Revista Cuanta

7 de junio de 2023

En una instalación del Instituto Oceanográfico Woods Hole (WHOI), el investigador Chris German se encuentra junto a un vehículo operado a distancia que podrá descender 11.000 metros hasta el fondo de las fosas oceánicas más profundas.

Ian MacLellan para la revista Quanta

Escritor colaborador

7 de junio de 2023

Cuando era un niño que crecía en Rochester, Inglaterra, Chris German conocía la fuerte tradición marítima de su familia y no tenía intención de continuarla. Uno de sus abuelos había servido en la Royal Navy durante gran parte de su vida, mientras que el otro había trabajado en el astillero naval de Chatham, al igual que el padre y dos tíos de German. Sin embargo, a pesar de que German asistió a una escuela fundada en 1708 para capacitar a los futuros navegantes oceánicos, juró nunca ir al mar.

German también tenía fuertes opiniones sobre otras carreras que nunca consideraría. No le gustaba la geología, que en su limitada experiencia significaba caminar a través de malolientes lodazales en el estuario del Támesis con su madre y su hermano, tamizando el lodo en busca de fósiles. La biología era otra materia por la que tenía poco entusiasmo.

Por lo tanto, el joven alemán podría haberse sentido profundamente decepcionado al saber que su yo adulto se convertiría en geoquímico marino. Sin embargo, esa elección ha sido una bendición para avanzar en nuestra comprensión científica del reino de las profundidades marinas. German, ahora científico principal en la Institución Oceanográfica Woods Hole, quizás haya hecho más que nadie para explorar los respiraderos hidrotermales: fisuras en la corteza oceánica que descargan fluidos calientes y ricos en minerales en los mares.

"Es un genio trabajando en profundidades abisales y encontrando respiraderos hidrotermales y las comunidades biológicas que sustentan", dijo Adam Soule, oceanógrafo de la Universidad de Rhode Island.

Reciba la revista Quanta en su bandeja de entrada

La mesa de trabajo en el laboratorio de German en el WHOI está cubierta con muestras e imágenes recopiladas durante sus expediciones pasadas a fumarolas hidrotermales en todo el mundo. Las fotos de lunas congeladas en la pared dan fe de los extraños océanos que espera explorar.

Ian MacLellan para la revista Quanta

Los primeros respiraderos hidrotermales fueron descubiertos por científicos a unas 250 millas de las Islas Galápagos en 1977, cuando German estaba en la escuela secundaria. Durante los años posteriores, la opinión predominante fue que los respiraderos hidrotermales solo existían en el Océano Pacífico. German ayudó a cambiar eso: fue el primero en descubrir respiraderos frente a la Antártida y en el Océano Ártico. Inspeccionó algunos de esos sitios y otros de primera mano en Alvin y otros sumergibles, pero también ha desarrollado sensores, sondas robóticas y otros instrumentos para tomar fotografías, medidas y muestras de ambientes submarinos de forma más remota.

La vida y su potencial han ocupado un lugar destacado en esos descubrimientos del fondo marino. Se han encontrado más de 600 especies nuevas en ecosistemas prósperos cerca de lugares de ventilación que están completamente aislados de la luz solar y de los frutos de la fotosíntesis. En 2012, German dirigió una expedición a Mid-Cayman Rise, el centro de expansión de una cadena montañosa submarina (o dorsal en medio del océano) en la base del Mar Caribe, donde las placas tectónicas se están separando. Allí, por primera vez, él y sus colegas fueron testigos de la síntesis abiótica submarina: la creación de moléculas orgánicas, los componentes básicos de la vida, a través de procesos completamente no biológicos.

"Ese fue el punto de partida de mi participación en la astrobiología", dijo German. "Descubrimientos como ese ayudaron a la NASA a darse cuenta de que hay entornos submarinos que les importan y [que] podrían volverse importantes en la exploración futura de la vida más allá de la Tierra".

En 2020, se le pidió a German que dirigiera un proyecto de cinco años y $7,6 millones financiado por la NASA llamado Exploring Ocean Worlds, encargado de idear estrategias para buscar vida en los océanos cubiertos de hielo en Europa, Encelado, Titán, Tritón y otros cuerpos en nuestro sistema solar. Los desafíos técnicos son abrumadores, reconoció, "pero la NASA no tiene que reinventar la rueda desde cero porque tenemos mucha experiencia tratando de resolver esos problemas aquí en los océanos de la Tierra".

En el hielo a 4.000 metros sobre el campo de ventilación hidrotermal Aurora en el Ártico, German se encuentra junto al buque de investigación noruego Kronprins Haakon con Eva Ramirez-Llodra de REV Ocean, la científica principal de la expedición, en 2019.

Cortesía de Chris Germán

German habló con Quanta de Woods Hole, Massachusetts, sobre sus aventuras en aguas profundas en una serie de conversaciones entre sus excursiones al Océano Ártico y un volcán submarino activo cerca de Hawai'i. La entrevista ha sido condensada y editada para mayor claridad.

Ingresé a la Universidad de Cambridge como estudiante universitario en 1981 con la intención de convertirme en ingeniero químico, pero eso cambió bastante rápido. En mi primera semana, un profesor que resultó ser un gigante en el campo de la tectónica de placas nos habló sobre la evolución de los Alpes. Solo había estado fuera del Reino Unido una vez antes, en un viaje familiar a los Alpes suizos, donde quedé impresionado por la belleza de la naturaleza. Cuando supe que la teoría que explicaba todo eso era parte de la geología, un campo que me permitiría salir y estudiar volcanes y terremotos, decidí que sería mucho más emocionante que trabajar en una refinería de petróleo o una planta química.

Durante mi segundo año, me involucré más en el tema cuando Steve Sparks, un destacado vulcanólogo, dio una conferencia sobre la erupción del Monte St. Helens, que recientemente había aparecido en los titulares. En mi tercer año, aprendí sobre química oceánica de Harry Elderfield. La idea de combinar mis intereses en química y vulcanología con los océanos de la Tierra sonaba intrigante, así que hice de la geología mi especialización en lugar de una secundaria. En 1984 comencé mis estudios de posgrado en geoquímica marina bajo la supervisión de Elderfield.

La primera fumarola negra, el tipo de respiradero hidrotermal más espectacular, se descubrió en el Pacífico en 1979 y se informó en un artículo de 1981. Los humos negros son características espectaculares en el lecho marino, arrojando las columnas más calientes y oscuras de las "chimeneas" formadas a partir de depósitos minerales que pueden tener casi 200 pies de altura. En 1985, Elderfield y otros de Cambridge formaron parte de un equipo que descubrió el primer fumador negro en el Océano Atlántico, en la Cordillera del Atlántico Medio. Regresaron todos emocionados, y algo de eso claramente se me contagió. Me inscribí en mi primer crucero un año después.

Antes de partir, les dije a mis colegas que esperaba que me gustara, porque ya estaba bastante avanzado en el camino de mi doctorado. trabajar.

Navegamos desde las Islas Canarias hasta el Atlántico medio, sobre el sitio de ventilación TAG [Trans-Atlantic Geotraverse], que es lo más lejos de la tierra que se puede llegar en todas las direcciones. Estaba mareado, pero al tercer día, recuperé mis piernas marinas. Así que tal vez había algo en mis genes después de todo.

En el camino, pasamos un barco de Woods Hole, el Atlantis II, que transportaba el submarino Alvin. "Yo nunca me hundiría en eso, ¿verdad?" me preguntó un compañero de barco.

"Espero nunca tener la oportunidad", respondí, "porque si me preguntan, no podría decir que no. Aunque realmente sufro de claustrofobia".

Unos años más tarde, me pidieron que hiciera precisamente eso.

German en las luces del sumergible Alvin mientras estaba a bordo del buque de investigación Atlantis en 2014. Descendió en el Alvin para ver por primera vez a un fumador negro en 1989.

Cortesía de Chris Germán

Esto fue en 1989, a la mitad de mi posdoctorado de dos años en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, donde trabajé con John Edmond, uno de los descubridores de las primeras fuentes hidrotermales de baja temperatura en el crucero Galápagos de 1977. Edmond y yo volvimos a TAG, y esta vez, gracias a Alvin, pude ver de cerca a un fumador negro. Alvin había estado en esta área antes, pero el piloto no pudo encontrar una manera segura de acercarse lo suficiente para obtener buenas muestras. La parte superior de un ahumador negro es como una boca de incendios con la parte superior derribada. Hay un flujo fuerte en el que podrías ser arrastrado, y el agua que sale puede tener una temperatura de hasta 400 grados centígrados.

El truco que se nos ocurrió a Edmond y a mí fue bajar profundamente, comenzando en la base de la chimenea, donde las cosas están relativamente tranquilas, y luego avanzar con cautela hacia arriba. Así fue como pudimos obtener las primeras muestras realmente buenas de ese sitio: agua cargada de azufre, hierro, cobre, zinc y plomo, que es lo que hace que se vea negro. Ese fue el primer muestreo exitoso de un respiradero hidrotermal en cualquier parte del Atlántico.

Solo estar dentro del Alvin fue una experiencia. Solo dos científicos y un piloto pueden caber en él, y estás abajo por solo ocho horas. El tiempo pasa rápido porque todo es tan abrumador. Hay muchas posibilidades de que estés viendo algo que nadie más ha visto antes. Y acercarse tanto a un fumador negro fue increíblemente emocionante. No puede conducir su automóvil hasta una fuente termal en Yellowstone. Y este chorro en el fondo del océano, a diferencia de Old Faithful, se ha disparado continuamente durante miles de años. Eso habla del poder y la energía encerrados dentro de nuestro planeta.

Durante mis dos años en el MIT, desarrollé una pasión por el estudio de los respiraderos hidrotermales. La pregunta con la que luché fue: si me voy y vuelvo al Reino Unido, ¿cómo puedo desempeñar un papel que es nuevo y original?

Recuerde que cuando comencé la escuela de posgrado solo unos años antes, todavía se creía ampliamente que no había fuentes hidrotermales en el Atlántico. Sabíamos que eso no era cierto, pero me preguntaba cuántos campos hidrotermales había en este planeta y cuáles eran las formas más eficientes de buscarlos.

Me di cuenta de que, aunque un respiradero en sí mismo es típicamente del tamaño de un campo de fútbol, ​​el penacho que sale de él es como una nube en forma de hongo que se eleva hacia la columna de agua y se expande. Incluso después de diluirse por un factor de 10.000, las concentraciones de hierro, manganeso y otros metales siguen siendo 100 veces mayores que en el agua de mar ordinaria. Podríamos encontrar evidencia de estos penachos sin hacer ninguna medición química simplemente usando sensores ópticos para medir la turbidez del agua. Y debido a la forma en que se propagan las columnas, estas características a veces pueden detectarse a cientos de kilómetros de distancia.

Después de terminar mi posdoctorado en 1990, regresé al Reino Unido y acepté un trabajo en el Instituto Nacional de Oceanografía en el pueblo de Wormley. Ya no tenía acceso a un submarino como el Alvin, pero un grupo del instituto acababa de desarrollar un instrumento remolcable que utilizaba un sonar para cartografiar el lecho marino. Dije que si ponemos mis sensores ópticos en ese vehículo, podría averiguar dónde está toda la actividad hidrotermal.

La primera vez que usamos este enfoque, encontramos seis nuevos sitios de respiraderos en el Atlántico, donde solo dos se conocían previamente. Ya no se trataba de tropezar con las cosas por accidente; podríamos hacerlo sistemáticamente.

En la parte superior, German usa un fragmento recuperado para demostrar la estructura del lecho marino en Mid-Cayman Rise. La losa contrasta con un trozo oscuro de lava que su equipo recuperó de un volcán submarino cerca de Hawai'i (abajo a la izquierda). En un modelo 3D en miniatura del sitio de ventilación (abajo a la derecha), las chimeneas de piedra delgadas que surgen alrededor de las rejillas de ventilación se sienten afiladas al tacto.

Ian MacLellan para la revista Quanta

A principios de la década de 1990, la sabiduría convencional sostenía que no había actividad hidrotermal en las dorsales oceánicas que se "expandían lentamente" o "ultralentamente", donde las placas tectónicas se separan entre 10 y 50 milímetros por año. (El movimiento de las placas en las dorsales de expansión rápida es 10 veces más rápido.) No entendí por qué eso tenía que ser cierto, y en 1997 llevamos nuestros sensores ópticos a la dorsal ultralenta del suroeste de la India en el océano Índico, una de las más lentas. crestas extendidas conocidas. Allí encontramos seis fuentes hidrotermales. Dos años más tarde, encontramos actividad hidrotermal cerca de la Antártida en una parte aún más remota del océano inexplorado. En ese momento, me sentí seguro al creer que estos respiraderos pueden existir en cualquier lugar. Lo que significaba que necesitaba algo nuevo y diferente que hacer.

Exactamente. Ya se habían descubierto cientos de nuevas especies en los respiraderos hidrotermales desde 1977, y la tasa de descubrimiento no se estaba, y todavía no se está desacelerando. En cada nuevo sitio de ventilación, encontramos nuevas especies. En la base de las redes alimentarias de estas comunidades se encuentran microbios quimiosintéticos que obtienen energía de reacciones químicas en lugar de la luz solar. Ese hecho ha despertado el interés de la NASA en los océanos cubiertos de hielo en otros mundos, donde no hay fotosíntesis, pero todavía hay condiciones, incluida la presencia de actividad hidrotermal, que pueden dar lugar a la vida.

Mi primer financiamiento de la NASA apoyó cuatro cruceros, de 2009 a 2013, a Mid-Cayman Rise en el Caribe. Descubrimos que se liberaban grandes cantidades de hidrógeno de estos respiraderos, lo que permitía la síntesis de compuestos orgánicos. Estos compuestos, además, fueron creados recientemente, "sintetizados abióticamente", y no solo reciclados de animales. Sugerimos que así podría pasar de un sistema geológicamente activo a uno biológicamente activo.

El siguiente paso fue trabajar en un océano cubierto de hielo, como los que se cree que existen en Europa y Encelado. Tuve mi oportunidad en 2014 en un viaje al Océano Ártico a bordo de un rompehielos alemán, equipado con un submarino a batería que ayudé a desarrollar. Los submarinos robóticos atados llamados ROV [vehículos operados a distancia] normalmente tienen cables eléctricos pesados ​​que cuelgan verticalmente y solo les permiten moverse 50 metros de lado, lo que no funciona bien en un océano donde el hielo siempre se mueve. Nuestro submarino a batería tiene un delgado cable de fibra óptica para datos y comunicaciones que le permite recorrer muchos kilómetros de costado. Vimos un humo negro, el primer respiradero hidrotermal jamás observado en el Ártico, solo dos horas antes de que terminara la misión.

Regresé a ese sitio, el campo de ventilación Aurora, en un rompehielos noruego en 2019 con una cámara mejor que nos permitió ver algunos animales de ventilación. Nuestros colegas noruegos regresaron en 2021, recolectando las primeras muestras biológicas de esa área. Yo estaba explorando el remoto Pacífico Sudeste en ese momento, o me habría unido a ellos.

"Los océanos son tan grandes y tan poco explorados que siempre estamos empujando los límites del conocimiento, que es algo que no se puede decir sobre todos los campos", dijo German.

Ian MacLellan para la revista Quanta

Para empezar, el Ártico es el único océano cubierto de hielo que tenemos. Además, hemos demostrado que los respiraderos de Aurora son ricos en hidrógeno, por lo que todo indica que tenemos las condiciones geológicas de que es un océano cubierto de hielo que puede dar lugar a la síntesis abiótica de compuestos orgánicos. Regresaremos a Aurora a finales de este verano con la esperanza de confirmar esa hipótesis. También esperamos mostrar que estos respiraderos albergan algunas de las formas de vida más primitivas de la Tierra.

Pasaré un tiempo este verano en el Ártico con ingenieros del Jet Propulsion Lab, trabajando en robots que pueden cortar el hielo, algo que esperamos poder hacer en Europa algún día. Una vez que atravesemos el hielo en otro planeta, ¿qué haremos? Bueno, necesitaremos dispositivos electrónicos que puedan trabajar a alta presión, en ambientes húmedos y salados que son altamente corrosivos. Eso es algo de lo que la NASA tradicionalmente no ha tenido que preocuparse, pero es algo en lo que los ingenieros oceánicos piensan todos los días. En lo que estamos trabajando ahora, a través del proyecto Exploring Ocean Worlds, es en combinar esas dos líneas de experiencia.

Más allá de eso, mi próxima prioridad será regresar a un monte submarino hawaiano [volcán submarino] que hemos visitado varias veces antes, en parte porque tiene las condiciones de profundidad y presión del agua que podrían encontrarse en el lecho marino de Encelado.

Una gran parte de esto es que nunca se vuelve aburrido. Nunca dejamos de aprender. Los océanos son tan grandes y tan poco explorados que siempre estamos empujando los límites del conocimiento, que es algo que no se puede decir sobre todos los campos. El ochenta por ciento de las dorsales oceánicas del mundo no han sido exploradas para su ventilación. Me siento constantemente honrado por el hecho de que están sucediendo más cosas de las que jamás consideré posibles. La mayor parte de la superficie de nuestro planeta está cubierta por un océano profundo, por lo que alguien debería prestarle atención.

He aprendido que es importante mantener la mente abierta y seguir la vida a donde sea que te lleve. Creo que es un buen consejo en general.

Escritor colaborador

7 de junio de 2023

Reciba la revista Quanta en su bandeja de entrada

Obtenga los aspectos más destacados de las noticias más importantes en su bandeja de entrada de correo electrónico

Quanta Magazine modera los comentarios para facilitar una conversación informada, sustantiva y civilizada. Se rechazarán los comentarios abusivos, profanos, de autopromoción, engañosos, incoherentes o fuera de tema. Los moderadores trabajan durante el horario comercial habitual (hora de Nueva York) y solo pueden aceptar comentarios escritos en inglés.