Hemos tenido la oportunidad de participar en un estudio recientemente publicado en abierto en la revista i-Forest sobre el papel de los denominados Compuestos Orgánicos Volátiles (VOCs) en la inflamabilidad de varias especies vegetales del ámbito Mediterráneo. Es un tema controvertido porque, a pesar de que existe abundante bibliografía sobre la influencia de estos compuestos en la inflamabilidad, sin embargo no existe mucha información sobre la relevancia real de dichos compuestos en la ignición y energía desprendida en la fase de llama, que podrían influir en la ignición de las plantas en el monte e incluso en algunas fases del comportamiento del fuego en campo. Dentro de la gran variedad de VOCs presentes en las plantas, compuestos que se sintetizan con diversos objetivos fisiológicos (comunicación entre plantas y defensa de perturbaciones bióticas o abióticas, estrés, etc.), son los terpenos, por su bajo punto de inflamación, los que más intervienen en la combustión de los vegetales. De hecho, algunos autores consideran que es el detonante de algunas aceleraciones súbitas observadas en campo denominadas "fuegos eruptivos". Todas las plantas emiten terpenos pero algunas además también los almacenan en su órganos internos, como es el caso de la mayoría de las coníferas (pinos, cipreses). En cambio otras plantas las emiten conforme las sintetizan, que es el caso de las especies del género Quercus (encinas, alcornoques y robles). Existen una variedad muy importante de terpenoides, muchas veces específicos, que suponen una fracción muy pequeña en el peso total de la planta (en este estudio se ha cuantificado entre el 0,02-0,24% correspondientes a 13 compuestos diferentes) ¿en qué medida son entonces el "caballo de Troya" que facilita la ignición y combustión de las plantas? Para responder a esta pregunta se ha diseñado un experimento de inflamabilidad exponiendo ramillos de diferentes especies (pinos, ciprés común y encina) a una fuente de calor de baja intensidad que permitiera una emisión lenta de los terpenos y permitiera diferenciar las diferentes fases de la combustión: precalentamiento, ignición, combustión con llama y combustión sin llama. Se reservaron parte de las muestras para analizar los terpenos y poder explorar las relaciones estadísticas entre estos compuestos y la inflamabilidad de las plantas. Los 13 compuestos detectados se agruparon según su peso molecular en 3 tipos: monoterpenoides (los más ligeros), monoterpenoides oxigenados y sesquiterpenoides (los más pesados).
Los resultados mostraron que los terpenoides explicaban entre el 19% y el 41% de la inflamabilidad de las plantas en las condiciones del experimento. Estos resultados hay que tomarlos con prudencia y no son aplicables directamente a escala de campo pero cuantifican la importancia de estos compuestos en la inflamabilidad de las plantas. De hecho, alteró el orden lógico de inflamabilidad relativa entre las especies estudiadas. Efectivamente, atendiendo a la relación superficie/volumen, esto es, la propoción de superficie expuesta a la radiación en relación al volumen de la hoja, el orden de mayor a menor inflamabilidad debería ser Pinos>Encina>Ciprés. Sin embargo los resultados muestran una alteración de este orden obteniendo Pinos>Ciprés>Encina (Figura 1), lo que implica que los terpenos almacenados en el ciprés (propiedades químicas) han aumentado su inflamabilidad respecto a lo que le correspondería según las propiedades físicas de sus hojas. Por otro lado se ha detectado que son el grupo de los sesquiterpenos los que influyeron más positivamente en la mayoría de los componentes de la inflamabilidad (facilidad de ignición, rapidez de combustión y energía liberada) respecto al resto de terpenos. Esto plantearía la hipótesis a contrastar en el futuro, que son los terpenos más pesados y menos volátiles los que intervendrían en mayor medida en la combustión durante los incendios puesto que los monoterpenos, aunque también están presentes, serían volatilizados en la fase de precalentamiento. Tal como nuestro grupo de investigación ha sugerido en publicaciones anteriores, se vienen detectando interacciones entre el contenido de agua de las plantas y su inflamabilidad a diferentes exposiciones de flujo de calor. Este estudio sugiere que el papel de los terpenos podría ser crucial en la explicación de estos procesos.
Figura 1. Probabilidad de ignición según la humedad del combustible para la especies estudiadas en condiciones de bajo flujo radiativo. Se observa que las especies que acumulan terpenos (pinos, ciprés común) presentan más probabilidad de ignición que la encina (Q. ilex), especie que no acumula terpenos en sus hojas.
Los resultados sugieren también consecuencias interesantes para valorar el posible aumento del riesgo de incendios en un contexto de estrés debido al cambio climático. Por tanto no sólo podría aumentar el peligro de incendios debido a la menor humedad de las hojas en condiciones de estrés hídrico, sino que este efecto se podría ver exacerbado por el aumento de los terpenos en hojas que intentan defenderse de los diferentes agentes bióticos (plagas y enfermedades). Como además estas hojas caen al suelo y entran a formar parte de la hojarasca, podría aumentar la inflamabilidad y por tanto el riesgo de incendio. Esto avalaría la necesidad, sugerida por muchos autores, de realizar una gestión adaptativa que mejore la salud y vitalidad de lo bosques para disminuir el estrés de las plantas, así como la necesidad del uso en los proyectos de restauración de ecotipos resistentes a estrés hídrico y a enfermedades. De igual forma es interesante resaltar la necesidad de tener en un buen estado de riego y vitalidad a las plantas en áreas de interfaz urbano-forestal puesto que plantas estresadas en condiciones de alta densidad, como son los setos, podría hacerlos significativamente más inflamables, tanto por la mayor cantidad de biomasa muerta como por la mayor acumulación de terpenos en las hojas.
Referencia: Della Rocca G, Madrigal J, Marchi E, Michelozzi M, Moya B, Danti R (2017) Relevance of terpenoids on flammability of Mediterranean species: an experimental approach at a low radiant heat flux. i-Forest 10: 763-775. Disponible open access en http://www.sisef.it/iforest/contents/?id=ifor2327-010
El pasado mes de agosto las empresas ISK e HISPAMAST, mediante el sistema de Servicio a Empresas del INIA, propusieron al Laboratorio de Incendios Forestales del CIFOR el testado del equipo de protección frente a incendios que vienen desarrollando desde hace varios años. Este sistema consiste en un procedimiento completo en caso de atrapamientos que implica la protección de las partes más vulnerables del vehículo (ruedas), la generación de una barrera de agua de alta presión para reducir la radiación recibida por el imapcto del frente de llama y por último, la formación de un habitáculo de autoprotección para 4 personas tipo "shelter". Presenta la novedad de disponer de un suplemento de oxígeno que permite la disponibilidad de aire respirable a la temperatura adecuada por parte de los bomberos. En este vídeo de la empresa podeís ver todo el procedimiento.
El trabajo desarrollado en el INIA consistió en testar el habitáculo de autoprotección para comprobar su comportamiento ante la exposición a la radiación y convección directa procedente de un frente de llama. Para ello se utilizó el túnel de viento del INIA, una infraestructura singular y única en España que permite reproducir frentes de fuego en condiciones controladas al aire libre, de tal forma que el comportamiento es muy similar a un frente real, siempre con las conocidas limitaciones de escala. Como ventaja importante, el dispositivo permite repetir ensayos con las mismas condiciones y variar el flujo de viento para el combustible seleccionado. En esta ocasión, se eligió someter al equipo a la mayor intensidad que pudiéramos generar en condiciones de laboratorio. Para ello se reprodujo en el túnel un modelo de combustible con una carga de biomasa similar a un modelo 4 del sistema BEHAVE, el más peligroso desde el punto de vista de intensidad energética procedente del frente de llama. Así dispuesto y mediante el seguimiento con termopares y la medición de las variables que intervienen en el proceso, se consiguió generar un frente de fuego que emitió una intensidad lineal estimada en 600 kW/m. El dispositivo se expuso a este frente y se midieron las temperaturas exteriores e interiores, así como las temperaturas de las partes vitales de un maniquí situado en su interior. Los resultados mostraron un buen comportamiento del equipo en cuyo interior no se alcanzaron temperaturas que pusieran en riesgo la vida humana. El resumen del experimento lo podéis ver en este vídeo que la empresa ha encargado al realizador Paco Quntans, director de la película Uno de los Nuestros de las que hemos hablado en este blog.
El Laboratorio de Incendios Forestales del INIA está especializado en caracterizar combustibles vegetales, pero ¿por qué es necesario caracterizarlos? La vegetación es uno de los componentes del triángulo del fuego durante los incendios, junto con la topografía y la meteorología, por tanto su caracterización es imprescindible para describir y modelizar su implicación en el comportamiento del fuego y en las estrategias de resistencia y resiliencia de los ecosistemas mediterráneos a los incendios. Dentro de estas líneas de investigación, recientemente hemos propuesto nuevos protocolos experimentales de laboratorio para caracterizar la reacción al fuego de cortezas de árboles y la transmisión de calor hacia los tejidos vivos. Generalmente estos estudios se realizan en campo, bien mediante la evaluación tras incendios forestales de los daños producidos en los troncos, o bien mediante la medición en quemas experimentales de las temperaturas alcanzadas en la corteza y en los tejidos vivos a través de la colocación de sensores (termopares). Los estudios de campo son más fieles a la realidad pero el control de las variables implicadas es difícil. Como ejemplo, cabe destacar la dificultad para evaluar la intensidad real de radiación recibida por el árbol y, en cualquier caso, esta determinación se realiza por métodos indirectos. El laboratorio presenta el inconveniente de la escala de trabajo pero la gran ventaja del control más preciso de las variables. Por tanto, ambos métodos deben complementarse para llegar a resultados aplicados. En nuestro caso, hemos utilizado y mejorado las metodologías que ya teníamos puestas a punto para evaluar la inflamabilidad de combustibles forestales para adaptarlas al caso de las cortezas de árboles. En este video podéis ver un resumen de los protocolos propuestos:
Un claro ejemplo de corteza de alta resistencia a la trasmisión de calor, por sus conocidas propiedades aislantes es el corcho, esto es, la corteza del alcornoque (Quercus suber L.). Como resultado de la colaboración científica llevada a cabo con la Universidad de Tlemcem (Argelia), estos protocolos se han desarrollado usando muestras de corcho sin tratar procedentes de alcornocales de diferentes regiones argelinas (Figura 1). Los resultados han ratificado las propiedades aislantes del corcho, que consiguieron retrasar más de 2 minutos las temperaturas letales en los tejidos vivos. Igualmente, se ratificaron resultados de campo obtenidos por diversos autores que sugieren un espesor mínimo de 3 cm de corcho para asegurar la protección del tronco y disminuir la probabilidad de muerte del ejemplar. Este estudio puso también de manifiesto el papel decisivo que podría jugar la "raspa" o tejido muerto exterior característico del corcho de reproducción y no presente en el corcho "virgen" o "bornizo" (ver Figura 1). Los estudios de campo sugieren que las masas de alcornocal explotadas para la producción de corcho son más vulnerables a los incendios, incluso si el fuego afecta a alcornocales con suficiente corteza (al menos los 3 cm que se han comentado). Dichos autores apuntan que esta mayor vulnerabilidad de las masas descorchadas podría deberse al estrés causado por los reiterados descorches a lo largo de la vida del árbol. Nuestro estudio sugiere que la presencia de la "raspa" podría intervenir en la mayor vulnerabilidad de estos árboles respecto a ejemplares no descorchados, al aumentar significativamente la inflamabilidad y la transmisión de calor, tanto más cuanto mayor espesor presenten dichos tejidos muertos de la capa exterior del corcho de reproducción (Figura 2). El espesor de esta "raspa" se relaciona con las buenas prácticas del descorche y sobre todo con la sequía estival, observándose mayores espesores en las procedencias más secas. Ante las previsiones de cambio climático ¿es posible una tendencia al aumento de los espesores de la "raspa" que pueda hacer más vulnerables a los alcornocales ante los incendios?
Figura 1. Esquema y fotografía de una muestra de corcho ensayada en laboratorio (Corkback=raspa, cork=corcho, cork belly="vientre" de la muestra en contacto con tejidos vivos)
Figura 2. (a) Protocolo de inflamabilidad en configuración horizontal (b) Protocolo de configuración de ensayo vertical de resistencia al fuego (c) Vista de diferentes espesores de corcho ensayados (d) Aspecto de una muestra tras el ensayo
A la vista de estos resultados, consideramos que los protocolos de laboratorio propuestos pueden ser aplicados a diferentes especies arbóreas para el estudio del papel de la corteza en su resistencia al fuego. Estos potenciales trabajos pueden tener aplicación en aspectos de la ecología del fuego y regeneración post-incendio así como en la mejora de las prescripciones de las quema bajo arbolado como tratamiento preventivo frente a incendios forestales.
Referencia:
Belkheir Dehane, Javier Madrigal, Carmen Hernando, Rachid Bouhraoua and Mercedes Guijarro (2015) New bench-scale protocols for characterizing bark flammability and fire resistance in trees: Application to Algerian cork. J Fire Sci 33(3) 202–217.