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Campo hidrotermal de la Ciudad Perdida

El campo hidrotermal de la Ciudad Perdida , a menudo denominado simplemente Ciudad Perdida , es un área de fuentes hidrotermales alcalinas marinas ubicada en el Macizo de la Atlántida en la intersección entre la dorsal mesoatlántica y la falla transformante de la Atlántida , en el océano Atlántico . Es un sitio de larga duración de serpentinización activa e inactiva alojada en ultramáficos , [1] que produce de forma abiótica muchas moléculas simples como el metano y el hidrógeno que son fundamentales para la vida microbiana. Como tal, ha generado interés científico como un lugar privilegiado para investigar el origen de la vida en la Tierra y otros planetas similares a ella. [2]

Historia de la expedición

Hércules buceando en la Ciudad Perdida en 2005

La Ciudad Perdida fue identificada por primera vez el 4 de diciembre de 2000, utilizando el DSV Alvin y el ROV ArgoII en el crucero AT03-60 del RV Atlantis . [3] [4] El crucero duró 34 días, durante los cuales se tomaron fotografías y muestras de la chimenea de ventilación. [5]

El descubrimiento de la Ciudad Perdida impulsó a la Fundación Nacional de Ciencias a financiar un segundo viaje de 32 días (AT07-34) al sitio en 2003 para utilizar Alvin y el vehículo autónomo ABE con un mayor énfasis en el muestreo científico y la creación de un mapa batimétrico de alta resolución del campo de respiraderos. [6] ABE participaría en 17 expediciones de buceo combinadas que incluirían visitas de seguimiento, creando un perfil batimétrico de 3,3 kilómetros cuadrados (1,3 millas cuadradas) del macizo. [7]

La primera visita del Programa Integrado de Perforación Oceánica tuvo lugar con la Expedición 304 a finales de 2004, cuando se perforaron una serie de pozos en el Macizo Atlantis para recolectar grandes núcleos de roca del lugar. [8] [9] La Expedición 305 siguió su ejemplo a principios de 2005, y la 340T en 2012. [10]

En julio de 2005, la Ciudad Perdida fue explorada durante nueve días por Hércules y Argus en el buque Ronald H. Brown de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica , con video transmitido en vivo a la Universidad de Washington en Seattle . [6] [11] La Ciudad Perdida también fue explorada en el crucero 50 del Akademik Mstislav Keldysh , que tuvo un mayor énfasis en explorar la pendiente sur del campo de ventilación. [12] El RV Knorr navegó al Macizo de Atlantis en mayo de ese año para realizar mediciones hidroacústicas de la actividad sísmica potencial. [13] [14] Además, el crucero francés EXOMAR en el buque L'Atalante se llevó a cabo en julio y agosto de 2005 para estudiar la biodiversidad extremófila en entornos de aguas profundas del océano. [15]

En 2015, se recibió la visita de la Expedición 357 del Programa Internacional de Descubrimiento Oceánico , que hizo hincapié en la perforación en el Macizo Atlantis para explorar la circulación fuera del eje. [16] [17] Se dejaron atrás una serie de pozos después de que se tomaron núcleos de nueve sitios diferentes, que se muestrearon con botellas Niskin . Se instalaron tapones de pozo en dos sitios para permitir futuros esfuerzos para tomar muestras de fluidos de pozo.

Instrumentos del ROV Jason en 2018

En julio y agosto de 2018, se realizó el crucero francés TRANSECT en L'Atalante utilizando el ROV VICTOR para recolectar una variedad de mediciones y muestras. [18] El mes siguiente, se emprendió el crucero estadounidense AT42-01, apodado Return to the Lost City (Regreso a la ciudad perdida) , para volver a visitar el campo de ventilación después de muchos años, con la participación de muchos miembros del equipo de descubrimiento original en 2000. [19] [20] Se recolectaron fotografías, gases ambientales, células para cultivos, rocas, fluido de ventilación y muestras de agua de mar ambiental utilizando el ROV Jason II y una roseta CTD Niskin . [21] Los objetivos clave de la misión fueron recolectar muestras biológicas y geoquímicas para investigar las fuentes de energía para la vida microbiana. También hicieron un seguimiento de la expedición de pozos de 2015 al intentar tomar muestras de los pozos perforados para acceder a fluidos residuales.

En marzo de 2023, se realizó el primer crucero del RV Falkor Too para desplegar un nuevo sensor de metano in situ para buscar actividad hidrotermal similar a la de Ciudad Perdida a lo largo de la dorsal mesoatlántica. Las inmersiones del ROV se transmitieron en vivo al sitio web del Schmidt Ocean Institute. [22] El crucero concluyó el 11 de abril, tras haber identificado nuevos respiraderos de humo negro. [23]

Geografía

Mapa de la Ciudad Perdida en el Macizo de la Atlántida

La Ciudad Perdida está ubicada en el Océano Atlántico Norte en el fondo marino del macizo Atlantis , que es aproximadamente del tamaño del Monte Rainier . [24] El sitio se describe como un campo de ventilación de larga duración, que se estima que tiene más de 120.000 años mediante la datación por radiocarbono de los depósitos de chimenea más antiguos del campo. [1] Sin embargo, esto es significativamente más joven que la edad del propio macizo Atlantis, que puede tener hasta dos millones de años. [25] La Ciudad Perdida está ubicada en una plataforma aproximadamente a 70 metros (230 pies) por debajo de la cumbre del macizo a una profundidad de alrededor de 750-900 m (2.460-2.950 pies), con un área aproximada de 500 metros cuadrados (5.400 pies cuadrados). [26] El macizo en sí puede haberse originado de manera similar a muchos otros complejos de núcleos oceánicos .

Ciudad Perdida es una ubicación dominada por acantilados escarpados al sur, chimeneas y montículos de material carbonatado depositado de chimeneas que colapsan a medida que envejecen. Las brechas , los gabros y las peridotitas son los tipos de roca dominantes a medida que uno se aleja del campo, que son propensos a la erosión en masa a medida que la batimetría se vuelve más pronunciada. [7] Los eventos de erosión en masa del pasado son evidentes por los abundantes escarpes en la pendiente del macizo. Los escombros tienden a acumularse en áreas no más empinadas que 60 grados que delimitan el campo, y pueden sufrir litificación dependiendo de qué tan lejos se encuentren de Ciudad Perdida.

De las 30 chimeneas de ventilación activas e inactivas, Poseidón es la más grande y la más estudiada dentro del campo de ventilación. [24] [7] Poseidón tiene unos 60 metros (200 pies) de alto y 100 metros (330 pies) de ancho y tiene numerosos orificios que ventilan fluidos calientes. El respiradero apodado Colmena , por su forma distintiva al momento del descubrimiento, tiene aproximadamente un metro de alto y está ubicado en el lado sur de Poseidón . Además, la torre IMAX tiene aproximadamente 8 metros (26 pies) de alto en el lado norte de Poseidón , aunque la chimenea tiene crecimientos similares a estalagmitas que miden hasta 30 metros (98 pies) de alto. IMAX tiene una brida grande que atrapa el fluido caliente que se escapa y tiene una biopelícula muy evidente que actúa dentro de ella.

Otras chimeneas, como la de Ryan y la de Nature , al este de Poseidón , también tienen estructuras con forma de colmena y brida, aunque son significativamente más pequeñas y emiten una cantidad de aire significativamente menor que la de Poseidón . Hay varios respiraderos inactivos a unos 100 metros (330 pies) al sur de Poseidón , aunque solo miden unos pocos metros de altura. [7]

Dado que la ubicación del macizo se encuentra sobre un centro de expansión lenta a ultralenta , hay una gran cantidad de fallas que atraviesan el campo de ventilación. [25] Muchas fallas, especialmente en el lado sur, son fallas normales de alto ángulo que pueden estar ocultas por escombros. La mayoría de las ventilaciones encontradas tienden a correr de este a oeste, probablemente debido a la orientación de las líneas de falla debajo del campo. [7]

Dos campos extintos se encuentran a unos 300 metros (980 pies) al oeste y 450 metros (1.480 pies) al suroeste del campo de ventilación central a profundidades de 1.000 metros (3.300 pies) o más. Tienen respiraderos inactivos similares en perfil a Poseidón con un depósito de talud (pedregal) que los separa del campo de ventilación central, aunque no han sido explorados tan activamente. Se plantea la hipótesis, a partir de las edades de las muestras recolectadas, de que el flujo de fluido caliente migró del sur al norte, donde reside actualmente Poseidón . [7]

Los datos de isótopos de estroncio , carbono y oxígeno y las edades de radiocarbono documentan al menos 30.000 años de actividad hidrotermal impulsada por reacciones de serpentinización en Ciudad Perdida, lo que hace que Ciudad Perdida sea más antigua que todas las fumarolas negras conocidas por al menos dos órdenes de magnitud.

Geología y química

Los respiraderos hidrotermales alcalinos como los de Ciudad Perdida están relacionados sólo superficialmente con los respiraderos de las fumarolas negras volcánicas; los dos tipos de respiraderos se describen quizás mejor por sus diferencias que por sus similitudes. Aunque ambos tipos se encuentran a menudo cerca de centros de expansión oceánica, los respiraderos hidrotermales alcalinos no son creados por procesos volcánicos. Liberan metano e hidrógeno diatómico en el agua circundante; no producen cantidades significativas de dióxido de carbono , sulfuro de hidrógeno o metales, que son los principales productos de los respiraderos de las fumarolas negras volcánicas. La temperatura y el pH del agua que rodea a los dos tipos de respiraderos también son significativamente diferentes.

Mineralogía

El centro de expansión de la dorsal mesoatlántica separa la litosfera y crea fallas normales que exponen las rocas subterráneas al agua de mar.
Olivino, el mineral responsable de la serpentinización de Ciudad Perdida.

El Macizo de la Atlántida se describe como un complejo de núcleo oceánico ultramáfico de la dorsal mesoatlántica, con la roca del manto superior expuesta al agua de mar a través de fallas de extensión tectónica asociadas con centros de expansión oceánica. [27] La ​​tasa de expansión a la mitad se aproxima a unos 12 mm/año, lo que la clasifica como una dorsal de expansión lenta. [28] Se han detectado eventos sísmicos de magnitud Richter 4 y 4,5 en el macizo. [14]

Los minerales dominantes que se encuentran en Lost City son ultramáficos, compuestos principalmente de olivino y piroxeno con muy poco contenido de sílice . Los minerales de peridotita (principalmente espinela harzburgita ) sufren serpentinización y forman minerales de magnetita y serpentina . [7] Debido a que se libera poco o nada de dióxido de carbono o metales en los fluidos de ventilación, Lost City tiene la apariencia de un no fumador , con pocas partículas que le dan una apariencia ahumada.

Una vez que las aguas intersticiales han permeado la superficie y regresan a ella, se forman chimeneas de aragonita , brucita y calcita a medida que los carbonatos de calcio precipitan de la solución. Las chimeneas más jóvenes son principalmente de brucita y aragonita, y tienen un aspecto blanco y escamoso. A medida que los respiraderos maduran, la porosidad disminuye a medida que los precipitados obstruyen las vías de fluidos. Las composiciones minerales cambian y la aragonita es reemplazada por la calcita y la brucita, que se eliminan mediante disolución, y las chimeneas se oscurecen hasta alcanzar un color gris o marrón. [29]

Del lado de la falla transformante de Atlantis, la pared del macizo de Atlantis termina aproximadamente a 740 metros (2430 pies) por debajo del nivel del mar, donde los tipos de roca se deforman en varias rocas miloníticas con minerales de tejido de deformación de talco, tremolita y serpentina de cinta. [7]

Serpentinización

Ciudad Perdida es un lugar ejemplar para el estudio de la metanogénesis y la hidrogénesis abióticas, ya que las reacciones de serpentinización producen metano e hidrógeno. Complementando las reacciones de Fischer-Tropsch ;

Las reacciones son exotérmicas y calientan las aguas circundantes a través del calentamiento por reacción, aunque las temperaturas de los fluidos siguen siendo relativamente bajas (40°–90 °C) en comparación con otros sistemas hidrotermales. [30] Además, el pH local aumenta a valores superiores a 9, lo que permite la precipitación de carbonato de calcio. Dado que la serpentinización es particularmente extensa, las concentraciones de dióxido de carbono también son muy bajas. La baja temperatura, las concentraciones de dióxido de carbono, así como el bajo contenido de sulfuro de hidrógeno y metal de la columna hacen que los respiraderos sean más difíciles de identificar a partir de mediciones CTD o métodos de retrodispersión óptica.

Biología

Se han observado Desmophyllum en el campo de Ciudad Perdida.

La Ciudad Perdida y otros sistemas de ventilación hidrotermal sustentan formas de vida muy diferentes debido a la química única de la Ciudad Perdida. Una variedad de microorganismos viven dentro, sobre y alrededor de las ventilaciones. Las arqueas similares a Methanosarcinales forman biopelículas gruesas dentro de las ventilaciones donde subsisten con hidrógeno y metano; las bacterias relacionadas con Bacillota también viven dentro de las ventilaciones. Fuera de las ventilaciones, las arqueas , incluida la recientemente descrita ANME-1, y las bacterias, incluida Pseudomonadota , oxidan metano y azufre como sus principales fuentes de energía. [ cita requerida ]

Lost City también sustenta una variedad de pequeños invertebrados asociados con las estructuras de carbonato, incluidos pequeños corales , caracoles , bivalvos , poliquetos , anfípodos y ostrácodos . [ cita requerida ] Se han observado corales Desmophyllum y gusanos nematodos viviendo en las chimeneas de carbonato. [31] Sin embargo, otros animales como gusanos tubícolas y almejas gigantes que abundan en los respiraderos típicos de las fumarolas negras están ausentes en Lost City. También se han observado en el campo una variedad de cangrejos , camarones , abanicos de mar y medusas .

La macrofauna es rara en el área de ventilación, aunque en ocasiones lo visitan organismos más grandes. Entre los visitantes se encuentran peces cherne , granaderos e incluso tiburones . Se han observado anguilas dentadas en el área de Ciudad Perdida, que tiene un rango de profundidad enorme de -120 metros (-390 pies) a -4.800 metros (-15.700 pies). [31]

Significado

Lost City ofrece a geólogos, químicos y biólogos un ecosistema funcional para el estudio de la vida en entornos extremos y otros procesos impulsados ​​por la producción abiótica de metano e hidrógeno por serpentinización .

Similitudes con otros lugares

El campo de ventilación de Ciudad Perdida comparte varias características con el campo de ventilación de la bahía de Prony, cerca de Nueva Caledonia, en el océano Pacífico. Ambos son lugares de temperatura moderada que producen abundante gas hidrógeno y metano. Sin embargo, la bahía de Prony es significativamente menos profunda (menos de 50 metros [160 pies]) que Ciudad Perdida (alrededor de 800 metros [2600 pies]). Alberga una biología única, incluido el extremófilo Alkaliphilus hydrothermalis . [32]

Se ha identificado otro respiradero hidrotermal alcalino, el campo hidrotermal de Strytan , frente a la costa norte de Islandia. [33] Es significativamente menos profundo y los fluidos son suministrados principalmente por agua dulce terrestre.

El campo de ventilación de Von Damm, situado en el mar Caribe , también está situado encima de un complejo de núcleos oceánicos.

Origen de la vida

Se ha especulado que versiones antiguas de respiraderos hidrotermales alcalinos similares en los mares de una Tierra joven fueron el lugar de nacimiento de toda la vida, constituyendo la abiogénesis original del planeta . El gas de hidrógeno libre producido, los catalizadores metálicos consistentes con una teoría del mundo de hierro-azufre , la estructura física microcelular de las torres y la energía hidrotermal disponible podrían haber proporcionado plausiblemente un entorno para los comienzos de los ciclos de energía no fotosintética comunes a los microorganismos más primitivos y la creación de moléculas orgánicas. [34] [35] Las estructuras microscópicas en tales respiraderos alcalinos "muestran compartimentos interconectados que proporcionan un criadero ideal para el origen de la vida". [36]

Estos respiraderos hidrotermales alcalinos también generan continuamente tioésteres de acetilo , lo que proporciona tanto el punto de partida para moléculas orgánicas más complejas como la energía necesaria para producirlas. Sin embargo, esta noción fue rechazada por investigadores japoneses del Earth-Life Science Institute (ELSI), Instituto de Tecnología de Tokio. Demostraron que debido al alto cambio de energía libre de la hidrólisis de tioésteres y sus correspondientes constantes de equilibrio bajas, es poco probable que estas especies pudieran haberse acumulado abióticamente en un grado significativo en los campos de la Ciudad Perdida. [37]

Las condiciones en Ciudad Perdida son de particular preocupación debido a los diferentes tipos de extremófilos presentes. Los microbios de Ciudad Perdida son poliextremófilos, que encajan en la descripción de alcalófilos, piezófilos moderados y termófilos en un entorno sin luz solar. La combinación de diferentes elementos extremófilos sugiere que los organismos de Ciudad Perdida son más extremos que en otros lugares, lo que los convierte en sujetos de estudio particularmente interesantes sobre los requisitos para la vida. [38]

Dado que los únicos requisitos para la serpentinización son olivino y agua de mar, lugares como Ciudad Perdida podrían teóricamente existir en cuerpos extraterrestres con agua líquida como Europa y Encélado .

Un tiburón visitante en el campo de Ciudad Perdida

En la cultura popular

Ciudad Perdida aparece en la película 3-D IMAX de Disney Aliens of the Deep . [39] La brida IMAX no tenía nombre antes del estreno del documental, pero es extremadamente reconocible en la película y posteriormente tomó el apodo del formato de video que se reproduce en los cines .

Ciudad Perdida también aparece en el episodio 2 del documental de la BBC Blue Planet II . [40]

Galería

Imágenes de Ciudad Perdida
  • Una aguja de carbonato blanco en el campo de ventilación de la Ciudad Perdida.
    Una aguja de carbonato blanco en el campo de ventilación de la Ciudad Perdida.
  • Hércules maniobra alrededor de agujas rocosas.
    Hércules maniobra alrededor de agujas rocosas.
  • Vista de una brida desde la parte inferior de un ROV.
    Vista de una brida desde la parte inferior de un ROV.
  • Fluidos de ventilación calientes que salen del interior prístino de una brida rota.
    Fluidos de ventilación calientes que salen del interior prístino de una brida rota.
  • Placas de hierro arrojadas al fondo del mar como lastre.
    Placas de hierro arrojadas al fondo del mar como lastre .
  • Una chimenea de 9,1 metros (30 pies) en Ciudad Perdida.
    Una chimenea de 9,1 metros (30 pies) en Ciudad Perdida.
  • Una anémona que crece sobre una roca de chimenea de carbonato.
    Una anémona que crece sobre una roca de chimenea de carbonato.
  • La roca del basamento es la base de la mayor parte de la serpentinización en la Ciudad Perdida.
    La roca del basamento es la base de la mayor parte de la serpentinización en la Ciudad Perdida.
  • Coral creciendo sobre roca de chimenea carbonatada.
    Coral creciendo sobre roca de chimenea carbonatada.
  • Una chimenea aparece desde la oscuridad en el campo de la Ciudad Perdida.
    Una chimenea aparece desde la oscuridad en el campo de la Ciudad Perdida.
  • Un abanico de mar de aguas profundas.
    Un abanico de mar de aguas profundas.

Protección

Las agujas carbonatadas del Campo Hidrotermal de la Ciudad Perdida están en la lista de deseos de protección de la UNESCO . [41]

Referencias

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