Profundo, Oscuro y Listo para Ser Explorado
Christopher German
Woods Hole Oceanographic Institution
El océano profundo es un vasto e inexplorado sistema. Es también el mayor hábitat contiguo para la vida en nuestro planeta. Si es tan grande, seguramente también es muy importante en términos del funcionamiento de nuestro planeta y para sustentar la vida en el, incluyéndonos a nosotros. Por lo tanto, si queremos saber sobre la Tierra, entonces los científicos tienen que obtener la mejor información posible acerca del océano profundo. ¿Pero por que del océano profundo específicamente? La mayoría de la gente ha escuchado alguna vez que dos tercios de la Tierra están cubiertos por agua. ¿Pero cuántos saben que mas de la mitad de nuestro planeta esta cubierto por agua de mar con una profundidad mayor a 3000 m? Por lo tanto, un extraterrestre visitando la Tierra por primera vez perfectamente podría pensar que lo que vive en el océano profundo de la Tierra es lo “normal” y todo el resto (lo que vive en la costa y sobre los continentes, incluyendo los humanos) es menos significativo. Pero si sabemos que los océanos son tan importantes, ¿por que falta aún tanto por explorar de ellos? Primero que nada, los océanos son realmente GRANDES!!! y es difícil acceder a ellos. Se necesitan buques especiales para llegar al medio de los océanos y se necesita tecnología especial para investigarlos una vez que se llega allí. Es a esto que le llamamos exploración del océano.
Figura 1. El vehículo submarino autónomo ABE (robot que hace inmersiones libres) a punto de ser liberado desde el buque chino de investigación RV Da Yang Yi Hao para explorar el fondo del Océano Indico suroccidental en la primavera de 2007. Durante los útimos 5 años ABE ( Autonomous Benthic Explorer) ha sido utilizado en múltiples expediciones en busca de fuentes hidrotermales en el océano profundo en diversas partes del mundo, Desde Nueva Zelanda a Sudáfrica y desde Brasil a Ecuador. Haga clic en la foto para vista más grande y crédito de foto.
Figura 2. Nuestro plan de trabajo de tres fases para explorar el fondo del océano con ABE. Primero, guiado por mediciones químicas realizadas a bordo del buque, programamos a ABE para “volar” en la columna de agua “olfateando” por donde las señales químicas son mas fuertes usando sensores especiales in situ. Segundo, una vez que sabemos dónde están las señales químicas mas fuertes, provenientes de una fuente hidrotermal, programamos a ABE para “volar” mas cerca del fondo y hacer un mapa detallado de la superficie del fondo. Idealmente, interceptando las plumas de agua caliente que se eleven desde el fondo. Tercero y por ultimo, programamos a ABE nuevamente para “volar” justo por encima del fondo y conducir cuidadosamente usando técnicas para evitar obstáculos y evitar así colisiones con el rocoso y escabroso fondo, mientras toma fotografías de lo que sea que hayamos encontrado; fuentes hidrotermales, filtraciones de metano y cualquiera de los nuevos y únicos animales que alberguen. Haga clic en la foto para vista más grande y crédito de foto.
La exploración del océano es un nuevo campo de la ciencia, tal como la exploración del espacio, y es una disciplina que TODO EL TIEMPO esta cambiando nuestro entendimiento sobre como funciona la Tierra. Hace solo aproximadamente cien años que los primeros trabajos de investigación científica del océano comenzaron.
En lo que se refiere a la exploración del océano profundo, no se tuvo un buen método para mapear el fondo marino en detalle hasta mediados del siglo pasado (durante la segunda Guerra Mundial) y recién en 1964 (cinco años antes del primer alunizaje) el sumergible Alvin fue estrenado. Esta fue la primera máquina que permitió a investigadores Americanos llegar al fondo del océano profundo. Las siguientes décadas vieron la aparición de otros sumergibles tripulados y robóticos, aunque el Alvin sigue aún en actividad, todos los cuales nos han estado dando acceso al fondo del océano profundo. Mientras que la exploración del espacio exterior se mantiene también como algo muy atractivo, el Alvin hizo uno de los diez descubrimientos científicos mas importantes del siglo pasado – la presencia de vida que puede existir en ausencia de luz solar en las fuentes hidrotermales (“hydrothermal vents”) y filtraciones frías (“cold seeps”) en el fondo del océano. Previo a esto pensábamos que el océano profundo era tan oscuro y frío como el espacio exterior. Durante los últimos 30 años se ha continuado la exploración de otras fuentes hidrotermales y filtraciones frías y se han encontrado más de 600 especies nuevas para la ciencia – a una tasa promedio de una nueva especie cada dos semanas, o más correctamente, varias especies nuevas cada vez que estudiamos un nuevo sitio.
Pero las áreas de la superficie terrestre esperando ser investigadas aún son vastas y las distancias que cualquiera de nuestras maquinas puede cubrir en un día de trabajo son pequeñas, porque en la oscuridad del océano la única luz para poder ver proviene de los focos de alta intensidad que llevamos. Pero estos, con suerte, penetran solo unos 3 m hacia adelanto o los costados.
De acuerdo a lo anterior, los exploradores de los océanos se enfrentan a dos desafíos, ya que se pueden explorar solo pequeñas porciones del océano profundo por cada vez, entonces (a) se necesitan elegir cuidadosamente los lugares a los que se va y estudiarlos meticulosamente para extraer la mayor cantidad de información posible de cada expedición; y (b) se requiere utilizar los métodos mas inteligentes posibles para toda nuestra exploración. Solo de esta forma podemos asegurar que se esta haciendo buen uso de los recursos fiscales con los cuales generalmente se financian este tipo de investigaciones.
Dicho esto, estamos listos para hablar mas sobre este proyecto, en el cual se usarán instrumentos de muestreo remotos, un vehículo submarino autónomo (un robot que nada libremente) y un dispositivo de muestreo del fondo marino guiado por video, para explorar el Punto Triple de Chile. Este punto es uno de los únicos lugares en la Tierra donde una Dorsal Meso-oceánica (una especie de cadena volcánica donde lava incandescente es expelida desde el interior de la Tierra hacia el fondo marino para formar nueva corteza oceánica) esta siendo “tragada”, a la misma tasa que es producida en el medio del océano, nuevamente bajo el manto a lo largo de lo que se denomina “zona de subducción” en el fondo de la Fosa de Perú-Chile.
Se puede leer más acerca de las características de estos ambientes aquí y los tipos de animales que queremos encontrar aquí. Los particulares animales que esperamos encontrar viven donde hay un flujo activo desde el interior de la corteza oceánica, que acarrea hacia la superficie del lecho marino diversos y maravillosos compuestos químicos, los cuales proveen energía para sustentar la vida. Entonces, ¿Cómo encontramos estos sistemas? Tienen solo el tamaño de una cancha de fútbol y necesitamos encontrarlos desde una distancia de 3500 m por sobre ellos desde un buque de investigación en la superficie del océano. ¿Cómo lo hacemos?
La respuesta está en los productos químicos. Tanto las fuentes hidrotermales como las filtraciones frías liberan productos químicos en el océano profundo, los cuales normalmente no se encuentran allí, elementos y compuestos como el hierro y manganeso disueltos y de particular importancia para esta expedición, el metano.
Cuando los fluidos de las filtraciones frías y fuentes hidrotermales liberan estos compuestos en el agua estos no duran por siempre. Por el contrario, reaccionan con el oxígeno disuelto en el océano y en el caso del hierro y el manganeso, forman partículas de óxidos metálicos los cuales eventualmente precipitan al fondo marino, generando plumas de agua turbia justo por encima del lecho marino en las cristalinas aguas del océano profundo. Para el metano la reacción es diferente, este compuesto simplemente se combina con el oxígeno del agua para producir dióxido de carbono y agua. Sin embargo, todas estas reacciones no ocurren inmediatamente, por lo tanto podemos saber cuando estamos cerca de uno de estos sitios al medir anomalías en las concentraciones de los mencionados compuestos en la columna de agua (o sea, concentraciones distintas a las que hay en el entorno). Primero, por ejemplo, se pueden remolcar sensores que midan la turbidez del agua para ver zonas donde el agua este anormalmente turbia (a menudo un buen indicador de que en las cercanías hay una fuente hidrotermal). Seguido a esto se toman muestras de agua en las cercanías y a bordo del buque se miden sus concentraciones de metano. Si no se detecta este compuesto significa que no estamos muy cerca de una potencial fuente, pero a medida que estas concentraciones aumentan implica que nos acercamos a una fuente hidrotermal o filtración de metano. Se sabe que las fuentes hidrotermales están en general cada 100 km a lo largo de todos los ejes de las dorsales. Por lo tanto, esa es la longitud de dorsal que hemos elegido para explorar en esta expedición. Una vez que creemos estar cerca, es tiempo de usar nuestra arma secreta: ABE (que es la sigla en inglés de Autonomous Benthic Explorer, que significa Explorador Bentónico Autónomo). Esta no es la primera vez que se usa a ABE en el programa de exploración del océano de la NOAA. Por el contrario, en los últimos 5 años estas técnicas han sido utilizadas para rastrear entre 15 y 20 fuentes hidrotermales en todos los océanos del mundo, trabajando con co-exploradores de Inglaterra, Alemania e incluso China, así como científicos Americanos, por supuesto. Pero esta es nuestra primera chance de trabajar tan al sur sobre la costa de Sudamérica y estamos emocionados!!!
La exploración utilizando a ABE funciona así. Primero es importante recordar que ABE es un robot no tripulado, por lo tanto, una vez que comienza una misión no puede hacer nada que no se le haya indicado previamente. La forma en que sabe que hacer es siguiendo instrucciones de un programa computacional que nuestros ingenieros redactan y cargan al vehículo antes que la misión comience. Después de esto se levanta a ABE de la cubierta utilizando una grúa y se baja por un costado del buque hasta el agua (Fig.1). Luego dejamos que ABE desarrolle su misión en la forma que esta fue programada y esperamos hasta que vuelva a la superficie del océano, donde puede ser “pescado” y subido nuevamente a la superficie de la nave para descargar los datos a computadoras e interpretar los resultados.
Todo esto significa que, antes de comenzar CADA misión, debemos ser muy inteligentes (y cuidadosos) con lo que programamos que ABE haga. Este es el esquema de tres fases que hemos desarrollado en los pasados años y que se ha comprobado que funciona (figura 2). Primero, programamos a ABE para que se sumerja hasta la profundidad en que esperamos que se encuentren las plumas y que una vez allí navegue en un patrón regular de ida y vuelta, al cual denominamos “cortando el césped”, para mapear con exactitud donde están las señales químicas más fuertes. Esto lo hacemos montando sensores químicos en ABE, los cuales miden la intensidad de las señales en el agua, pero es solo cuando ABE retorna a la superficie que podemos analizar los datos resultantes y cual fue el punto de aproximación mas cercano de ABE. Típicamente ABE mapea un área de aproximadamente 5 km de lado durante el trabajo en la Fase I.
A continuación, si asumimos que las señales químicas mas fuertes se encuentran justo por encima de su punto de origen en el lecho marino podemos saber cual es el foco de las emanaciones mapeadas por ABE en la Fase I y programarlo para que vuelva al sitio y haga un mapa detallado del fondo marino, típicamente de 1 a 2 km de lado. Esto se hace navegando en un sentido y otro a lo largo de líneas con un distanciamiento menor entre ellas y utilizando un sonar para generar mapas de alta resolución del fondo marino.
Finalmente, estamos listos par el “juego final”, la Fase III, en la cuál ABE es programado para retornar al fondo marino y en base a, tanto los datos químicos (Fase I) como en los mapas detallados del lecho (Fase II), programamos a ABE para “volar” muy cerca de la superficie del fondo (en general a unos 5 m de lo que puede ser una superficie muy escabrosa) para tomar fotografías del fondo marino, incluyendo toda emanación hidrotermal y filtración de metano que pueda estar presente, así como cualquier animal inusual que viva sustentando por estas.
Como ejemplo, para que se imaginen lo que significa hacer este trabajo en términos de operaciones del ABE, se necesitaría un piloto de helicóptero muy especializado para sobrevolar a 5 m de altura la calle donde ustedes viven, tomar fotografías de ustedes, de sus amigos, sus vecinos y sus hogares y todo esto sin chocar ni causar daños. ABE hace esto en forma robótica, sin un piloto, usando programas computacionales que tienen que “pensar por anticipado” y estar listos ante eventuales problemas que puedan surgir. Por esta razón pensamos que nuestros ingenieros son de los mas inteligentes en el mundo.
Entonces, el mensaje más importante que podemos extraer de todo esto es: la exploración del océano es fascinante y realmente apasionante, pero para hacerla bien hay que comenzar teniendo identificadas algunas preguntas científicas realmente importantes que necesitan respuestas (¿Donde debemos buscar primero? ¿Qué exactamente estamos buscando?) – y una tecnología apropiada (y tecnólogos) que ayuden a realizar el trabajo.
