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Campo de ventilación del arco iris

Un mapa del triple cruce de las Azores. En esta imagen, Rainbow está a 36° 14' N y 34° 5' W.

El campo de respiraderos hidrotermales Rainbow es un sistema de respiraderos hidrotermales albergados ultramáficos ubicados a 36°14'N en la Cordillera del Atlántico Medio (MAR). Fue descubierto en 1994 a partir de lecturas de temperatura de diez fumadores negros de alta temperatura a una profundidad de aproximadamente 2,3 kilómetros (1,4 millas), donde los fluidos pueden superar los 365 °C (689 °F). [1] [2] El sitio es menos profundo y más grande que muchos otros campos de respiraderos a lo largo de la sección Azores del MAR con un área de 1,5 kilómetros cuadrados (370 acres). [3] [4] Ubicado a 370 km (229,91 millas) al sureste de la isla de Faial , es un sitio popular de muestreo y modelado geoquímico debido a su proximidad a las Azores y a 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 ventilación vecinos. [6] Como campo de respiradero caliente y ultramáfico, los niveles de pH de los fluidos son extremadamente bajos y gran parte del H 2 y CH 4 se generan a partir de las interacciones del agua con rocas ígneas máficas .

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

Descubrimientos y expediciones

ROV JASON , operado por el Instituto Oceanográfico Woods Hole .

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

Entorno geológico

Rainbow está ubicado en un macizo a 2275-2335 m (7464-7661 pies) de profundidad, compartido con dos sitios de ventilación de fósiles (en su mayoría inactivos) Ghost City y Clamstone. [2] Como una cresta de expansión lenta de aproximadamente 2,2 cm/año, extensas fallas han elevado gabro y peridotita y han expuesto roca ultramáfica al agua de mar fría. [6] Las fallas también pueden ser responsables de terremotos de magnitud 3 - 3,5 observados en datos hidroacústicos, lo que sugiere que la región es tectónicamente activa. A diferencia de los sistemas basálticos 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, que se distinguen 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 geometría de las fuentes de calor. [14]

Circulación hidrotermal

Debido a las extensas fallas en el macizo Rainbow, el agua fría del océano puede penetrar profundamente en el fondo marino. [17] El agua circula a lo largo de una falla, reaccionando activamente con varios sedimentos y capas de rocas hasta que una fuente de calor subyacente la calienta. Cuando se calienta, puede sufrir una transición de fase, lo que a menudo resulta en cambios dramáticos en la química de los fluidos. Los fluidos de ventilación sobrecalentados luego suben y son expulsados ​​del fondo marino, donde una caída dramática de la temperatura debido a la mezcla de agua fría puede causar que algunos químicos fluidos precipiten y formen chimeneas.

Con relativamente poco basalto dentro de un kilómetro del campo del respiradero, la mayoría de las reacciones que influyen en los fluidos del respiradero durante la circulación hidrotermal provienen de diferentes grados de serpentinización y vetas de las 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 a 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 del respiradero muestran deformación plástica y luego sobreimpresas por serpentina y clorita .

Rainbow exhibe fluidos de ventilación muy ácidos (pH ~2,8) de iones de hidronio liberados de numerosas interacciones de rocas ultramáficas durante la circulación de la ventilación. [9] Los fluidos también contienen una serie de moléculas de carbono orgánico, desde alcanos y fenol hasta hidrocarburos aromáticos policíclicos complicados (PAHS) y ácidos grasos biogénicos . [19] Estas moléculas de carbono orgánico sugieren que existen organismos que viven dentro de los respiraderos y aprovechan las reacciones quimiosintéticas para metabolizar . Las reacciones de serpentinización ocurren con la circulación hidrotermal, lo 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 que no haya 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 agua de mar [23] ), el agua de mar hierve y produce una fase de vapor. A una presión superior a la presión crítica se forma una salmuera salina como segunda fase. En el subsuelo, las fuerzas gravitacionales pueden provocar la separación de las dos fases.

Las aguas que circulan en las profundidades de Rainbow aumentan a una presión o temperatura lo suficientemente alta como para reaccionar con la roca y los componentes químicos se disuelven o precipitan en el fluido del respiradero. Las concentraciones químicas en el fluido se modifican aún más cuando se somete a separación de fases porque los constituyentes volátiles se concentran en la fase rica en vapor y los iones metálicos en la salmuera. La separación de fases tiene 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 crestas. [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 mucho de respiraderos MAR similares como Logatchev. Además, los fluidos de los respiraderos Rainbow tienen las concentraciones más altas de muchos elementos que se encuentran en los respiraderos de las Azores, como hidrógeno , metales de transición y elementos de tierras raras (REE). [9] Debido al pH extremo del extremo, se supone 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 fluido del miembro final observadas tomadas 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.

Rainbow ha sido un entorno de larga vida para la vida microbiana, con una gran diversidad de arqueas y bacterias en el campo de ventilación. [24] Se sabe que los microbios utilizan la energía del gas H 2 y la oxidación del H 2 S , y algunos quimiotrofos 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 que se encuentran en los fluidos de ventilación 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, existen fuertes argumentos para que la vida se origine en sitios similares al Macizo del Arco Iris. [25]

En cuanto a la macrofauna , el Macizo del Arco Iris ha apoyado a 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 tiasiridas . [29] Se han datado fósiles en otros sitios del macizo del Arco Iris, y Ghost City contiene restos de gasterópodos y almejas que tienen casi 111.000 años de antigüedad. Se han encontrado carbonatos ricos en conchas en Clamstone, que pueden tener hasta 25.000 años. [6]

Usos humanos y preservación

Rainbow, como ocurre con todos los demás sistemas de respiraderos de aguas profundas, es un lugar de biología altamente especializada y estructuras geológicas sensibles. Debido a su importancia como 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 respiraderos del MAR que ha sido visitado por turistas. [4] [30] Debido a algunos procesos de veta, 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 preservación, ya que el sitio se encuentra dentro del Área Marítima de OSPAR y justo fuera de la zona económica exclusiva de Portugal , al igual que otro campo de respiraderos, Saldanha. [31] Portugal no pudo distinguir que Rainbow residía fuera de la región extendida de la plataforma de las Azores, por lo que no estaba calificado para la protección de OSPAR como ubicación en alta mar. [4] El Fondo Mundial para la Naturaleza (WWF) presionó para la protección de Rainbow en 2005 y, a partir de 2006, OSPAR incluye a Rainbow como reserva natural marina protegida con un tamaño de AMP de 22,15 km 2 . [3] [32]

Ver también

Referencias

  1. ^ Alemán, República Checa; Thurnherr, AM; Knoery, J.; Charlou, J.-L.; Jean-Baptiste, P.; Edmonds, HN (abril de 2010). "Calor, volumen y flujos químicos de la ventilación submarina: una síntesis de los resultados del campo hidrotermal Rainbow, 36 ° N MAR" (PDF) . Investigación de aguas profundas, parte I: artículos de investigación oceanográfica . 57 (4): 518–527. Código Bib : 2010DSRI...57..518G. doi :10.1016/j.dsr.2009.12.011. S2CID  55872403.
  2. ^ abc Mügler, C.; Jean-Baptiste, P.; Pérez, 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) . Geofluidos . 16 (3): 476–489. doi :10.1111/gfl.12169.
  3. ^ ab "Respiraderos hidrotermales". AMP 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 ed.). Oxford. ISBN 9780198766094. OCLC  968319849.{{cite book}}: Mantenimiento CS1: falta el editor de la ubicación ( enlace )
  5. ^ Pérez, Florián; 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 (Cordillera del Atlántico Medio, 36 ° 14′N)". Geociencias computacionales . 17 (2): 217–237. doi :10.1007/s10596-012-9327-x. S2CID  85462256.
  6. ^ abcdef Andreani, Muriel; Escartín, Javier; Delacour, Adelia; Ildefonse, Benoît; Godard, Margarita; Dyment, Jérôme; Fallick, Anthony E.; Fouquet, Yves (septiembre de 2014). "Estructura tectónica, litología y firma hidrotermal del macizo Rainbow (Cordilla del Atlántico Medio 36 ° 14′N)" (PDF) . Geoquímica, Geofísica, Geosistemas . 15 (9): 3543–3571. Código Bib : 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[arroba]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 Colón, CF; Donval, JP; Fouquet, Y; Prieur, D; Appriou, P (marzo de 2002). "Los fluidos de ventilación del arco iris (36 ° 14′N, MAR): la influencia de las rocas ultramáficas y la separación de fases en el contenido de trazas de metales en los fluidos hidrotermales de la Cordillera del Atlántico Medio". Geología Química . 184 (1–2): 37–48. Código Bib : 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, NOSOTROS; Pester, Nicolás J.; Ding, Kang; Áspero, 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 fondo marino". Geochimica et Cosmochimica Acta . 75 (6): 1574-1593. Código Bib : 2011GeCoA..75.1574S. doi :10.1016/j.gca.2011.01.001.
  15. ^ Farías, 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 múltiples resistencias: resistencias al arsénico y a los antibióticos en bacterias aeróbicas heterótrofas de campos de respiraderos hidrotermales marinos". Microbiología Aplicada y Ambiental . 81 (7): 2534–2543. Código Bib : 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.; Lutero, George W. (septiembre de 2015). "Concentración y partición de trazas de metales en los primeros 1,5 m de columnas de respiraderos hidrotermales a lo largo de la Cordillera del Atlántico Medio: TAG, Snakepit y Rainbow". Geología Química . 412 : 117-131. Código Bib :2015ChGeo.412..117F. doi : 10.1016/j.chemgeo.2015.07.021 . ISSN  0009-2541.
  17. ^ "GEOLOGÍA DEL VENTILADOR". web.mit.edu .
  18. ^ Douville, E; Charlou, JL; Oelkers, EH; Bienvenu, P; Jove Colón, CF; Donval, JP; Fouquet, Y; Prieur, D; Appriou, P (marzo de 2002). "Los fluidos de ventilación del arco iris (36 ° 14′N, MAR): la influencia de las rocas ultramáficas y la separación de fases en el contenido de trazas de metales en los fluidos hidrotermales de la Cordillera del Atlántico Medio". Geología Química . 184 (1–2): 37–48. Código Bib :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 absorción con barra agitadora - cromatografía de gases - espectrometría de masas. Estudio de caso: el campo Rainbow (36 ° N, Cordillera del Atlántico Medio)". Transacciones geoquímicas . 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 del Atlántico Medio". Astrobiología . 15 (5): 381–399. Código Bib : 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; alemán, Christopher R.; Radford-Knoery, Joel (30 de abril de 2004). "Isótopos de helio en el sitio hidrotermal Rainbow (Cordillera del Atlántico Medio, 36 ° 14'N)" (PDF) . Cartas sobre ciencias planetarias y de la Tierra . 221 (1–4): 325–335. Código Bib : 2004E y 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. ^ Nercesiano, Olivier; Fouquet, Yves; Pedro, Catalina; Prieur, Daniel; Jeanthon, Christian (mayo de 2005). "Diversidad de bacterias y arqueas asociadas con una muestra de sedimento metalífero rico en carbonatos del campo de ventilación Rainbow en la Cordillera del Atlántico Medio". Microbiología Ambiental . 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 del Arcaico". 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 encontramos". El Correo de Washington .
  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.; alemán, Christopher R.; Sylva, Sean P. (23 de junio de 2015). "Vías para la síntesis orgánica abiótica en campos hidrotermales submarinos". Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias . 112 (25): 7668–7672. Código Bib : 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 AMP potencial". http://mobil.wwf.de/fileadmin/fm-wwf/Publikationen-PDF/Rainbow_Heisse_Tiefseequellen.pdf
  31. ^ Hacia una estrategia para las áreas marinas protegidas de alta mar: actas del Taller de expertos de la UICN, WCPA y WWF sobre áreas marinas protegidas de 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 CS1: otros ( enlace )
  32. ^ "OSPAR - Ficha de identidad de una AMP". mpa.ospar.org . Consultado el 11 de mayo de 2018 .

enlaces externos