Una increíble manera de usar el viento para volar casi sin esfuerzo miles de kilómetros sobre el océano
Los albatros errantes (Diomedea exulans), que son una icónica vista en el Océano Austral, están altamente adaptados al vuelo de larga distancia. Su envergadura de más de 3 metros es la más grande conocida de cualquier ave viviente y, sin embargo, los albatros errantes vuelan sin apenas batir sus alas. En cambio, dependen del vuelo dinámico, que aprovecha la cizalladura del viento cerca de la superficie del océano para obtener energía, además de las corrientes ascendentes y la turbulencia.
Ahora los investigadores, incluido Philip Richardson, científico emérito sénior en el Departamento de Oceanografía Física de la Institución Oceanográfica Woods Hole (WHOI), están descubriendo más pistas sobre cómo los albatros errantes son voladores tan increíbles.
En un nuevo artículo que analiza las pistas de GPS de los albatros errantes, los investigadores descubrieron que la velocidad de las aves aumenta con la velocidad del viento hasta una velocidad máxima de 20 metros por segundo (m/s; 72 km/h). Los investigadores desarrollaron un modelo de vuelo dinámico que predice que las aves podrían volar mucho más rápido que 20 m/s. El documento concluye que las aves limitan la velocidad del aire ajustando los giros en sus trayectorias para que estén alrededor de los 60°, y que con vientos bajos las aves aprovechan las corrientes ascendentes sobre las olas para complementar el vuelo dinámico.
"Presumimos que los albatros errantes limitan sus velocidades máximas con el viento a través del aire a ~ 20 m/s en velocidades de viento más altas (y mayor turbulencia del viento), probablemente para mantener la fuerza aerodinámica en sus alas durante el vuelo dinámico muy por debajo de los límites mecánicamente tolerables de fuerza de las alas", escriben los investigadores.
El documento agrega que, dado el complejo campo de olas de viento y mar de fondo a menudo presente en el Océano Austral, "también es posible que a las aves les resulte cada vez más difícil coordinar maniobras dinámicas de vuelo a velocidades más rápidas".
Con respecto a las bajas velocidades de vuelo de los albatros, el documento señala que un modelo teórico predijo que la velocidad mínima del viento necesaria para sustentar el vuelo dinámico es superior a 3 m/s. "A pesar de esto, se observaron albatros rastreados en vuelo a velocidades del viento tan bajas como 2 m/s. Presumimos que con estas velocidades de viento muy bajas, los albatros errantes vuelan obteniendo energía adicional de las corrientes ascendentes sobre las olas del agua", según el documento.
Imagen: Esquema de un albatros errante que vuela en dirección contraria al viento utilizando una maniobra dinámica de vuelo elevado en forma de S que consiste en una serie de giros a barlovento y a favor del viento a través de la capa límite. El ave extrae energía mecánica del viento subiendo con la cabeza en contra del viento y descendiendo con la cabeza en la dirección del viento. Las alturas de las olas suelen ser grandes en el Océano Antártico. Las interacciones viento-ola provocan un campo de viento instantáneo más complicado que el promedio que se muestra aquí, y las propias olas inducen corrientes ascendentes. Los albatros parecen explotar eficientemente estas variaciones a pequeña escala en la velocidad del viento, lo que hace que modelar su vuelo sea un desafío. Crédito: Royal Society Open Science (2022). DOI: 10.1098/rsos.211364
"Tratamos de averiguar cómo estas aves usan los vientos para recorrer largas distancias, sin sobrecargar sus alas, para buscar comida y regresar para alimentar a sus polluelos. Para hacer eso, modelamos el vuelo dinámico y lo que harían los diferentes ángulos de giro para estresar las alas de las aves y acelerar sobre el agua", dijo el coautor del artículo de la revista, Richardson. Una trayectoria de vuelo dinámico es una maniobra en forma de s que consiste en una serie de giros conectados, señaló.
"Esta investigación es un paso en la dirección de comprender cómo los albatros errantes pueden realizar estos viajes de alimentación y mantener una población bastante grande. Estas aves descubrieron una increíble manera de usar el viento para volar casi sin esfuerzo miles de kilómetros sobre el océano. Queríamos saber exactamente cómo lo hicieron", dijo.
Además de aprender más sobre los albatros, el estudio podría tener implicaciones más amplias para ayudar a los investigadores a comprender mejor cómo usar el vuelo dinámico para impulsar posibles planeadores tipo albatros para observar las condiciones del océano, agregó Richardson.
Para el estudio, los investigadores utilizaron GPS para rastrear 46 albatros errantes durante los viajes de alimentación que realizaron las aves entre febrero y septiembre de 2004. Las aves se estaban reproduciendo en Bird Island, que se encuentra en el extremo noroeste de Georgia del Sur en el Océano Atlántico Sur. Los albatros errantes carecen de suficiente musculatura para sostener un vuelo continuo de aleteo durante largos períodos de tiempo; sin embargo, tienen un bloqueo de hombro que mantiene mecánicamente sus alas extendidas para que se gaste poca energía mientras se elevan, según el documento.
Imagen: Esquema de una "ráfaga de vuelo" de albatros. Comenzando en un remolino de sotavento (o burbuja de separación) ubicado a favor del viento de una ola de cresta aguda, un ave sube a través de una delgada capa de cizalladura del viento (capa límite separada) que se ha desprendido de la cresta de la ola. Al cruzar la capa de cizalladura del viento, la velocidad aerodinámica del ave aumenta abruptamente y el ave experimenta una "ráfaga". En esta figura un remolino de sotavento es una región de líneas de corriente cerradas con circulación en el sentido de las agujas del reloj.
Desde los primeros días de la investigación científica, la forma en que muchas aves pueden elevarse, es decir volar sin aletear, ha fascinado y dejado perplejos a los observadores, dijo el coautor del artículo Ewan D. Wakefield, investigador afiliado de la Universidad de Glasgow y asociado de investigación postdoctoral en la Universidad de Durham, Reino Unido.
Los albatros errantes son particularmente notables por su capacidad de volar sobre la superficie del mar durante largos períodos, cubriendo grandes distancias, dijo Wakefield. Agregó que los principios físicos que explican el vuelo dinámico en altura se establecieron hace más de un siglo: básicamente, los albatros suben y bajan en picado entre capas de aire de movimiento rápido y lento cerca de la superficie del mar, ganando velocidad cada vez que lo hacen.
"Sin embargo, como muestra nuestro estudio, el vuelo del albatros en el mundo real difiere considerablemente de las predicciones de modelos físicos simples", dijo Wakefield.
"Por un lado, nuestros datos de rastreo GPS muestran que pueden volar y vuelan con vientos más ligeros de lo que los modelos de vuelo dinámico dicen que debería ser posible. Sospechamos que esto se debe a que también pueden volar surfeando corrientes ascendentes creadas por las grandes olas que constantemente surgen alrededor de su hogar en el Océano Antártico. Por otro lado, el límite superior de la velocidad aérea de los albatros que medimos es mucho más lento de lo que predice la física".
"Creemos que esto se debe a que los albatros necesitan mantener las fuerzas en sus alas dentro de límites tolerables. Después de todo, están hechos de hueso y músculo, no de aluminio y titanio. Por lo tanto, nuestro estudio apunta a formas en que los modelos teóricos deben refinarse para capturar más fielmente la asombrosa complejidad y belleza del vuelo de los albatros".
Richardson recordó estar fascinado por los albatros errantes desde que los observó durante un crucero oceanográfico en 1997 en el Océano Atlántico Sur. "Estábamos navegando contra el viento a 15 nudos, golpeando las olas, y estos albatros nos alcanzaron desde atrás y estaban navegando y pasándolo muy bien", dijo Richardson. "Me senté allí durante horas mirando a estas aves con asombro y preguntándome cómo podían volar así. Ahora estamos aprendiendo más sobre cómo lo hacen".
El artículo, "Observations and Models of Across-wind Flight Speed of the Wandering Albatross", ha sido publicado en la revista Royal Society Open Science.
