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Campo de ventilación del arco iris

Mapa de la triple unión de las Azores. En esta imagen, el arcoíris se encuentra a 36° 14' N y 34° 5' O.

El campo de ventilación hidrotermal Rainbow es un sistema de ventilación hidrotermal alojada en ultramáficos ubicado a 36°14'N en la Dorsal Mesoatlántica (MAR). Fue descubierto en 1994 a partir de lecturas de temperatura de diez fumarolas negras de alta temperatura a una profundidad de aproximadamente 2,3 kilómetros (1,4 mi), donde los fluidos pueden superar los 365 °C (689 °F). [1] [2] El sitio es menos profundo y más grande en área que muchos otros campos de ventilación a lo largo de la sección Azores de la MAR con un área de 1,5 kilómetros cuadrados (370 acres). [3] [4] Ubicado a 370 km (229,91 mi) al sureste de la isla de Faial , es un sitio popular de muestreo y modelado geoquímico debido a la proximidad a las Azores y la representación definitiva de la serpentinización a partir de la circulación y síntesis hidrotermal . [5]

La geología, la biología y el contenido de fluidos de los respiraderos hacen que Rainbow sea comparable a otros respiraderos hidrotermales calientes de las Azores, como Lucky Strike y Menez Gwen. Sin embargo, la clorinidad , la concentración de metales y el pH lo distinguen de los campos de respiraderos vecinos. [6] Como campo de respiraderos calientes alojados en ultramáficos, los niveles de pH de los fluidos son extremadamente bajos y se genera mucho H 2 y CH 4 a partir de las interacciones del agua con rocas ígneas máficas .

Aunque no se ha considerado activamente su desarrollo, Rainbow se encuentra dentro del área de estudio MoMAR (Monitoreo de la Cordillera del Atlántico Medio) para un observatorio marino. [7] [8]

Descubrimiento y expediciones

ROV JASON , operado por la Institución Oceanográfica Woods Hole .

Rainbow ha recibido numerosas visitas desde su descubrimiento inicial en 1994. Se han desplegado vehículos operados remotamente (ROV), sumergibles y sondas de conductividad, temperatura y profundidad (CTD) para tomar muestras, caracterizar y explorar el campo de ventilación.

Entorno geológico

Rainbow se encuentra en un macizo a una profundidad de 2275–2335 m (7464–7661 pies), compartido con dos sitios de ventilación fósiles (en su mayoría inactivos), Ghost City y Clamstone. [2] Como una cresta de expansión lenta a aproximadamente 2,2 cm/año, el fallamiento extenso ha levantado gabro y peridotita y ha expuesto roca ultramáfica al agua de mar fría. [6] El fallamiento también puede ser responsable de terremotos de magnitud 3 a 3,5 observados en datos hidroacústicos, lo que sugiere que la región es tectónicamente activa. A diferencia de los sistemas de basalto de alta temperatura , este entorno ultramáfico está asociado con una anomalía magnética positiva ; se postula que proviene de la precipitación de magnetita . El sitio activo Rainbow exhibe numerosas chimeneas activas e inactivas en afloramientos de peridotita serpentinizada, distinguibles de la cubierta de sedimentos ya sea por sobresalir del sedimento o en un escarpe . Las concentraciones de cloruro de los fluidos de ventilación sugieren una fuente de calor común para el sitio, aunque se desconoce la ubicación y la geometría de las fuentes de calor. [14]

Circulación hidrotermal

Debido a las extensas fallas del macizo Arcoiris, el agua fría del océano puede penetrar profundamente en el fondo marino. [17] El agua circula por una falla y reacciona activamente con varias capas de sedimentos y rocas hasta que se calienta por una fuente de calor subyacente. Cuando se calienta, puede experimentar una transición de fase, que a menudo da como resultado cambios drásticos en la química de los fluidos. Los fluidos de ventilación supercalentados luego suben y son expulsados ​​del fondo marino, donde una caída drástica de la temperatura debido a la mezcla de agua fría puede hacer que algunas sustancias químicas de los fluidos se precipiten y formen chimeneas.

Con relativamente poco basalto dentro de un kilómetro del campo de ventilación, la mayoría de las reacciones que influyen en los fluidos de ventilación durante la circulación hidrotermal provienen de diferentes grados de serpentinización y veteado de peridotitas. [6] [18] Las rocas ricas en olivino, como las troctolitas, sufren una alteración significativa, siendo parcialmente reemplazadas por serpentina y magnetita. Hay evidencia de alteración de serpentinita de alta temperatura en algunas muestras con serpentinita preexistente, lo que demuestra una sobreimpresión de serpentinitas con mayor contenido de hierro. [6] Las peridotitas milónicas en el campo de ventilación muestran una deformación plástica y luego sobreimpresas por serpentina y clorita .

Rainbow exhibe fluidos de ventilación muy ácidos (pH ~2.8) a partir de iones hidronio liberados de numerosas interacciones de rocas ultramáficas durante la circulación de ventilación. [9] Los fluidos también contienen una serie de moléculas de carbono orgánico, desde alcanos y fenol hasta hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) complicados y ácidos grasos biogénicos . [19] Estas moléculas de carbono orgánico sugieren organismos que viven dentro de las ventilaciones, aprovechando reacciones quimiosintéticas para metabolizar . Las reacciones de serpentinización ocurren con la circulación hidrotermal que hace que el agua reaccione con minerales calientes que contienen hierro, liberando gas H2 y transformando la roca base. [20] La serpentinización también puede ser responsable de una cantidad significativa de metano producido en Rainbow. [21]

Se sabe que los fluidos de los respiraderos viajan muchos kilómetros al noreste desde sus respiraderos asociados, depositando cualquier elemento no reaccionado en el fondo marino lejos de su fuente. [2] [22]

Separación de fases

Un ejemplo de fases de un material. Cuando los fluidos de ventilación alcanzan una temperatura lo suficientemente alta, pueden volverse gaseosos y perder cloro antes de salir por una chimenea de ventilación.

La separación de fases puede ocurrir cuando el agua de mar se calienta a una temperatura lo suficientemente alta como para formar una segunda fase. A una presión por debajo del punto crítico (298 bar, 407 °C para el agua de mar [23] ), el agua de mar hierve y produce una fase de vapor. A una presión por encima de la presión crítica, se forma una salmuera salina como segunda fase. En el subsuelo, las fuerzas gravitacionales pueden hacer que las dos fases se separen.

Las aguas que circulan en las profundidades del Arcoíris alcanzan una presión o temperatura lo suficientemente alta como para reaccionar con la roca y los componentes químicos se disuelven o precipitan fuera del fluido de ventilación. Las concentraciones químicas en el fluido se modifican aún más cuando experimenta una separación de fases porque los componentes volátiles se concentran en la fase rica en vapor y los iones metálicos en la salmuera. La separación de fases tiene una gran importancia para el cloro , un elemento abundante en el agua de mar con pocas reacciones fuera de la separación de fases, y a menudo se normaliza para evaluar la termodinámica dentro de un sistema de dorsales. [14] Dependiendo de la estabilidad química de los elementos, el agua que ingresa al fondo marino exhibirá características químicas diferentes cuando regrese.

En Rainbow, la separación de fases es una causa sugerida para concentraciones particularmente altas de cloruro, oligoelementos e hidronio, ya que difieren en gran medida de los respiraderos MAR similares como Logatchev. Además, los fluidos de los respiraderos Rainbow tienen las concentraciones más altas de muchos elementos encontrados en los respiraderos de Azores, como hidrógeno , metales de transición y elementos de tierras raras (REE). [9] Debido al pH extremo del miembro final, se plantea la hipótesis de que el cloruro actúa como un catión dominante y, por lo tanto, forma muchos complejos débiles con otros elementos a altas temperaturas. Estos complejos se vuelven inestables cuando el pH aumenta o la temperatura disminuye, liberando así muchos metales de transición y REE. [14]

Las muestras de fluidos de los extremos de los cuerpos de agua observadas en diferentes sitios de ventilación tienen concentraciones de manganeso y magnesio muy similares , lo que sugiere una fuente de calor común para las ventilaciones. Sin embargo, puede haber muchas fuentes de calor en Rainbow considerando la compleja tectónica de fallas y las grandes cantidades de gabro y peridotita. [14]

Biología del campo de ventilación

Un ejemplo de camarones, cangrejos y mejillones que podrían estar en el campo Rainbow Vent.

El arcoíris ha sido un entorno de larga duración para la vida microbiana, con una gran diversidad de arqueas y bacterias en el campo de ventilación. [24] Se sabe que los microbios utilizan energía del gas H2 y la oxidación del H2S , y algunos quimiótrofos pertenecen al árbol de arqueas de Asgard . [25] Las arqueas de Asgard son un descubrimiento muy reciente con una ascendencia teorizada en la evolución entre procariotas y eucariotas . [26]

Algunos de los alcanos biogénicos encontrados en los fluidos de los respiraderos sugieren la presencia de bacterias o arqueas oxidantes de sulfuro . [27] Sin embargo, también hay abundante evidencia de producción abiótica de moléculas orgánicas e inorgánicas en Rainbow, como metano y carbonato , que pueden haber apoyado la vida temprana. [28] Debido a las altas temperaturas, el bajo pH y la longevidad de la actividad de los respiraderos, hay fuertes argumentos para que la vida se originara en sitios similares al Macizo Rainbow. [25]

En cuanto a la macrofauna , el macizo Rainbow ha sido el sustento de muchos tipos de decápodos y moluscos , como Alvinocarididae y Bathymodiolus respectivamente, alimentándose donde los fluidos de ventilación ricos en nutrientes interactúan con las frías aguas batipelágicas . [21] Rainbow exhibe fósiles de muchos tipos de conchas de vesicomíidos y tiasirídos . [29] Se han datado fósiles en otros sitios en el macizo Rainbow, y Ghost City contiene restos de gasterópodos y almejas que tienen una antigüedad de casi 111.000 años. Se han encontrado carbonatos ricos en conchas en Clamstone, que pueden tener una antigüedad de hasta 25.000 años. [6]

Usos humanos y conservación

Rainbow, al igual que todos los demás sistemas de ventilación de aguas profundas, es un lugar de biología altamente especializada y estructuras geológicas sensibles. Debido a su importancia como un sistema ultramáfico accesible y ejemplar, Rainbow es un sitio muy popular para expediciones científicas que involucran monitoreo intrusivo a largo plazo, manipulación ambiental y muestreo geológico. También es el único campo de ventilación en el MAR que ha sido visitado por turistas. [4] [30] Debido a algunos procesos de veteado, la extracción de minerales y la minería son otra actividad que puede alterar los ecosistemas del macizo.

Rainbow tiene una historia complicada en cuanto a conservación, ya que el sitio está dentro del Área Marítima OSPAR y justo fuera de la zona económica exclusiva de Portugal, de manera similar a otro campo de ventilación, Saldanha. [31] Portugal no pudo distinguir a Rainbow como residente fuera de la región extendida de la plataforma de las Azores, por lo que no califica para la protección de OSPAR como un lugar de alta mar. [4] El Fondo Mundial para la Naturaleza (WWF) presionó para la protección de Rainbow en 2005 y desde 2006, Rainbow está catalogado por OSPAR como reserva natural marina protegida con un tamaño de AMP de 22,15 km 2 . [3] [32]

Véase también

Referencias

  1. ^ Alemán, CR; Thurnherr, AM; Knoery, J.; Charlou, J.-L.; Jean-Baptiste, P.; Edmonds, HN (abril de 2010). "Flujos de calor, volumen y químicos de los respiraderos submarinos: una síntesis de los resultados del campo hidrotermal Rainbow, 36°N MAR" (PDF) . Investigación en aguas profundas, parte I: Documentos de investigación oceanográfica . 57 (4): 518–527. Bibcode :2010DSRI...57..518G. doi :10.1016/j.dsr.2009.12.011. S2CID  55872403.
  2. ^ abc Mügler, C.; Jean-Baptiste, P.; Perez, F.; Charlou, JL (agosto de 2016). "Modelado de la producción de hidrógeno por serpentinización en sistemas hidrotermales alojados en ultramáficos: aplicación al campo Rainbow" (PDF) . Geofluids . 16 (3): 476–489. doi :10.1111/gfl.12169.
  3. ^ ab "Ventilación hidrotermal". Áreas marinas protegidas de Portugal . Consultado el 11 de mayo de 2018 .
  4. ^ abc Joanna, Mossop (2016). La plataforma continental más allá de las 200 millas náuticas: derechos y responsabilidades (Primera edición). Oxford. ISBN 9780198766094.OCLC 968319849  .{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: falta la ubicación del editor ( enlace )
  5. ^ Perez, Florian; Mügler, Claude; Jean-Baptiste, Philippe; Charlou, Jean Luc (10 de noviembre de 2012). "Modelado acoplado de térmica e hidrogeología con el código Cast3M: aplicación al campo hidrotermal Rainbow (cresta mesoatlántica, 36°14′N)". Geociencias computacionales . 17 (2): 217–237. doi :10.1007/s10596-012-9327-x. S2CID  85462256.
  6. ^ abcdef Andreani, Muriel; Escartin, Javier; Delacour, Adélie; Ildefonse, Benoit; Godard, Marguerite; Dyment, Jérôme; Fallick, Anthony E.; Fouquet, Yves (septiembre de 2014). "Estructura tectónica, litología y firma hidrotermal del macizo Arcoiris (cresta mesoatlántica 36°14′N)" (PDF) . Geoquímica, Geofísica, Geosistemas . 15 (9): 3543–3571. Bibcode :2014GGG....15.3543A. doi :10.1002/2014gc005269. ISSN  1525-2027. S2CID  55100769.
  7. ^ "MoMAR - ESONET, una red de excelencia". www.esonet-noe.org . Consultado el 11 de mayo de 2018 .
  8. ^ <bartv[at]vliz.be>. «Sistema de datos MarBEF». www.marbef.org . Consultado el 11 de mayo de 2018 .
  9. ^ abc Douville, E; Charlou, JL; Oelkers, EH; Bienvenu, P; Jove Colon, CF; Donval, JP; Fouquet, Y; Prieur, D; Appriou, P (marzo de 2002). "Los fluidos de los respiraderos arco iris (36°14′N, MAR): la influencia de las rocas ultramáficas y la separación de fases en el contenido de metales traza en los fluidos hidrotermales de la dorsal mesoatlántica". Chemical Geology . 184 (1–2): 37–48. Bibcode :2002ChGeo.184...37D. doi :10.1016/S0009-2541(01)00351-5.
  10. ^ "IRIS". campagnes.flotteoceanographique.fr (en francés) . Consultado el 11 de mayo de 2018 .
  11. ^ "VICTOR 6000 - Flota Ifremer". flotte.ifremer.fr . Consultado el 11 de mayo de 2018 .
  12. ^ "SEAHMA 1". campagnes.flotteoceanographique.fr (en francés) . Consultado el 11 de mayo de 2018 .
  13. ^ "MOMARDREAM-NAUT1-NAUT2". campagnes.flotteoceanographique.fr (en francés) . Consultado el 11 de mayo de 2018 .
  14. ^ abcde Seyfried, WE; Pester, Nicholas J.; Ding, Kang; Rough, Mikaella (marzo de 2011). "Química del fluido de ventilación del sistema hidrotermal Rainbow (36°N, MAR): equilibrios de fases y controles de pH in situ en los procesos de alteración del subsuelo marino". Geochimica et Cosmochimica Acta . 75 (6): 1574–1593. Bibcode :2011GeCoA..75.1574S. doi :10.1016/j.gca.2011.01.001.
  15. ^ Farias, Pedro; Santo, Christophe Espírito; Branco, Rita; Francisco, Romeu; Santos, Susana; Hansen, Lars; Sorensen, Soren; Morais, Paula V. (1 de abril de 2015). "Puntos calientes naturales para la obtención de resistencias múltiples: resistencias al arsénico y a los antibióticos en bacterias aeróbicas heterotróficas de los campos de ventilación hidrotermal marinos". Applied and Environmental Microbiology . 81 (7): 2534–2543. Bibcode :2015ApEnM..81.2534F. doi :10.1128/AEM.03240-14. ISSN  0099-2240. PMC 4357944 . PMID  25636836. 
  16. ^ Findlay, Alyssa J.; Gartman, Amy; Shaw, Timothy J.; Luther, George W. (septiembre de 2015). "Concentración y partición de metales traza en los primeros 1,5 m de columnas de ventilación hidrotermal a lo largo de la dorsal mesoatlántica: TAG, Snakepit y Rainbow". Geología química . 412 : 117–131. Código Bibliográfico :2015ChGeo.412..117F. doi : 10.1016/j.chemgeo.2015.07.021 . ISSN  0009-2541.
  17. ^ "GEOLOGÍA DE LOS VENTILADORES". web.mit.edu .
  18. ^ Douville, E; Charlou, JL; Oelkers, EH; Bienvenu, P; Jove Colon, CF; Donval, JP; Fouquet, Y; Prieur, D; Appriou, P (marzo de 2002). "Los fluidos de los respiraderos arco iris (36°14′N, MAR): la influencia de las rocas ultramáficas y la separación de fases en el contenido de metales traza en los fluidos hidrotermales de la dorsal mesoatlántica". Geología química . 184 (1–2): 37–48. Bibcode :2002ChGeo.184...37D. doi :10.1016/s0009-2541(01)00351-5. ISSN  0009-2541.
  19. ^ Konn, Cecile; Charlou, Jean-Luc; Donval, Jean-Pierre; Holm, Nils G (2012). "Caracterización de compuestos orgánicos disueltos en fluidos hidrotermales mediante extracción por sorción con barra agitadora - cromatografía de gases - espectrometría de masas. Estudio de caso: el campo Rainbow (36°N, dorsal mesoatlántica)". Geochemical Transactions . 13 (1): 8. doi : 10.1186/1467-4866-13-8 . PMC 3518226 . PMID  23134621. 
  20. ^ Konn, C.; Charlou, JL; Holm, NG; Mousis, O. (mayo de 2015). "La producción de metano, hidrógeno y compuestos orgánicos en respiraderos hidrotermales alojados en ultramáficos de la dorsal mesoatlántica". Astrobiología . 15 (5): 381–399. Bibcode :2015AsBio..15..381K. doi :10.1089/ast.2014.1198. PMC 4442600 . PMID  25984920. 
  21. ^ ab Desbruyères, D.; Biscoito, M.; Caprais, J.-C.; Colaço, A.; Comtet, T.; Craso, P.; Fouquet, Y.; Khripounoff, A.; Le Bris, N.; Olu, K.; Riso, R.; Sarradin, P.-M.; Segonzac, M.; Vangriesheim, A. (mayo de 2001). "Variaciones en las comunidades de respiraderos hidrotermales de aguas profundas en la Cordillera del Atlántico Medio cerca de la meseta de las Azores". Investigación de aguas profundas, parte I: artículos de investigación oceanográfica . 48 (5): 1325-1346. Código Bib : 2001DSRI...48.1325D. doi :10.1016/S0967-0637(00)00083-2.
  22. ^ Jean-Baptiste, Philippe; Fourré, Elise; Charlou, Jean-Luc; German, Christopher R.; Radford-Knoery, Joel (30 de abril de 2004). "Isótopos de helio en el sitio hidrotermal Rainbow (cresta mesoatlántica, 36°14′N)" (PDF) . Earth and Planetary Science Letters . 221 (1–4): 325–335. Código Bibliográfico :2004E&PSL.221..325J. doi :10.1016/S0012-821X(04)00094-9.
  23. ^ "1.22 Separación de fases y puntos críticos - Diagramas de fases y equilibrios de fases | Coursera". Coursera . Consultado el 11 de mayo de 2018 .
  24. ^ Nercessian, Olivier; Fouquet, Yves; Pierre, Catherine; Prieur, Daniel; Jeanthon, Christian (mayo de 2005). "Diversidad de bacterias y arqueas asociadas con una muestra de sedimento metalífero rico en carbonato del campo de ventilación Rainbow en la dorsal mesoatlántica". Microbiología medioambiental . 7 (5): 698–714. doi :10.1111/j.1462-2920.2005.00744.x. ISSN  1462-2912. PMID  15819852.
  25. ^ ab TAKAI, KEN; NAKAMURA, KENTARO; SUZUKI, KATSUHIKO; INAGAKI, FUMIO; NEALSON, KENNETH H.; KUMAGAI, HIDENORI (diciembre de 2006). "Vínculo ultramáfico-hidrotermalismo-hidrogénesis-HyperSLiME (UltraH): una visión clave del ecosistema microbiano temprano en los sistemas hidrotermales de aguas profundas arcaicas". Investigación Paleontológica . 10 (4): 269–282. doi :10.2517/prpsj.10.269. S2CID  46769790.
  26. ^ Kaplan, Sarah (12 de enero de 2017). "Siempre supimos que nuestros antepasados ​​eran microbios. Ahora los hemos encontrado". Washington Post .
  27. ^ Simoneit, Bernd RT; Lein, Alla Yu.; Peresypkin, VI; Osipov, GA (mayo de 2004). "Composición y origen del petróleo hidrotermal y lípidos asociados en los depósitos de sulfuros del campo Rainbow (Cordillera del Atlántico Medio a 36 ° N)". Geochimica et Cosmochimica Acta . 68 (10): 2275–2294. Código Bib : 2004GeCoA..68.2275S. doi :10.1016/j.gca.2003.11.025.
  28. ^ McDermott, Jill M.; Seewald, Jeffrey S.; German, Christopher R.; Sylva, Sean P. (23 de junio de 2015). "Vías para la síntesis orgánica abiótica en campos hidrotermales submarinos". Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 112 (25): 7668–7672. Bibcode :2015PNAS..112.7668M. doi : 10.1073/pnas.1506295112 . PMC 4485091 . PMID  26056279. 
  29. ^ Lartaud, Franck; de Rafelis, Marc; Oliver, Graham; Krylova, Elena; Dyment, Jérôme; Ildefonse, Benoît; Thibaud, Remy; Gente, Pascal; Hoise, Eva; Meistertzheim, Anne-Leïla; Fouquet, Yves; Gaill, Françoise; Le Bris, Nadine (agosto de 2010). "Almejas fósiles de un campo de respiraderos sedimentados alojado en serpentinita cerca del complejo de fumadores activos Rainbow, MAR, 36 ° 13′N: información sobre la biogeografía de la fauna de los respiraderos" (PDF) . Geoquímica, Geofísica, Geosistemas . 11 (8): n/a. Código Bib : 2010GGG....11.AE01L. doi : 10.1029/2010GC003079 .
  30. ^ Stephan Lutter. "Arco iris: una zona marina potencialmente vulnerable". http://mobil.wwf.de/fileadmin/fm-wwf/Publikationen-PDF/Rainbow_Heisse_Tiefseequellen.pdf
  31. ^ Hacia una estrategia para las áreas marinas protegidas en alta mar: actas del Taller de expertos de la UICN, la CMAP y el WWF sobre áreas marinas protegidas en alta mar, 15-17 de enero de 2003, Málaga, España . Gjerde, Kristina M., Breide, Charlotte., Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza y los Recursos Naturales., Comisión Mundial de Áreas Protegidas de la UICN., WWF (Organización), Fondo JM Kaplan. Gland, Suiza: UICN. 2003. ISBN 978-2831707327.OCLC 56647519  .{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: otros ( enlace )
  32. ^ "OSPAR - Ficha de identidad de una AMP". mpa.ospar.org . Consultado el 11 de mayo de 2018 .

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