La exploración de aguas profundas es la investigación de las condiciones físicas, químicas y biológicas de las aguas oceánicas y del fondo marino más allá de la plataforma continental, con fines científicos o comerciales . La exploración de aguas profundas es un aspecto de la exploración submarina y se considera una actividad humana relativamente reciente en comparación con otras áreas de la investigación geofísica , ya que las profundidades más profundas del mar han sido investigadas sólo durante años comparativamente recientes. Las profundidades del océano siguen siendo una parte de la Tierra en gran medida inexplorada y constituyen un dominio relativamente por descubrir.
Se puede decir que la exploración científica de los fondos marinos comenzó cuando el científico francés Pierre-Simon Laplace investigó la profundidad promedio del Océano Atlántico observando los movimientos de marea registrados en las costas brasileñas y africanas alrededor de finales del siglo XVIII o principios del XIX. Sin embargo, se desconoce la fecha exacta de su investigación. Calculó la profundidad en 3.962 metros (12.999 pies), un valor que luego demostró ser bastante preciso mediante técnicas de medición de ecosonda . [1] Posteriormente, debido a la creciente demanda de instalación de cables submarinos , se requirieron mediciones precisas de la profundidad del fondo marino y se llevaron a cabo las primeras investigaciones del fondo marino. Las primeras formas de vida en las profundidades marinas se descubrieron en 1864 cuando los investigadores noruegos Michael Sars y Georg Ossian Sars obtuvieron una muestra de un crinoideo acechado a una profundidad de 3.109 m (10.200 pies). [2]
De 1872 a 1876, científicos británicos llevaron a cabo un estudio oceánico histórico a bordo del HMS Challenger , una corbeta de tornillo que se convirtió en un barco de exploración en 1872. La expedición del Challenger cubrió 127.653 kilómetros (68.927 millas náuticas) y los científicos a bordo recogieron cientos de muestras. y mediciones hidrográficas, descubriendo más de 4.700 nuevas especies de vida marina , incluidos organismos de aguas profundas. [1] [3] También se les atribuye haber proporcionado la primera vista real de las principales características del fondo marino, como las cuencas oceánicas profundas.
El primer instrumento utilizado para la investigación de las profundidades marinas fue la pesa de sonda, utilizada por el explorador británico Sir James Clark Ross . [4] Con este instrumento, alcanzó una profundidad de 3.700 m (12.139 pies) en 1840. [5] La expedición Challenger utilizó instrumentos similares llamados sondas Baillie para extraer muestras del fondo marino. [ cita necesaria ]
En el siglo XX, la exploración de las profundidades marinas avanzó considerablemente gracias a una serie de inventos tecnológicos, que van desde el sistema de sonar , que puede detectar la presencia de objetos bajo el agua mediante el uso del sonido, hasta los sumergibles tripulados para buceo profundo . En 1960, Jacques Piccard y el teniente de la Armada de los Estados Unidos, Donald Walsh, descendieron en el batiscafo Trieste a la parte más profunda de los océanos del mundo, la Fosa de las Marianas . [6] El 25 de marzo de 2012, el cineasta James Cameron descendió a la Fosa de las Marianas en Deepsea Challenger y, por primera vez, filmó y tomó muestras del fondo. [7] [8] [9] [10] [11]
A pesar de estos avances en la exploración de las profundidades marinas, el viaje hasta el fondo del océano sigue siendo una experiencia desafiante. Los científicos están trabajando para encontrar formas de estudiar este entorno extremo desde a bordo de un barco. Con un uso más sofisticado de fibra óptica , satélites y robots de control remoto, los científicos esperan poder, algún día, explorar las profundidades del mar desde una pantalla de computadora en la cubierta en lugar de hacerlo desde una portilla. [3]
Las condiciones extremas en las profundidades del mar requieren métodos y tecnologías elaborados para soportarlas, lo que ha sido la razón principal por la que su exploración ha tenido una historia comparativamente corta. A continuación se enumeran algunos hitos importantes de la exploración de aguas profundas:
La pesa de sonda, uno de los primeros instrumentos utilizados para la investigación del fondo marino, estaba diseñada como un tubo en la base que empujaba el fondo marino hacia adentro cuando golpeaba el fondo del océano. El explorador británico Sir James Clark Ross empleó plenamente este instrumento para alcanzar una profundidad de 3.700 m (12.139 pies) en 1840. [4] [16]
Las pesas de sonda utilizadas en el HMS Challenger eran la "máquina de sonda Baillie", un poco más avanzada. Los investigadores británicos utilizaron sondeos con cable para investigar las profundidades del mar y recogieron cientos de muestras biológicas de todos los océanos excepto el Ártico . En el HMS Challenger también se utilizaron dragas y palas, suspendidas de cuerdas, con las que se podían obtener muestras del sedimento y especímenes biológicos del fondo marino. [4]
Una versión más avanzada del peso sonoro es el sacatestigos por gravedad . El corer por gravedad permite a los investigadores tomar muestras y estudiar las capas de sedimentos en el fondo de los océanos. El descorazonador consiste en un tubo de extremo abierto con un peso de plomo y un mecanismo de gatillo que libera el descorazonador de su cable de suspensión cuando el descorazonador se baja sobre el fondo marino y un pequeño peso toca el suelo. El sacatestigos cae al fondo del mar y lo penetra hasta una profundidad de 10 m (33 pies). Levantando el sacatestigos se extrae una muestra larga y cilíndrica en la que se conserva la estructura de las capas de sedimentos del fondo marino. La recuperación de núcleos de sedimentos permite a los científicos ver la presencia o ausencia de fósiles específicos en el lodo que pueden indicar patrones climáticos en momentos del pasado, como durante las edades de hielo. Se pueden obtener muestras de capas más profundas con un sacatestigos montado en un taladro. El buque de perforación JOIDES Resolución está equipado para extraer núcleos de profundidades de hasta 1.500 m (4.921 pies) por debajo del fondo del océano. (Ver Programa de Perforación Oceánica ) [17] [18]
Los instrumentos de ecosonda también se han utilizado ampliamente para determinar la profundidad del fondo del mar desde la Segunda Guerra Mundial . Este instrumento se utiliza principalmente para determinar la profundidad del agua mediante un eco acústico. Un pulso de sonido enviado desde el barco se refleja desde el fondo del mar de regreso al barco, siendo el intervalo de tiempo entre la transmisión y la recepción proporcional a la profundidad del agua. Al registrar continuamente en una cinta de papel los lapsos de tiempo entre las señales de salida y de retorno, se obtiene un mapeo continuo del fondo marino . [19] La mayor parte del fondo del océano ha sido cartografiada de esta manera. [ cita necesaria ]
Las cámaras de vídeo de alta resolución, los termómetros , los medidores de presión y los sismógrafos son otros instrumentos útiles para la exploración de las profundidades marinas. Estos instrumentos se bajan al fondo del mar mediante cables o se fijan a boyas sumergibles . [ se necesita aclaración ] Las corrientes de aguas profundas se pueden estudiar mediante flotadores que llevan un dispositivo de sonido ultrasónico para que sus movimientos puedan rastrearse desde a bordo del barco de investigación. [ se necesita aclaración ] Estos buques están equipados con instrumentos de navegación precisos, como navegación por satélite y sistemas de posicionamiento dinámico que mantienen el buque en una posición fija en relación con una baliza de sonar en el fondo del océano. [4]
Debido a la alta presión, la profundidad a la que un buceador puede descender sin equipo especial es limitada. El descenso más profundo registrado realizado por un apneista es de 253 m (830 pies) en 2012. [20] El récord de buceo es de 318 m (1043 pies) en junio de 2005, [21] y 534 metros (1752 pies) en suministro de superficie en las inmersiones experimentales Comex Hydra 8 en 1988. [22]
Los trajes de buceo atmosféricos aíslan al buceador de la presión ambiental y les permiten alcanzar profundidades de aproximadamente 600 m (1969 pies). [23] Algunos trajes atmosféricos cuentan con propulsores que pueden impulsar al buceador a través del agua. [24]
Para explorar mayores profundidades, los exploradores de aguas profundas deben confiar en cámaras resistentes a la presión especialmente construidas para protegerlos, o explorar de forma remota. El explorador estadounidense William Beebe , también naturalista de la Universidad de Columbia en Nueva York, en colaboración con su colega ingeniero Otis Barton de la Universidad de Harvard , diseñó la primera batisfera práctica para observar especies marinas a profundidades que un buzo no podía alcanzar. [ cita necesaria ] En 1930, Beebe y Barton alcanzaron una profundidad de 435 m (1427 pies) y 923 m (3028 pies) en 1934. El peligro potencial era que si el cable se rompía, los ocupantes no podrían regresar a la superficie. Durante la inmersión, Beebe miró por una ventanilla e informó de sus observaciones por teléfono a Barton, que se encontraba en la superficie. [16] [25]
En 1948, el físico suizo Auguste Piccard probó un barco de buceo mucho más profundo que inventó, llamado batiscafo , un barco navegable de aguas profundas con su flotador lleno de gasolina y una cámara suspendida o góndola de acero esférico. [ cita necesaria ] En una inmersión experimental en las islas de Cabo Verde , su batiscafo resistió con éxito la presión sobre él a 1.402 m (4.600 pies), pero su cuerpo resultó gravemente dañado por fuertes olas después de la inmersión. En 1954, con este batiscafo, Piccard alcanzó una profundidad de 4.000 m (13.123 pies). [ cita necesaria ] En 1953, su hijo Jacques Piccard se unió a la construcción de un batiscafo Trieste nuevo y mejorado , que se sumergió a 3.139 m (10.299 pies) en pruebas de campo. [ cita necesaria ] La Armada de los Estados Unidos adquirió Trieste en 1958 y la equipó con una nueva cabina para permitirle llegar a las profundidades del océano. [6] En 1960, Jacques Piccard y el teniente de la Armada de los Estados Unidos, Donald Walsh, descendieron en Trieste al punto más profundo conocido de la Tierra: el Challenger Deep en la Fosa de las Marianas , realizando con éxito la inmersión más profunda de la historia: 10.915 m (35.810 pies). [6]
Actualmente se emplea en todo el mundo un número cada vez mayor de sumergibles con tripulación. Por ejemplo, el DSV Alvin , construido en Estados Unidos y operado por la Institución Oceanográfica Woods Hole , es un submarino para tres personas que puede sumergirse hasta unos 3.600 m (11.811 pies) y está equipado con un manipulador mecánico para recolectar muestras del fondo. Alvin está diseñado para transportar una tripulación de tres personas a profundidades de 4.000 m (13.123 pies). El submarino está equipado con luces, cámaras, computadoras y brazos robóticos altamente maniobrables para recolectar muestras en la oscuridad de las profundidades del océano. [26] [27] Alvin realizó su primera inmersión de prueba en 1964 y ha realizado más de 3.000 inmersiones a profundidades promedio de 1.829 m (6.001 pies). Alvin también ha estado involucrado en una amplia variedad de proyectos de investigación, como uno en el que se descubrieron gusanos tubulares gigantes en el fondo del Océano Pacífico cerca de las Islas Galápagos . [27]
Uno de los primeros vehículos no tripulados de aguas profundas fue desarrollado por la Universidad del Sur de California con una subvención de la Fundación Allan Hancock a principios de la década de 1950 para desarrollar un método más económico de tomar fotografías a kilómetros de profundidad bajo el mar con un vehículo no tripulado de acero de alta presión de 3.000 libras. (1.361 kg) llamada bentógrafo , que contenía una cámara y una luz estroboscópica. El bentógrafo original construido por la USC tuvo mucho éxito al tomar una serie de fotografías submarinas hasta que quedó atrapado entre algunas rocas y no pudo recuperarse. [28]
Los vehículos operados a distancia (ROV) también se utilizan cada vez más en la exploración submarina. Estos sumergibles son piloteados a través de un cable que se conecta al barco de superficie y pueden alcanzar profundidades de hasta 6.000 m (19.685 pies). Los nuevos avances en robótica también han llevado a la creación de AUV, o vehículos submarinos autónomos . Los submarinos robóticos están programados de antemano y no reciben instrucciones desde la superficie. Un ROV híbrido (HROV) combina características de ROV y AUV, funcionando de forma independiente o con un cable. [29] [30] Argo se utilizó en 1985 para localizar los restos del RMS Titanic ; el Jason más pequeño también se utilizó para explorar el naufragio. [30]
Los buques de exploración de aguas profundas deben operar bajo una alta presión hidrostática externa , y la mayor parte de las profundidades marinas permanece a temperaturas cercanas al punto de congelación, lo que puede provocar la fragilización de algunos materiales. La geometría estructural, la elección de materiales y los procesos de construcción son factores de diseño importantes. Si el barco está tripulado, los compartimentos que albergan a los ocupantes son casi siempre el factor limitante. Otras partes del vehículo, como las carcasas de los componentes electrónicos, se pueden rellenar con espumas sintácticas ligeras pero resistentes a la presión o con líquidos incompresibles. [31] La parte ocupada, sin embargo, debe permanecer hueca y bajo presiones internas adecuadas para los humanos. Dado que las presiones aceptables para la ocupación humana son tan pequeñas en comparación con la presión ambiental externa en las profundidades, la presión interna normalmente se mantiene aproximadamente a la presión atmosférica superficial, lo que simplifica considerablemente los sistemas de soporte vital y permite la salida inmediata a la superficie sin descompresión. Los buques no tripulados pueden tener equipos electrónicos sensibles y delicados que deben mantenerse secos y aislados de la presión externa. Independientemente de la naturaleza de la embarcación o los materiales utilizados, los recipientes a presión casi siempre se construyen en formas esféricas, cónicas o cilíndricas, ya que distribuyen las cargas de manera más eficiente para minimizar la tensión y la inestabilidad de pandeo. [31]
El procesamiento del material elegido para la construcción de vehículos sumergibles de investigación guía gran parte del resto del proceso de construcción. Por ejemplo, la Agencia Japonesa de Ciencias y Tecnología Marinas y Terrestres (JAMSTEC) emplea varios vehículos submarinos autónomos (AUV) con construcciones variadas. Los metales más utilizados para construir los recipientes de alta presión de estas embarcaciones son aleaciones forjadas de aluminio, acero y titanio. [31] El aluminio se elige para operaciones de profundidad media donde no es necesaria una resistencia extremadamente alta. El acero es un material extremadamente bien comprendido que se puede ajustar para tener un límite elástico y un límite elástico increíbles . Es un material excelente para resistir las presiones extremas del mar, pero tiene una densidad muy alta que limita el tamaño de los recipientes a presión de acero debido a problemas de peso. [31] El titanio es casi tan fuerte como el acero y tres veces más ligero. Parece la opción obvia, pero tiene varios problemas propios. En primer lugar, trabajar con titanio es mucho más costoso y difícil, y un procesamiento inadecuado puede provocar defectos importantes. Para agregar características como ventanas de visualización a un recipiente a presión, se deben utilizar operaciones de mecanizado delicadas, que conllevan un riesgo en el titanio. [32] El Deepsea Challenger , por ejemplo, utilizó una esfera de acero para albergar a su piloto. Se estima que esta esfera es capaz de soportar 23.100 psi de presión hidrostática, lo que equivale aproximadamente a una profundidad oceánica de 52.000 pies, mucho más profunda que Challenger Deep. Se utilizaron esferas de titanio más pequeñas para albergar muchos de los componentes electrónicos de la embarcación, ya que el tamaño más pequeño reducía el riesgo de fallas catastróficas. [33]
Los metales forjados se trabajan físicamente para crear las formas deseadas y este proceso fortalece el metal de varias maneras. Cuando se trabaja a temperaturas más frías, también conocido como trabajo en frío , el metal se endurece por deformación . Cuando se trabaja a altas temperaturas o en caliente , otros efectos pueden fortalecer el metal. Las temperaturas elevadas permiten un trabajo más fácil de la aleación y la posterior rápida disminución de la temperatura al enfriar los elementos de aleación. Estos elementos forman entonces precipitados que aumentan aún más la rigidez.
En 1974, Alvin (operado por la Institución Oceanográfica Woods Hole y el Centro de Investigación Deep Sea Place), el batiscafo francés Archimède y el platillo submarino francés CYANA , asistidos por barcos de apoyo y el Glomar Challenger , exploraron el gran valle del rift del Medio Oriente. Cordillera Atlántica , al suroeste de las Azores . Se tomaron alrededor de 5.200 fotografías de la región y se encontraron muestras de magma solidificado relativamente joven a cada lado de la fisura central del valle del rift, lo que proporciona una prueba adicional de que el fondo marino se expande en este sitio a un ritmo de aproximadamente 2,5 centímetros (1 pulgada). ) por año (ver tectónica de placas ). [34]
En una serie de inmersiones realizadas entre 1979 y 1980 en la grieta de Galápagos , frente a la costa de Ecuador , científicos franceses, italianos, mexicanos y estadounidenses encontraron respiraderos de casi 9 m (30 pies) de alto y aproximadamente 3,7 m (12 pies) de ancho. , descargando una mezcla de agua caliente (hasta 300 °C, 572 °F) y metales disueltos en columnas oscuras parecidas a humo (ver respiradero hidrotermal ). Estas aguas termales juegan un papel importante en la formación de depósitos enriquecidos en cobre , níquel , cadmio , cromo y uranio . [34] [35]
Se han recolectado numerosas muestras biológicas durante exploraciones en aguas profundas, muchas de las cuales proporcionaron hallazgos e hipótesis nuevos para la ciencia. [36] Por ejemplo, las muestras microbiológicas del profundo mar Tirreno recogidas en campañas oceanográficas de la Comisión Científica del Mediterráneo han confirmado la importante contribución de las bacterias y virus marinos a la productividad batipelágica y, en particular, el papel desempeñado por las arqueas autótrofas y oxidantes de amoníaco a este respecto. . [37]
La exploración de los fondos marinos ha cobrado un nuevo impulso debido al creciente interés por los abundantes recursos minerales que se encuentran en las profundidades del fondo del océano , descubiertos por primera vez durante el viaje de exploración del Challenger en 1873. El creciente interés de los estados miembros de la Autoridad Internacional de los Fondos Marinos . entre ellos Canadá , Japón , Corea y el Reino Unido han dado lugar a 18 contratos de exploración que se llevarán a cabo en la zona de fractura Clarion Clipperton del Océano Pacífico . [38] El resultado de la exploración y la investigación asociada es el descubrimiento de nuevas especies marinas , así como microbios microscópicos que pueden tener implicaciones para la medicina moderna . [39] Las empresas privadas también han expresado interés en estos recursos. Varios contratistas, en cooperación con instituciones académicas, han adquirido 115.591 km2 de datos batimétricos de alta resolución , 10.450 muestras biológicas preservadas para estudio y 3.153 kilómetros lineales de imágenes del fondo marino que ayudan a obtener una comprensión más profunda del fondo del océano y su ecosistema . [40]
