Los insectos que caminan sobre el agua revelan cómo pueden limpiarse los microplásticos

Los microplásticos son pequeñas partículas de plástico que pueden causar grandes problemas cuando ingresan al suministro de agua. Una forma en que mi laboratorio de dinámica de fluidos explora el movimiento de los microplásticos es estudiando cómo las gotas de lluvia empujan bajo el agua a los pequeños insectos que caminan sobre la superficie.

La exposición a la contaminación microplástica puede plantear riesgos para la salud, como problemas respiratorios y digestivos, mayor riesgo de diabetes y alteraciones del sueño. Pero los físicos como yo podemos estudiar cómo se mueven en el agua para aprender cómo limpiarla.

Los zancudos son pequeños insectos que pueden caminar sobre el agua. Son abundantes en zonas húmedas y lluviosas, y algunas especies pasan toda su vida sin tocar la tierra. Las gotas de lluvia pueden pesar más de 40 veces el peso de un zancudo y, durante las tormentas, ocasionalmente golpean directamente a los zancudos. Las gotas forman un pequeño cráter debajo de la superficie del agua que envuelve al zancudo antes de arrojarlo cuando el cráter colapsa hacia la superficie.

Los zancudos tienen fuertes exoesqueletos que les permiten sobrevivir al impacto de una gota de lluvia. Debido a que estos insectos repelen el agua y son muy livianos, generalmente rebotan inmediatamente. Pero a veces las gotas de lluvia forman un segundo cráter más pequeño justo debajo de la superficie. El segundo cráter suele formarse a partir de una caída grande y rápida.

Si el zancudo se encuentra dentro de este segundo cráter, podría quedar atrapado bajo el agua.

En el último estudio de mi laboratorio, capturamos zancudos de estanques locales y liberamos gotas que caían sobre sus tanques. Utilizamos videografía de alta velocidad y análisis de imágenes para ver qué tan rápido se sumergían los insectos cuando las gotas de lluvia los golpeaban.

Mis colegas y yo también medimos la aceleración del segundo cráter, más pequeño. Este cráter se retrae rápidamente: según nuestras mediciones, 50 veces la aceleración de la gravedad. Los zancudos no pueden sostenerse dentro de esta segunda burbuja, ya que la superficie en la que se encuentran se mueve hacia arriba muy rápidamente, y podrían caer bajo el agua y sumergirse. Si eso sucede, los zancudos realizan poderosas brazadas para intentar salir a la superficie.

Por qué es importante el estudio

Al igual que los zancudos, los microplásticos son muy ligeros y, a menudo, repelentes al agua. Suelen moverse sobre el agua de forma similar y las gotas de lluvia pueden sumergirlos. Cuando los contaminantes quedan sumergidos, son más difíciles de limpiar y la vida marina puede consumirlos .

Nuestra investigación nos dice que la rápida aceleración del segundo cráter hacia la superficie del agua juega un papel importante en el hundimiento de partículas diminutas, tanto zancudos como microplásticos.

Estudiar cómo se dispersan pequeñas partículas y organismos en el agua podría ayudar a los científicos a descubrir cómo prevenir y mediar en la contaminación por microplásticos.

Lo que aún no se sabe

Los zancudos acuáticos son tan repelentes al agua que llevan una burbuja a su alrededor llamada plastrón cuando se los empuja bajo el agua.

En el laboratorio, cuantas más veces sean golpeados por gotas antes de repeler el agua, es más probable que los zancudos permanezcan sumergidos durante períodos prolongados .

Los impactos de las gotas de lluvia parecen agotar el plastrón. Todavía no sabemos cuántos impactos repetidos pueden tolerar los zancudos y cómo los contaminantes químicos en las vías fluviales afectan su resistencia a la inmersión.

Que sigue

El trabajo futuro reemplazará a los zancudos en nuestros experimentos con partículas flotantes que imitan los microplásticos, con una variedad de tamaños, densidades y repelencia al agua. Esperamos que las partículas más grandes hagan que las gotas se rompan al entrar en contacto, mientras que las partículas más pequeñas probablemente sean transportadas al aire o aerosolizadas por la salpicadura.

Y los striders no son sólo buenos modelos para el movimiento de microplásticos. Estudiar las piernas de los zancudos mientras nadan también podría ayudar a los investigadores a diseñar robots submarinos.

*Andrew Dickerson es profesor asistente de ingeniería mecánica, aeroespacial y biomédica en la Universidad de Tennessee. Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation