FRANCESCA RIBAS. Investigadora en dinámica de playas del grupo Dinámica de Fluidos y Aplicaciones Geofísicas y Tecnológicas (DF-GeoTech), Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech

Las playas de arena ocupan el 31 % de las costas de nuestro planeta y tienen mucho valor tanto a nivel social y económico como desde un punto de vista ecológico. Además, son fundamentales para proteger de los temporales a las ciudades e infraestructuras que a menudo construimos cerca del mar.

Se sabe que las playas sufrirán más a menudo episodios de erosión e inundación debido al calentamiento global. De todas formas, se necesitan modelos matemáticos para hacer proyecciones cuantitativas y validar medidas de mitigación. Aunque estas proyecciones todavía tienen muchas incertidumbres asociadas, en los últimos años se han realizado grandes avances.

¿Cómo se mueven el agua y la arena en las playas?

Las playas de arena son muy dinámicas y su comportamiento es extremadamente complejo. El oleaje generado por el viento en mar abierto viaja largas distancias transportando energía hasta llegar a la costa. Las olas se propagan por encima del nivel medio del mar, que cambia en función de la marea astronómica y la marea meteorológica. Esta última depende de la presión atmosférica y es la responsable de la elevación del nivel del mar que ocurre durante un temporal.

Cuando las olas rompen en la playa, toda su energía se transforma en corrientes y se produce un transporte de sedimentos que puede ser muy intenso. Como resultado, la playa cambia su morfología (es decir, la posición de su lecho) y esto a su vez afecta al oleaje y a las corrientes.

Los temporales producen cambios en las playas en cuestión de horas. La zona habitualmente emergida se inunda debido a la marea meteorológica y las olas erosionan arena de esta zona para depositarla en la parte sumergida. Las olas menos energéticas posteriores tienen la capacidad de mover la arena otra vez hacia la costa, produciendo una cierta recuperación de la playa en cuestión de semanas. También se produce transporte de arena longitudinalmente a lo largo de la costa.

Sin embargo, aún no conocemos con exactitud todos los complejos procesos de transporte de sedimentos en playas. Por lo tanto, se deben calibrar con datos los modelos de evolución de playas, es decir, optimizar sus resultados comparando observaciones históricas en playas reales.

Como consecuencia, las proyecciones cuantitativas sólo se pueden hacer a nivel regional y es imprescindible tener una buena base de datos observacionales. Incluso así, la mayoría de modelos matemáticos existentes tienen una limitada capacidad de predicción, especialmente a escalas de meses a décadas.

Consecuencias del calentamiento global

En primer lugar, el nivel del mar está subiendo aceleradamente en todos los océanos y mares abiertos como consecuencia del cambio climático, como constatan los datos del último siglo.

Subida del nivel medio del mar global en el periodo 1900-2005 (morado) y proyecciones hasta 2100 correspondientes a dos escenarios de emisiones: el más optimista en color azul y el más pesimista en color rojo. IPCC

Las dos razones principales son el deshielo de los glaciares y la dilatación térmica del agua de los océanos, efectos que continuarán actuando a lo largo del siglo XXI. Se publican previsiones de subida del nivel del mar periódicamente para diferentes escenarios de emisiones de CO₂ en función de la respuesta mundial a la emergencia climática en las próximas décadas. Según estas proyecciones, a finales de siglo el nivel del mar medio se podría situar entre 45 cm y 85 cm por encima del nivel de principios del siglo XXI.

En paralelo, el calentamiento global puede ocasionar también cambios en los patrones e intensidad de los temporales, pero los aumentos medidos varían drásticamente en los diferentes mares y océanos. En algunas regiones, se ha producido incluso una disminución.

A lo largo del siglo XXI se prevé que pueda seguir aumentando la intensidad de los temporales aunque también con mucha variabilidad geográfica (Figura 2). Por ejemplo, según estas proyecciones se producirán aumentos de más de 2 m en el oleaje del océano Antártico mientras que el mar Mediterráneo no experimentará cambios. Además, la incertidumbre asociada a estas proyecciones del oleaje es todavía muy elevada.

Cambio proyectado a finales del siglo XXI (respecto a principios de siglo) en la altura de ola significante durante temporales extremos en el escenario más pesimista de emisiones. Valores promedio de los resultados de diferentes modelos. Lobeto, H., Menendez, M. & Losada, I.J. Future behavior of wind wave extremes due to climate change. Sci Rep

¿Cómo se verán afectadas las playas?

En la actualidad, se está erosionando un porcentaje importante de playas de arena de nuestro planeta. El cambio climático ya está desempeñando cierto rol, pero cuantificarlo es complicado porque hay otros efectos de la actividad humana que han influido de manera más relevante durante el último siglo. Por ejemplo, la urbanización de costas y ríos y la construcción de infraestructuras, como puertos y pantanos, han sido las principales responsables de la erosión en muchas zonas.

Sin embargo, sabemos que el aumento acelerado del nivel del mar a lo largo del siglo XXI tendrá un efecto enorme. Provocará un aumento de los episodios de inundación y erosión y un retroceso de la línea de costa, incluso aunque no aumenten los temporales. Por un lado, la subida del nivel del mar implicará un retroceso directo de la línea de costa por pura inundación. Por otro lado, los temporales actuarán sobre zonas de las playas que hoy en día están siempre emergidas produciendo erosión neta, con pérdida de sedimento hacia mar adentro.

¿Podemos cuantificar estos efectos?

Para cuantificar el efecto del cambio climático en las playas, se necesitan modelos matemáticos de evolución de playas que hayan demostrado capacidad de predicción a escalas de décadas. Estudios recientes muestran que algunos modelos pueden reproducir unos 10 años de observaciones regionales, después de calibrarlos con datos.

Cálculos posteriores con estos modelos a 2100 proyectan retrocesos de la línea de costa desde decenas de metros hasta un centenar de metros, dependiendo del tipo de playa y del escenario de cambio climático. Aunque las playas naturales tienen capacidad para adaptarse a un nivel del mar más alto migrando hacia tierra, un porcentaje elevado de ellas están urbanizadas y pueden desaparecer si no se aplican medidas de mitigación.

Cualquier ejercicio de modelización debe incluir un análisis de la incertidumbre asociada a cada proyección. Por un lado, hay diferentes escenarios de subida del nivel del mar en función de las emisiones de CO₂. También hay mucha incertidumbre respecto a las condiciones climáticas futuras (oleaje y marea meteorológica). Finalmente, hay incógnitas en las fórmulas para el transporte de sedimentos de los modelos.

Los estudios más recientes ya incluyen este tipo de análisis e indican que el desconocimiento del transporte de sedimentos domina la incertidumbre en las proyecciones de las primeras décadas mientras que la existencia de diferentes escenarios de nivel del mar controla la incertidumbre en la segunda mitad del siglo XXI (Figura 3).

Proyecciones de área total de playa seca en el siglo XXI en una región de 17 km de la costa sur de Holanda en el escenario más optimista (azul) y el más pesimista (rojo). Las franjas indican la incertidumbre asociada a los valores de los parámetros de transporte de sedimentos. Author provided

En resumen, aunque ya sabemos que la subida del nivel del mar hará retroceder la línea de costa de las playas de arena, necesitamos modelos matemáticos para cuantificarlo y poder validar potenciales medidas de mitigación. Los avances de los últimos años demuestran que se puede alcanzar suficiente capacidad de predicción, controlando las incertidumbres. Además, se está trabajando en conseguir fórmulas más precisas del transporte de sedimentos, obtener buenos datos observacionales y seguir mejorando los modelos. Todo esto nos permitirá actuar con más conocimiento para proteger estos entornos tan valiosos y vulnerables.

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation.