger las plantas. Las mediciones de las fuerzas de arrastre también podrían aportar información para simulaciones por ordenador que modelan la mecánica de fluidos y la dispersión de importantes productos químicos y nutrientes alrededor de las plantas.

Las plantas retardan el flujo, previenen la erosión y son importantes para el transporte de sedimentos, la calidad del agua y como hábitat para plantas y animales

Sin embargo, la investigación anterior ha analizado solamente estas fuerzas en una sola planta o en la hoja, descubriendo que se deforma y se curva para reducir las fuerzas, pero ignorando el efecto de las plantas vecinas en las colonias acuáticas. "Se conocían las fuerzas en una sola planta, pero no era obvio que puede haber fuertes interacciones entre plantas individuales cuando se colocan bajo el agua en una matriz", señala Delphine Doppler, físico de la Universidad de Lyon, Francia.

Menos curvatura cuando las plantas están cerca unas de otras

Ahora, Doppler y sus colegas han estudiado la fuerza de arrastre experimentada por una planta individual en su colonia. En particular, evaluaron cómo la fuerza depende de la separación entre plantas y cómo la deformación de la planta depende de la velocidad de flujo y el tamaño de la planta, como describen en un artículo publicado en 'Physics of Fluids'.

En sus experimentos, los investigadores modelaron plantas usando tiras de plástico flexibles de 10, 15 y 20 milímetros de ancho y 60 milímetros de alto. Colocaron y alinearon las tiras en un tanque de agua inclinado que permite un flujo controlado por una pendiente y mediante el uso de cámaras y al conocer la inclinación del tanque, los investigadores pudieron determinar cómo empuja el agua las plantas simuladas: incluso cuando está rodeada por las demás, una tira se dobla de la misma manera como si fuese la única.

La fuerza de arrastre, por el contrario, disminuye a medida que los investigadores sitúan las tiras más cerca porque las tiras cercanas bloquean algo del flujo, reduciendo la fuerza sobre otra. Por tanto, no es necesario que las plantas individuales en un dosel acuático denso se deformen tanto como una sola planta para evitar daños graves a partir de corrientes fuertes.

Sin embargo, cuando la distancia entre las tiras es de aproximadamente cuatro veces más larga que su anchura, este efecto de pantalla desaparece. Del mismo modo, el coeficiente de arrastre --un número que cuantifica la intensidad de la fuerza de arrastre-- se incrementa linealmente a medida que las tiras se quedan más separadas. El coeficiente se eleva hasta que la distancia es, de nuevo, alrededor de cuatro veces el ancho de la tira.

El nuevo análisis podría ayudar a los ingenieros que están diseñando dispositivos que conviertan la energía del movimiento de fluidos en electricidad, ya que emplean el mismo tipo de plástico flexible que imita a las plantas que se balancean. Según Doppler, el siguiente paso es el estudio de los movimientos de las olas entre la punta de las plantas y la superficie del agua. El flujo en esta región juega un papel importante en el intercambio de sustancias químicas y nutrientes entre las plantas y el agua.

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