Geología

geología marina :

Ciudad perdida o Lost City es un campo de fuentes hidrotermales en el centro del océano Atlántico que son significativamente diferentes de las conocidas fumarolas negras halladas a finales de los años 70. Los respiraderos se descubrieron en diciembre de 2000 durante una expedición de la Fundación Nacional para la Ciencia deEstados Unidos al atlántico central. Una segunda expedición organizada en 2003 usó el DSV Alvin para explorar tales surgimientos. Los detalles de la química y biología del campo hidrotermal de Lost City fueron publicados en marzo de 2005.

Estas formaciones se localizan en la montaña submarinaAtlantis Massif, donde las reacciones entre el agua marina y la peridotita del manto superior producen fluidos ricos enmetano e hidrógeno que son altamente alcalinos (pH de 9 a 11) con temperaturas que van desde < 40° a 90° celsius. Hay un campo de unas 30 chimeneas compuestas por carbonato de calcio de 30 a 60 metros de altura, con algunas chimeneas menores.

Los respiraderos de Lost City liberan metano e hidrógeno en el agua circundante; no producen cantidades significativas de dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno o metales, que son los principales productos de las fumarolas negras volcánicas. La temperatura y pH del agua cercana a los dos tipos de fuentes hidrotermales también es significativamente diferente. Los datos isotópicos del carbono, oxígenoy estroncio y las edades medidas por radiocarbono dan fe de al menos 30,000 años de actividad hidrotermal dirigida por las reacciones de serpentinización que tienen lugar en Lost City, haciendo que la antigüedad de Lost City sea mayor que las fumarolas negras más antiguas conocidas por un factor de al menos dos órdenes de magnitud. De acuerdo con esto Lost City y las fumarolas negras soportan formas de vida enormemente diferentes.

La Ciudad Perdida mantiene varios invertebrados pequeños asociados con las estructuras carbonatadas, como caracoles, bivalvos,poliquetos, anfípodos y ostrácodos. Varios microorganismos viven en el interior y en las cencanías de los surgimientos. lasarqueobacterias del tipo Methanosarcina viven en el interior de las surgencias y oxidan metano; también viven bacterias relacionadas con las Firmicutes en su interior. En el exterior de los mismos, las arqueoobacterias, incluidas las recientemente descritas ANME-1 y bacterias, incluidas las proteobacterias oxidan metano, azufre e hidrógeno como fuente primaria de energía. Los respiraderos de Lost City carecen de la gran cantidad de biomasa de los organismos quimiosintéticos que son típicas de las zonas de fumarolas negras.

La Ciudad Prohibida proporciona a los geólogos, químicos y biólogos un ecosistema operativo para el estudio de la vida y otros procesos a expensas del metano y el hidrógeno.

Chimeneas hidrotermales de la Ciudad Perdida:
Una noche de diciembre del año 2000, mientras el buque de investigación Atlantis surcaba el Atlántico remolcando una cámara a unos 700 metros de profundidad, la geóloga Debbie Kelley y sus colegas descubrieron una chimenea blanca como la nieve que parecía brillar de tan caliente. Al explorar desde un sumergible, el quipo halló un "bosque" de agujas, una de ellas de 60 metros de altura. Aquel lugar, que bautizaron con el nombre deCiudad Perdida [Lost City], es un campo de chimeneas hidrotermales de un tipo totalmente nuevo, donde las bocas activas expulsan agua a temperaturas relativamente bajas, entre 40 y 75ºC, resultado de una reacción química etre el agua y una roca subcortical llamada peridotita. Cuando la solución alcalina emerge, precipita carbonato cálcico, que forma unas estructuras semejantes a las estalagmitas. Antes del hallazgo de la Ciudad Perdida, casi todas las chimeneas submarinas conocidas se encontraban en regiones de formación reciente y volcánicamente activas, como las dorsales mediooceánicas, donde el agua que mana de las chimeneas sulfurosas puede alcanzar temperaturas de hasta 405ºC. Pero las formaciones de la Ciudad Perdida se encuentran a 15 kilómetros de la dorsal medioatlántica, sobre un suelo oceánico de 1,5 millones de años de antigüedad, en un ambiente alcalino que podría ser similar al de la Tierra primigenia. (R.A.Lutz)

   

En los años ochenta se logró sacar a la superficie sérpulas gigantes, provenientes de las proximidades de chimeneas volcánicas submarinas. Asimismo, se descubrieron nuevas especies de mejillones en las filtraciones de metano del fondo del Golfo de México, en el tejido de cuyas branquias fueron halladas bacterias simbióticas metabolizadoras de dicho gas. Con gran frecuencia se descubren nuevos animales, plantas y microbios submarinos, mientras que un creciente número de de estudios demuestra el valor potencial de los organismos marinos ya conocidos, muchos de los cuales producen sustancias imposibles de encontrar en tierra firme. Cada hallazgo ofrece la oportunidad de descubrir nuevos materiales y técnicas. Una mejor comprensión del modo como construyen sus cáscaras los crustáceos, por ejemplo, ha ayudado a los científicos a desarrollar finos recubrimientos cerámicos, de aplicación ya corriente en la fabricación de motores de automóvil e instrumental clínico. Esos descubrimientos tienen a veces importantes consecuencias: un compuesto extraído de una esponja del Pacífico ha permitido desarrollar más de 300 análogos (compuestos químicos similares), muchos de los cuales están siendo probados como agentes antiinflamatorios. (Eric S.Grace)

En la cadena alimenticia bentónica son importantes las bacterias de los sedimentos. Suelen encontrarse donde hay grandes cantidades de materia orgánica. El conjunto de todas las bacterias en un metro cuadrado en la capa superior del limo puede llegar a pesar varias décimas de gramo. Las bacterias sintetizan proteínas de los nutrientes disueltos y, a su vez, se transforman en fuente de proteínas, grasas y aceites para otros organismos.

En 1977, los oceanógrafos descubrieron por primera vez las chimeneas hidrotermales de altas temperaturas situadas en aguas profundas a lo largo de las crestas volcánicas del suelo del océano Pacífico cerca de las islas Galápagos. Estas chimeneas arrojan chorros de líquidos supercalientes que calientan el agua circundante entre 8ºC y 16ºC, considerablemente superior a los 2ºC de temperatura ambiente. Desde entonces, los oceanógrafos han descubierto chimeneas similares en otras colinas volcánicas a lo largo de centros de rápida expansión del suelo oceánico, particularmente en el Atlántico medio y en el Pacífico oriental. Las chimeneas se forman cuando el agua marina fría fluye hacia abajo a través de las fisuras y hendiduras del suelo de lava basáltica en la profundidad de la corteza subyacente. Las aguas reaccionan químicamente con el basalto caliente, entregando algunos minerales pero enriqueciéndose con otros como el cobre, hierro, azufre y zinc. El agua, calentada a alta temperatura, vuelve a surgir a través de chimeneas mineralizadas elevándose a 13 metros por encima del suelo marino. Entre las chimeneas hay fumarolas blancas y negras. Las fumarolas blancas ricas en sulfuros de zinc emiten un fluido lechoso a 300ºC. Las fumarolas negras, chimeneas más angostas ricas en sulfatos de cobre, emiten chorros de aguas claras a 300ºC o más de 450ºC que rápidamente se vuelven negras por precipitación de partículas de minerales de azufre de grano fino. Asociada con estas chimeneas hay una rica diversidad de vida única en las profundidades del mar limitada a unos pocos metros del sistema de chimeneas. Los principales productores son bacterias quimiosintéticas que oxidan los compuestos de azufre reducidos como H2S para liberar la energía usada y formar materia orgánica a partir del dióxido de carbono. Los consumidores primarios incluyen a las almejas gigantes, los mejillones y los gusanos poliquetos que filtran bacterias del agua y se alimentan de las películas bacterianas de las rocas.

La expedición del velero Sorcerer II (2003):
El Instituto Craig Venter impulsa el proyecto Global Oean Sampling iniciado en 2003. Todo lo que se consiga secuenciar pasará a una base de datos de acceso público. La 'caza de genes' de Venter se realizó a través de dos expediciones en su velero privado, épicamente bautizado Sorcerer II en homenaje a una aventura equivalente, la British Challenger, que en la segunda mitad del siglo XIX documentó una parte importante de la biodiversidad macroscópica marina. Durante las expediciones del 'Sorcerer II', el equipo del Instituto Venter tomó muestras genéticas ligadas a una temperatura, un pH, una salinidad y una profundidad de una gran variedad de hábitats acuáticos, primero en el Mar de los Sargazos y luego a lo largo de casi 9.000 kilómetros a lo largo del globo, desde el noreste del Atlántico hasta el Pacífico Sur. Tras varios estudios, los investigadores pudieron constatar no sólo la enorme biodiversidad de los microorganismos, sino también su papel fundamental en el ciclo del carbono al eliminar cantidades ingentes de CO2 de la atmósfera. Muchos de estos procesos podrían encerrar las claves del cambio climático. Como ocurre con las especies animales y vegetales, también resultó que, a escala infinitesimal, existen puntos calientes de biodiversidad microbiana. Así fue como los investigadores hallaron en las Islas Coco, a 500 kilómetros al oeste de Costa Rica, en el Océano Pacífico, un auténtico paraíso de microorganismos como resultado del choque de distintas corrientes oceánicas que provocaba una subida a la superficie de nutrientes. La sorpresa fue aún mayor en las Islas Galápagos, donde la gran riqueza microscópica detuvo a los científicos durante dos meses. Habían encontrado una mina de genes nuevos. De la totalidad de los datos recogidos (tanto de lagos y estuarios como de mar abierto), los investigadores del Instituto Venter observaron que, pese a esa enorme diversidad, hay tres géneros de bacterias ampliamente distribuidos en el mar: Pelagibacter, Synechococcus yProchlorococcus. La dominancia de estos tres géneros sin duda debía obedecer a algún papel que desempeñaban en los ecosistemas.

El extraño campo de afloramientos descubierto hace poco más de dos años ha sorprendido a los científicos, no solo porque son los respiraderos más altos jamás vistos – hacen parecer pequeñas a la mayoría de fumarolas de otros lugares, superándolas en 100 pies-- sino también porque los fluidos que forman estas fumarolas obtienen el calor a partir de las reacciones del agua salada con un manto de rocas formadas hace un millón de años, y no de la joven actividad volcánica. El campo no se parece a ninguno visto antes, según Deborah Kelley, profesora de oceanografía asociada a la Universidad de Washington, y Jeff Karson, co-director científico y profesor de ciencias de la Tierra y Océanos de la Universidad Duke. Ambos visitaron los campos de fumarolas hidrotermales negras que los científicos llevan estudiando desde la década de los 70. El notable campo de afloramientos hidrotermales, llamado así porque se asienta parcialmente en una montaña submarina del Macizo Atlantis, que fue descubierta en medio del Océano Atlántico a unas 1.500 millas de la costa este de los Estados Unidos durante una expedición que ni siquiera estaba buscando fumarolas hidrotermales. “Quizás una buena analogía,” explica Kelley, “puede ser imaginarse volando en un pequeño avión usando un radar en la oscuridad a través de un bosque de secuoyas sin mapa y sin forma sencilla de localizarse. Si vuelas bajo, cerca de los troncos de los árboles será muy difícil ver el resto de la arboleda, pero si vuelas alto, los árboles individuales aparecerán como puntos en el radar. De modo similar, este es el método que usamos para explorar la Ciudad Perdida.” Ahora los dos científicos que fueron los primeros en viajar en un sumergible hasta el campo, tras su sorprendente descubrimiento el 4 de Diciembre del 2.000, están codirigiendo una expedición diseñada por la Fundación Nacional de Ciencia para cartografiar e investigar el campo con detenimiento. Un sitio web lanzado hoy seguirá a los 24 científicos a bordo del buque de exploración, el Atlantis, durante la expedición de 32 días que comenzará el 21 de Abril. Eyectando Vida, Pero No Volcánica La Ciudad Perdida es inconfundible en parte, debido al poderoso respiradero de 180 pies localizado allí, y al que los científicos llamas Poseidón, que es mucho mayor que las fumarolas negras estudiadas previamente, las cuales en su gran mayoría alcanzaban 80 pies o menos. La chimenea de la fumarola negra más alta jamás vista medía 135 pies y estaba localizada cerca de la costa de Washington (hace pocos años se vino abajo). En comparación con las fumarolas negras, que tienen motas oscuras producidas por la mezcla de minerales sulfúricos, las fumarolas de la Ciudad Perdida expulsan casi un 100% de carbonatos, el mismo material que las piedras calizas de las cuevas, y las emisiones varían cromáticamente de un bonito y limpio blanco hasta la crema o gris. Las diferencias vienen porque los afloramientos hidrotermales – un proceso en el cual el agua circula bajo el suelo marino, ganando calor y elementos químicos hasta que está lo suficientemente caliente como para volver al océano -- no parece tener conexión con la actividad volcánica y cámaras de magma. Al contrario que la mayoría de los sistemas, crestas y centros de emisión del interior del océano. Allí, donde se forma el joven suelo marino, a menudo en forma dramática durante erupciones volcánicas, es donde las fumarolas de agua pueden alcanzar altísimas temperaturas de hasta 700º F. Un centro de emisión rápido se reestructura cada 5 o 10 años, mientras que esto es bastante más raro en el Poseidón, donde las reestructuraciones pueden suceder solo una vez cada 5.000 o 20.000 años. La Ciudad Perdida está a nueve millas del centro de emisión más cercano y se asienta en una cresta de 1,5 millones de años. El calor, generado por los cambios químicos en las rocas, parece provenir de los afloramientos: el agua salada se permeabiliza en las profundidades de la superficie fracturada hasta el manto de rocas, donde transforman el mineral de olivina en un nuevo mineral, la serpentina. El calor no es tan grande como en los lugares con actividad volcánica, pero es lo suficientemente alto como para provocar la circulación hidrotermal y producir emisiones desde los afloramientos de 105º a 170º F. Vida en Casa en la Ciudad Perdida Los afloramientos de fluidos de la Ciudad Perdida dan cobijo a una comunidad de microorganismos que se cree que viven del metano e hidrógeno, ambos subproductos de la serpentinización. Esto lleva a Kelley, Karson y otros, a especular que la vida en este planeta pudo haber comenzado justamente en un medioambiente como este, y más teniendo en cuenta que en las primeras fases en la historia de la Tierra, una gran cantidad de manto rocoso estaba expuesto al agua marina. Y lo mismo podría estar ocurriendo en otros mundos. “Los carbonatos de la Ciudad Perdida albergan una densa diversidad de comunidades microbiales, “ apunta kelley. “Los organismos forman una delgada película que cubre la superficie mineral. Creemos que estos sistemas darán cobijo a comunidades microbiales extensivas, entre las que tal vez se incluyan bacterias del metano y de la oxidación del hidrógeno.” Se cree que una tercera parte de la biomasa total de la Tierra reside a cientos de metros bajo la superficie de los océanos. Se estima que la densidad celular debe ser altísima, en torno a mil millones de células por centímetro cúbico. “Desafortunadamente, los instrumentos aún no están lo bastante desarrollados como para caracterizar las poblaciones microbiales,” dice Kelley, aunque las muestras de cultivos en laboratorio indicaron que los microorganismos amantes del calor se adaptan y crecen bien en rangos de temperaturas termofílicas (50-70º C) y mesofílicas (25º C). “El objetivo a largo plazo es desarrollar estaciones de observación del suelo submarino que nos permitan investigaciones prolongadas acerca del apoyo volcánico a la vida en estos ambientes, y también investigar como afectan los terremotos a la emisión de gases del suelo oceánico y a la vida microbial. Estas son la clase de preguntas que tienen alcance planetario. Tal vez aprendiendo como abordar tales preguntas obtengamos guías útiles acerca de la exploración de otros planetas." ¿Qué sigue? El equipo abandona Barbados el 21 de Abril a bordo del Atlantis, patrocinada por Woods Hole. Tardarán 5 días en alcanzar el punto del océano que cubre la Ciudad Perdida, donde los investigadores usarán el sumergible Alvin, así como un explorador autónomo no tripulado. Entre los destacados en la expedición figura el piloto Pat Hickey, que guió a Kelley y Karson a bordo del Alvin a observar la Ciudad Perdida, el día después de que el sonar indicase su presencia tras unas inspecciones rutinarias llevadas a cabo por un vehículo no tripulado, manejado por control remoto. Solo hubo tiempo para una simple inmersión antes de que la expedición concluyese y el mal tiempo comenzase, de modo que los científicos solo pueden decir que el campo mide 300 por, tal vez, 1700 pies y que aproximadamente cuenta con 30 estructuras de ventilación. Desde entonces el campo ha sido visitado por una tripulación filmográfica de los Estados Unidos, que no incluía a científicos, y por un grupo Ruso que tomó una pocas muestras. El trabajo de este y del próximo mes incluirá un estudio del agua que hay sobre el campo, en busca de pistas que ayuden a encontrar otras Ciudades Perdidas y la visita a una montaña cercana que parece prometedora. Los investigadores examinarán también el crecimiento de los microorganismos que extraigan de las chimeneas. El proyecto engloba a científicos, ingenieros y estudiantes de la Universidad de Washington, de la Universidad Duke, de la Institución Oceanográfica Woods Hole, de la Administración Nacional Atmosférica y Oceánica, El Instituto Suizo para la Mineralogía y Petrología y la Institución Nacional de Japón para la Ciencia Industrial Avanzada y Tecnología. Los colaboradores son: Jeff Karson, Universidad Duke, Copiloto durante la inmersión del descubrimiento; Matt Schrenk (estudiante graduado en astrobiología de la Escuela de Oceanografía de la Universidad de Washington); y John Baross, también miembro facultativo en astrobiología y oceanografía.