Entendiendo el comportamiento de los microplásticos en el mar

Investigadores de la Universidad Tecnológica de Viena han usado cámaras de alta velocidad para caracterizar el comportamiento de las microfibras de plástico en una corriente acuática, lo que podrá contribuir a predecir su propagación a escala mundial.

Los microplásticos son un problema mundial: acaban en ríos y océanos, se acumulan en organismos vivos y perturban ecosistemas enteros. Resulta difícil describir científicamente cómo se comportan estas partículas diminutas en una corriente, sobre todo en el caso de las microfibras, que constituyen más de la mitad de la contaminación por microplásticos en los seres vivos marinos. En corrientes turbulentas, es casi imposible predecir su movimiento.

Ahora, científicos de la Universidad Tecnológica de Viena (TU Wien), en Austria, han logrado caracterizar el comportamiento de estas fibras microplásticas en experimentos realizados en un canal de flujo con ayuda de cámaras de alta velocidad. Esto debería constituir la base de nuevos modelos que puedan utilizarse para predecir la propagación de los microplásticos a escala mundial. Los resultados se han publicado en la revista Physical Review Letters.

«La forma en que las partículas de microplásticos se mueven, dispersan y asientan depende de su dinámica rotacional», explica Vlad Giurgiu, primer autor de la publicación y estudiante de doctorado en el equipo del profesor Alfredo Soldati en TU Wien. «Esto es fácil de analizar en el caso de partículas casi esféricas. Pero normalmente, los microplásticos son fibras alargadas y curvadas». En este caso, se producen efectos complicados: Las fibras pueden girar en las tres direcciones espaciales, y esta rotación también influye en su interacción con el flujo circundante.

«En un flujo laminar perfectamente uniforme podríamos predecir teóricamente el comportamiento de objetos simples, como esferas o elipsoides», afirma Marco De Paoli, que colabora con el equipo en el Instituto de Mecánica de Fluidos y Transferencia de Calor de TU Wien. «Pero en el mundo real no se trata de flujos perfectamente laminares ni de partículas perfectamente simétricas. En su lugar, hay turbulencias y formas complejas que influyen significativamente en el transporte de las partículas. Esto hace que las predicciones teóricas sean imposibles».

Lo que ocurre exactamente es difícil de calcular. «Ya se han hecho varias simulaciones por ordenador, pero se basan en modelos simplificados para describir el comportamiento de las fibras», dice Vlad Giurgiu. «Por tanto, se necesitan datos experimentales con los que comparar y mejorar estos modelos teóricos».

Precisamente este tipo de datos pueden obtenerse en el Canal de Agua Turbulenta de TU Wien, situado en el Centro Científico Arsenal (Viena). Se pueden generar flujos controlados en una trayectoria de 8,5 metros de longitud. Se introdujeron en el agua pequeñas fibras microplásticas curvadas de 1,2 milímetros de longitud y se expusieron a un flujo turbulento.

Seis cámaras de alta velocidad

El equipo instaló seis cámaras especiales justo encima de la superficie del agua: a una frecuencia de 2.000 imágenes por segundo, recogieron imágenes de alta resolución de las partículas de microplástico en la corriente. La posición tridimensional y la orientación de cada microplástico pueden calcularse analizando estas imágenes. «Teóricamente, esto también funcionaría con sólo dos cámaras, pero con seis los datos son aún más fiables y precisos, sobre todo cuando la concentración de partículas es alta», explica Giuseppe Carlo Alp Caridi, coautor del estudio y jefe de Reconstrucción Óptica del Instituto de Mecánica de Fluidos y Transferencia de Calor de TU Wien.

De este modo, se puede extraer una gran cantidad de datos sobre el movimiento de cientos de miles de partículas microplásticas y analizarlos después estadísticamente. «Por ejemplo, resultó que las fibras muestran un comportamiento completamente distinto cerca de una pared que en medio del flujo de agua, lejos de las paredes», explica Vlad Giurgiu.

Esto significa que ahora se dispone por primera vez de datos fiables para validar modelos de cálculo teóricos sobre el comportamiento de esas partículas. En el futuro, también debería ser posible predecir la propagación de las fibras microplásticas a gran escala.

«Imagina que tienes un barco que puede filtrar microplásticos del agua de mar», dice Marco De Paoli. «Entonces necesitas saber cuál es el mejor lugar para enviar este barco; después de todo, el océano es realmente grande. Si entiendes con precisión el comportamiento de las partículas, la respuesta puede calcularse con gran fiabilidad».