Los respiraderos hidrotermales son fisuras en el fondo del océano desde donde se liberan chorros de agua de mar rica en nutrientes calentada geotérmicamente hacia los océanos fríos y profundos. Estos respiraderos generalmente se encuentran cerca de las dorsales oceánicas donde las placas tectónicas se separan en límites divergentes o en montes submarinos y volcanes de arco insular que están asociados con límites convergentes. Aunque la Teoría de la Tectónica de Placas predijo la existencia de estas fuentes hidrotermales, fueron descubiertas recién en 1977 y han atraído a varios grupos de investigadores desde entonces. Muchos investigadores creen que estos respiraderos hidrotermales de aguas profundas son la clave para comprender el origen de la vida en la Tierra .
La existencia de fuentes hidrotermales se atribuye a la naturaleza geológicamente activa de la Tierra ya la presencia de cantidades masivas de agua tanto dentro de la corteza como en la superficie. También se ha registrado que los lugares alrededor de los respiraderos hidrotermales son altamente productivos y albergan grupos de comunidades biológicas complejas sostenidas por la energía de los químicos disueltos en los fluidos de los respiraderos. También se han informado fuentes hidrotermales activas en otros cuerpos celestes como Europa, la luna de Júpiter , y Encelado, la luna de Saturno .
Geografía de los respiraderos hidrotermales
El término hidrotermal se compone de dos palabras griegas: ‘Hydor’, que significa ‘agua’, y ‘therme’, que significa ‘calor’. El término ‘ventilación’ se deriva de la palabra francesa ‘eventer’, que significa ‘exponer al aire’. El agua liberada de los respiraderos hidrotermales del lecho marino comprende principalmente agua de mar extraída a través de fallas y sedimentos porosos hacia el sistema hidrotermal cerca de los edificios volcánicos. El agua que emerge de las fuentes hidrotermales tiene temperaturas que oscilan entre los 140°F y los 867°F. El agua también existe como un “fluido supercrítico” a temperaturas tan altas debido a la presión hidrostática extremadamente alta a estas profundidades.
En las dorsales oceánicas, donde las placas tectónicas se separan, el estiramiento de la corteza conduce al desarrollo de grietas o fisuras en su interior. Luego, el agua de mar fría se filtra a través de estas grietas y se filtra más profundamente en la corteza, donde entra en contacto con el manto calentado subyacente. Las reacciones químicas provocadas por el magma supercaliente eliminan el oxígeno, los sulfatos, el magnesio y otras sustancias químicas del agua de mar. A su debido tiempo, el fluido se vuelve más caliente y altamente ácido, lo que lleva a la lixiviación de metales como hierro, cobre, cobalto, zinc y plomo de las rocas adyacentes. Este fluido calentado luego se eleva por encima de la superficie a través de grietas y fisuras en el fondo del océano. A medida que el fluido calentado emerge de los conductos de ventilación, entra en contacto con el agua de mar fría y oxigenada. Esto conduce a otra serie rápida de reacciones químicas en las que el azufre y otros sólidos precipitan para formar torres ricas en metales y depósitos minerales alrededor del fluido de ventilación en el lecho marino.
¿Dónde se encuentran los respiraderos hidrotermales?
Los respiraderos hidrotermales se observan principalmente a lo largo de los límites de las placas tectónicas y también en ubicaciones dentro de la placa, como volcanes de puntos calientes . Hasta 2009 se identificaron alrededor de 500 campos de respiraderos hidrotermales submarinos activos, con aproximadamente la mitad de ellos observados en el fondo marino y la otra mitad identificada por indicadores de columna de agua o depósitos en el fondo marino. En 2012, un estudio de Rogers et al. reportaron la presencia de alrededor de 11 provincias biogeográficas de sistemas de fuentes hidrotermales. Algunas de estas provincias biogeográficas incluyen la provincia de Mid-Atlantic Ridge, la provincia de Northern East Pacific Rise, la provincia de East Scotia Ridge, la provincia de Central East Pacific Rise, la provincia del Océano Índico, la provincia de Southern East Pacific Rise, al sur de Easter Microplate y cuatro provincias ubicadas en el Océano Pacífico occidental .
Tipos de fuentes hidrotermales
Según los niveles de flujo de sus columnas y una serie de factores físicos y químicos, las fuentes hidrotermales se pueden clasificar en dos tipos distintivos: fumarolas negras y fumarolas blancas.
Fumadores negros
También llamado respiradero de aguas profundas , este tipo de respiradero hidrotermal se observa en el lecho marino en la zona batipelágica , así como más profundo en la zona abisopelágica. El respiradero hidrotermal tiene estructuras similares a chimeneas que emiten agua sobrecalentada que contiene altos niveles de sulfuros. Cuando esta agua sobrecalentada entra en contacto con el agua fría del océano, los minerales disueltos se precipitan, creando estructuras similares a chimeneas de color negro alrededor de cada ventilación. A su debido tiempo, estos sulfuros metálicos depositados se convierten en depósitos volcánicos de mineral de sulfuro masivo .
Los fumadores negros se descubrieron inicialmente en East Pacific Rise como parte del Proyecto RISE en 1979. En la actualidad, se sabe que existen ahumadores negros tanto en el océano Pacífico como en el Atlántico a profundidades de 6900 pies. Los ahumadores negros más profundos identificados en el mundo se encuentran a unas 3,1 millas por debajo de la superficie del océano en Cayman Trough.
Fumadores blancos
Este tipo de fuentes hidrotermales se encuentran a temperaturas más bajas, bastante distantes de sus fuentes de calor magmático. La apariencia de color claro de este tipo de ventilación se atribuye a la emisión de minerales de tonos más claros como el calcio, el silicio y el bario. En comparación con los ahumadores negros, los ahumadores blancos liberan penachos más fríos y forman pequeñas chimeneas.
Descubrimiento y exploración de fumarolas hidrotermales
Un estudio de aguas profundas de 1949 informó salmueras calientes antinaturales en el corazón del Mar Rojo . En la década de 1960, algunos estudios establecieron la presencia de salmueras salinas y lodos metalíferos relacionados con temperaturas superiores a 140 °F. Los científicos creían que estas soluciones calientes surgían de una grieta activa en el fondo marino. En junio de 1976, científicos del Instituto de Oceanografía Scripps de California , en una expedición de las Pléyades II, confirmaron la presencia de fumarolas hidrotermales submarinas a lo largo de la falla de Galápagos en la dorsal oceánica del Pacífico Oriental. El sitio recibió el sobrenombre de “Clam-bake” y se desplegaron transpondedores para que una expedición pudiera regresar para realizar observaciones directas a través de un sumergible de investigación llamado DSV Alvin. Los primeros artículos científicos que describen los respiraderos hidrotermales se publicaron formalmente al año siguiente.
En el mismo año, un equipo de geólogos marinos observó directamente los ecosistemas quimiosintéticos que rodean las fuentes hidrotermales submarinas del Rift de Galápagos. En 1979, el sumergible de investigación DSV Alvin ayudó a los investigadores a descubrir “fumadores negros” o respiraderos hidrotermales de alta temperatura que emiten chorros de partículas minerales negras en East Pacific Rise. Con la ayuda de una sonda de temperatura, los investigadores registraron que las fumarolas hidrotermales de aguas profundas tienen una temperatura del agua de hasta 752 °F.
En 2005, a una empresa de exploración de minerales llamada Neptune Resources NL se le otorgaron derechos de exploración de más de 35 000 kilómetros cuadrados para explorar depósitos de sulfuro masivos en el lecho marino formados a partir de los modernos campos de ventilación hidrotermal en la región del arco de Kermadec en la Zona Económica Exclusiva de Nueva Zelanda . En abril de 2007, se descubrió el campo de ventilación hidrotermal Medusa en la costa de Costa Rica en el Océano Pacífico. Hasta 2010, el campo de ventilación hidrotermal Ashadze de 110 km de largo ubicado dentro de Cayman Trough en Mid-Cayman Rise, de expansión lenta, era el campo hidrotermal de alta temperatura más profundo conocido. En 2013, los respiraderos hidrotermales más profundos conocidos se encontraron a una profundidad de 16,000 pies en el Mar Caribe .
Ecología de los respiraderos hidrotermales
Se ha estimado que las zonas de ventilación hidrotermal tienen una densidad de organismos entre 10.000 y 100.000 veces mayor que el fondo marino circundante, así como un grado relativamente mayor de endemismo y especializaciones de especies. Como la luz del sol no puede llegar a los respiraderos hidrotermales, las comunidades biológicas exóticas que se encuentran alrededor de estos respiraderos se sostienen con los nutrientes que se encuentran en los depósitos químicos y los fluidos hidrotermales. Por lo tanto, las bacterias quimiosintéticas que producen energía utilizando productos químicos son los principales productores del ecosistema de respiraderos hidrotermales de aguas profundas. A través del proceso de quimiosíntesis, estas bacterias utilizan compuestos de azufre, principalmente el sulfuro de hidrógeno tóxico, para producir materiales orgánicos. Las bacterias quimiosintéticas atraen organismos como copépodos y anfípodos que se alimentan de ellas. Algunos organismos grandes, como caracoles, cangrejos, gusanos tubulares, camarones, pulpos y peces como la anguila asesina, el pez lengua, la angula, etc., forman parte de la cadena alimentaria por encima de los consumidores primarios.
Además, también se encuentran varios gasterópodos, crustáceos, bivalvos grandes, pogonóforos, anélidos, camarones sin ojos y gusanos vestimentíferos. Algunos animales notables que se han informado de los respiraderos hidrotermales incluyen gasterópodos de patas escamosas, gusanos de Pompeya, mejillones gigantes de los respiraderos, cangrejos yeti, percebes de los respiraderos de O’Shea, gusanos tubulares gigantes, etc. Además, se encontraron microorganismos fosilizados putativos en los precipitados de los respiraderos hidrotermales. en el Nuvvuagittuq Greenstone Belt de Canadá , que se cree que vivió hace unos 4280 millones de años.
Conservación De Fuentes Hidrotermales
Los diversos depósitos minerales que se encuentran en los respiraderos hidrotermales de aguas profundas, debido a sus condiciones físicas y químicas únicas, son extremadamente valiosos y se están volviendo comercialmente explotables. Actualmente, muchas empresas de exploración minera han puesto su atención en estos ricos depósitos minerales y están tratando de extraerlos de los campos de ventilación hidrotermal. Se cree que esta minería de aguas profundas tiene el potencial de causar impactos ambientales severos a partir de la maquinaria de minería, lo que a su vez provoca el colapso de los conductos de ventilación, deslizamientos de tierra submarinos, liberación de hidratos de gas y afectación de los organismos que se alimentan por filtración.
Los respiraderos hidrotermales brindan información valiosa sobre el medio ambiente y las fuerzas ecológicas que han ayudado a dar forma a la vida en condiciones extremas. Por lo tanto, es necesaria una comprensión adecuada de los ecosistemas de fuentes hidrotermales para redefinir nuestro conocimiento sobre los orígenes y la evolución de la vida en la Tierra. Los estudios de los recursos genéticos marinos de los respiraderos hidrotermales han llevado al desarrollo de nuevas aplicaciones médicas e industriales. Las comunidades microbianas que se encuentran en estos respiraderos también juegan un papel fundamental en el ciclo global de elementos importantes. La bioquímica de las bacterias quimiosintéticas que albergan estos respiraderos podría proporcionar pistas importantes sobre la naturaleza de las reacciones químicas que iniciaron el comienzo de la vida en la Tierra y la posibilidad de la presencia de vida en otras partes del sistema solar.