INSPIRE: El Margen Chileno 2010: Misión
February 24 - March 17, 2010
Figura 1. Durante este viaje de 2.400 km (1.500 millas) vamos a visitar cuatro lugares por el margen de Chile. Vamos a partir de la ciudad de Puerto Montt en el sur de Chile y terminar en Valparaíso. El mapa ha sido modificado a partir de Google Earth. Haga clic en la foto para vista más grande y crédito de foto.
Con una línea costera que se extiende por mas de 4,300Km (>2,700 millas), la geología y biología de Chile provee una laboratorio natural increíble para estudiar como funciona la vida en nuestro planeta y como ha evolucionado. Particularmente, el Punto Triple de Chile, es un ejemplo de esto. Esta área representa la intersección entre tres placas tectónicas, dos de ella están siendo separadas mientras simultáneamente, están siendo forzadas debajo de la tercera placa y el continente Sudamericano. Durante este crucero de 24 días, un equipo de 35 científicos visitará cuatro sitios a lo largo del margen de Chile comenzando por esta única y aún desconocida parte del planeta. A través de esta exploración internacional, interdisciplinaria y dirigida por estudiantes, esperamos revelar la biodiversidad nunca antes descubierta, el funcionamiento del ecosistema, y las condiciones geológicas característica del Margen de Chile (FIGURA:Mapa)
Nuestra meta inicial es explorar el Punto Triple de Chile. Esta área es el único lugar en el planeta en donde una dorsal oceánica activa está siendo subducida debajo del continente. En las dorsales Oceánicas se encuentran fuentes hidrotermales que son áreas donde agua súper calentada, enriquecida con grandes cantidades de químicos, generalmente raros en el océano, son liberados desde el suelo marino. Cuando algunos de estos químicos (principalmente sulfuros y metano, pero incluyendo en menor grado, hidrogeno y hierro) reaccionan con el oxigeno presente en aguas del océano profundo, la energía liberada es usada por microbios para crecer. Estos microbios son el equivalente a “plantas en el fondo del mar”, funcionan como productores primarios y proveen la base de la complicada trama alimenticia local. Los microbios involucrados en estas reacciones son diversos y pueden existir de forma libre y también en relaciones simbióticas con muchos animales, incluyendo gusanos en tubos, moluscos, ostras y camarones (FIGURA). Los químicos usados como fuente de energía están en un “estado reducido” y entonces se dice que las fuentes hidrotermales son uno de los tipos de “ambientes reductores” donde la energía química (usada por microorganismos) estimula una comunidad de animales únicos y extraños. Sin embargo, los sistemas hidrotermales no son el único tipo de ambientes reductores en el océano. Los sitios donde el metano se filtra desde el suelo, derivado de masivos depósitos de metano en el margen continental Chileno, son otro ejemplo de sistemas reductores. En ellos, donde el metano se filtra desde vastas reservas de hidratos de gas, existe un grupo de animales muy similares a los de las fuentes hidrotermales. Estos usan las mismas fuentes de energía química, sin embargo pocas especies se han encontrado pertenecientes a ambos sistemas ¿Por que?
Una explicación puede ser simplemente que las fuentes hidrotermales y los sitios de filtraciones de metano no han sido estudiados en detalle anteriormente. Hasta el momento, los investigadores se han visto forzados a comparar dos faunas separadas por miles de kilómetros. La localización especial del Margen Chilenos provee una oportunidad única ya que es probable que encontremos ambos sistemas en corta proximidad. Por primera vez, podremos contestar la pregunta: ¿Las fuentes hidrotermales y las filtraciones de metano tendrán las mismas especies cuando no hay largas distancias que los separen? La otra explicación posible para esta discrepancia es que los dos hábitats podrían estar conectados por un tipo de fauna de “transición”, que es un hibrido entre ambos sistemas, pero relacionados con ellos a las vez. En este escenario algún tipo de hábitat intermedio podría conectar respiraderos y sitios de filtrado de fluidos. Las áreas en la proximidad del Punto Triple de Chile podrían facilitar este hábitat hibrido, así como es posible que fluidos hidrotermales calientes estén siendo forzados a través del margen rico en metano, creando ambientes calientes, ricos en metano en corta proximidad con el otro tipo de hábitats reductores. Esto podría ser la conexión global perdida entre las faunas de las fuentes hidrotermales y las filtraciones de metano. Pero primero, nosotros tenemos que encontrar el hábitat correcto para permitirnos comenzar a contestar estas preguntas. Por esto la exploración es la primera meta de este crucero.
Para encontrar estos sistemas estaremos plumas hidrotermales, o sea parte de la columna de agua que tengan los productos químicos y/o las temperaturas característicos de estos ambientes reductores. Estaremos conduciendo estudios enfocados, utilizando censores especiales para turbidez (generada por la presencia de partículas en el agua) y compuestos reducidos como metano; estos dos son indicadores de flujos hidrotermales los que podemos seguir hasta su lugar de procedencia. Nuestra mayor herramienta para esta tarea será un Vehiculo Submarino Autónomo (AUV-por sus siglas en ingles). Nuestro AUV se llama Explorador Béntico Autónomo (ABE-por sus siglas en ingles) (FIGURA). ABE es tirado al agua desde el barco y nada en patrones midiendo temperatura, conductividad, eH, y creando mapas del suelo marino debajo de este. ABE será operado cerca del suelo marino y fotografiará lo que este presente. De estas fotos será posible identificar fauna (tubos de gusanos, moluscos) y decidir donde tomar muestras. Para colectar animales usaremos redes de arrastre pequeñas y un muestreador de sedimentos (Multicore) que tendrá un sistema de cámara incluido. Esta cámara, a diferencia de ABE, genera imágenes de video instantáneas y las transfiere al barco desde profundidades de hasta 6000m (18000pies). A través de este video, podremos maniobrar el “multicore” por encima del suelo marino hasta que encontremos las condiciones apropiadas, como almejas o tapetes de bacterias (FIGURA), en ese momento podremos tomar las muestras. En adición, estaremos tomando muestras de agua por encima de estos lugares.
Este crucero es único en el sentido de que es dirigido por estudiantes, quienes estarán investigando una gama diferente de condiciones en este hábitat. Pertenecientes a el Instituto de Oceanografía de Scripps (Universidad de California en San Diego) y la Universidad de California en Santa Bárbara, estos estudiantes representan un amplio rango de disciplinas científicas. Ellos estarán estudiando todos los aspectos de este hábitat único y este crucero será pieza clave de muchas de las disertaciones doctorales de los estudiantes. Los estudiantes de la Universidad de California estarán trabajando con estudiantes sub-graduados y graduados de las instituciones chilenas involucradas (Universidad Católica del Norte y Pontificia Universidad Católica de Valparaíso), y con un equipo internacional de científicos de alrededor del mundo, incluyendo pioneros en el campo de la investigación de sitios de filtraciones de fluidos y respiraderos pertenecientes a Chile y EU. Los estudiantes y científicos establecidos, a través de la exploración de este hábitat, comenzarán a contestar preguntas como:
- ¿Existe un hábitat hibrido que conecta fuentes hidrotermales y filtraciones de metano en términos de la fauna en el Punto Triple de Chile?
- ¿Que químicos están siendo liberados de estas fuentes hidrotermales y filtraciones frías?
- ¿Como estos químicos son transformados por los microbios (bacteria y archaea) en estos dos hábitats?
- ¿Que animales y protistas (animales unicelulares) están presentes en estos sistemas reductores? ¿Como están relacionados genética/evolutivamente con otras comunidades a través del mundo?
- ¿Que microbios simbióticos están presentes en estos animales? ¿Como estos simbiontes se relacionan a los simbiontes en otras regiones? ¿Cuales son las fuentes de energía que usan esto simbiontes?
- ¿Que están comiendo los protistas y otros animales no simbióticos? ¿Están impactando la procesos químicos debido a su consumo de bacterias y archaea, que de no ser así estaría consumiendo metano?
- ¿Cuan similar es la fauna de la diferentes localidades que visitaremos en el margen de Chile y cuan similar es esa fauna a otras partes de Océano Pacifico?
Comenzaremos explorando durante ocho días el Punto Triple y los potenciales hábitats híbridos, en esta región aún inexplorada en muchos aspectos.
El crucero se moverá entonces a el Area de Filtración de Metano de Concepción (CMSA en inglés), el sitio de metano mas estudiado en el Margen de Chile, primero explorado por Javier Sellanes, quien es un colaborador en este crucero. Este sitio de filtración de metano, aunque bien estudiado, nunca ha sido fotografiado, o se han recolectado sedimentos. Nosotros esperamos que al tener video en el multicore, podremos llenar los vacíos en el conocimiento acerca de este lugar. Estaremos en el CMSA solo por dos días, pero tenemos altas expectativas de lograr muchas cosas allí. Posterior a esta corta parada estaremos separándonos de ABE y del quipo de los ingenieros, porque ellos tienen que unirse a su próximo crucero, que sale desde las islas Galápagos antes de que nuestro crucero termine.
Nuestra próxima parada será el sitio de filtración de metano frente a EL Quisco, otra área donde estaremos explorando nuevamente. Este es un sitio de filtración de metano menos profundos 350m (1050pies). No solamente es menos profundo, sino también esta directamente debajo de una zona de mínimo oxigeno (OMZ), esta es una zona natural que tiene una concentración de oxigeno baja, lo cual afecta la fauna que se encuentra allí. La OMZ representa otro sistema reductor que es diferente de las fuentes hidrotermales y filtraciones de metano. La baja concentración de oxigeno permite a compuestos químicos reducidos como los del azufre estar presentes en el sedimento y en la columna de agua y alimenta tapices de bacterias filamentosas. Nunca se han recolectado animales vivos de este sistema, pero se han recolectado restos de ellos mediante redes de arrastres. Debido a la baja concentración de oxigeno presente, los dos días que estaremos allí, también tienen un alto potencial para nuevos descubrimientos.
Nuestra ultima parada será en la Fosa de Pero-Chile, donde estaremos explorando la zona hadal (>6000m profundidad). Aunque este no es un sistema reductor, muchas áreas del planeta no han sido explorada a esas profundidades, y la Fosa de Perú-Chile, con 5,900km (3,666 millas) esta entre las mas largas de nuestro planeta. Las fosas del océano son difíciles de explorar porque son mas profundas que la capacidad que muchos de los instrumentos científicos tienen para sumergirse en el agua y además e muestreo en si toma mucho tiempo. Estaremos usando nuestro tiempo allí para estudiar la fauna microbiana en los sedimentos y la columna de agua. A estas profundidades estamos aun haciéndonos preguntas muy básicas como que cosas se encuentran allí y como esos organismos puede vivir con tan altas presiones (más de 600 atmósferas).
Figura 2. Camas de Mejillones, este grupo de mejillones bathymodiolidos es un buen ejemplo de la fauna marina profunda que está presente en los ecosistemas reductores. Esta imagen en particular fue sacada de Costa Rica en 1000m (3000ft), pero las especies de esta familia se encuentran en todo el mundo en áreas de filtraciones y fuentes hidrotermales. Click image for larger view and credits.
Figura 3. ABE, un vehículo submarino autónomo (robot que nada libremente) a punto de ser enviado para explorar el fondo del Océano Índico a bordo del barco de investigación de China (RV Da Yang Yi Hao) en la primavera de 2007. En los últimos 5 años, ABE (nombre completo: bentónica Autónoma Explorer) se ha utilizado en varias expediciones para encontrar nuevas fuentes hidrotermales de las profundidades oceánicas de todo el mundo, desde Nueva Zelanda a Sudáfrica y desde Brasil a Ecuador. Click image for larger view and credits.
Una explicación puede ser simplemente que respiraderos y sitios de filtrado de fluidos no han sido estudiado al detalle anteriormente. Hasta el momento, investigadores han sido forzados a comparar dos faunas separadas por miles de kilómetros. La localización especial del Margen Chilenos provee una oportunidad única ya que es probable que encontraremos ambos sistemas en corta proximidad. Por primera vez, podremos contestar la pregunta: Respiraderos y sitios de filtrado de fluidos tendrán las mismas especies cuando no hay largas distancias que los separen? La otra posible explicación para esta discrepancia es que los dos hábitats podrían estar conectados por fauna de “transición”, que es un hibrido entre ambos sistemas pero relacionados a ellos a las vez. En este escenario algún tipo de “steping stone” hábitat podría conectar respiraderos y sitios de filtrado de fluidos. Áreas en la proximidad de la Encrucijada Triple Chilena podrían facilitar este hábitat hibrido, así como es posible que fluidos hidrotermales calientes estén siendo forzados através del margen rico en metano creando ambientes clientes, ricos en metano en corta proximidad con los otro hábitats reductivos. Esto podría ser la conexión perdida entre las faunas de los respiraderos y sitios de filtrado de fluidos globalmente. Pero primero, nosotros tenemos que encontrar el hábitat correctos para preemitirnos comenzar a contestar estas preguntas. Por esto exploración es la primera meta de esta crucero.
Para encontrar este sistema estaremos buscando respiraderos, o parte de la columna de agua que tengan los químicos o temperaturas característicos de ambientes reductivos. Estaremos conduciendo estudios enfocados utilizando censores especiales para turbidez (creados por partículas en el agua) y compuestos reducidos como metano; estos dos son indicativos de flujos hidrotermales los que podemos seguir hasta su lugar de procedencia. Nuestra mayor herramienta para esta tarea será el Vehiculo Submarino Automatizado (AUV-por sus siglas en ingles). Nuestro especifico AUV se llama Explorador Béntico Autónomo (ABE-por sus siglas en ingles - figura 3). ABE es tirado al agua desde el barco y nada en patrones midiendo temperatura, conductividad, eH, y creando mapas del suelo marino debajo de este. ABE será operado cerca del suelo marino y fotografiará lo que esta presente. De estas fotos será posible identificar fauna ( tubos de gusanos, moluscos) y decidir donde tomar muestras. Para colectar animales usaremos redes de arrastre pequeñas y colectadotes de sedimentos – Multicore, que tendrá un sistema de cámara incluido. Esta cámara, a diferencia de ABE, genera imágenes de video instantáneas y las transfiere al barco desde profundidades de 6000m (18000pies). Através de este video, podremos maniobrar el multicore encima del suelo marino hasta que encontremos las condiciones apropiadas, como almejas o montos de bacterias (figura 4), en ese momento podremos tomar las muestras. En adición, estaremos tomando muestras de agua encima de estos lugares.
Este crucero es único en el sentido de que es dirigido por estudiantes quienes estarán investigando una gama diferente de condiciones en este hábitat. Basado en el Instituto de Oceanografía de Scripps (Universidad de California en San Diego) y la Universidad de California en Santa Bárbara, estos estudiantes representan un rango amplio de disciplinas científicas. Ellos estarán estudiando todos los aspectos de este hábitat único y este crucero será pieza clave de muchas de las disertaciones doctorales de los estudiantes. Los estudiantes de la Universidad de California estarán trabajando con estudiantes sub-graduados y graduados de las instituciones chilenas, y con un equipo internacional de científicos de alrededor del mundo, incluyendo pioneros en el campo de la investigación de sitios de filtraciones de fluidos y respiraderos pertenecientes a Chile y EU. Los estudiantes y científicos establecidos, através de la exploración de este hábitat, empezarán a contestar preguntas como:
- ¿Existe un hábitat hibrido que conecta respiradero calientes y sitios de filtrados de fluidos fríos en términos de la fauna en la Encrucijada Triple Chilena?
- ¿Que químicos están siendo liberados de estos respiradero calientes y sitios de filtrados de fluidos fríos?
- ¿Como estos químicos son transformados por los microbios (bacteria y archaea) en estos dos hábitats?
- ¿Que animales y protistas (animales unicelulares) están presentes en estos sistemas reductivos? ¿Como están relacionados genética/evolucionariamente a otras muestras através del mundo?
- ¿Que microbios simbiótico están presentes en estos animales? ¿Como estos simbiontes se relacionan a los simbiontes en otras regiones? ¿Cuales son las fuentes de energía que usan esto simbiontes?
- ¿Que están comiendo los protistas y otros animales no simbióticos? ¿Están impactando la procesos químicos debido a su consumo de bacterias y archaea, que de no ser así estaría consumiendo metano?
- ¿Cuan similar es la fauna de la diferentes localidades que visitaremos en el margen de Chile y cuan similar es esa fauna a otras partes de Océano Pacifico?
Comenzaremos explorando la Encrucijada triple y los potenciales hábitats híbridos, durante ocho días, en esta regio inexplorada.
El crucero se moverá entonces a el Sitio de filtrado de Metano en Área de Concepción (CMSA), el sitio de metano mas estudiado en el Margen de Chila, primero explorado por Javier Sellanes, quine es un colaborador de este crucero. Este sitio de filtrado, aunque bien estudiado, nunca ha sido fotografiado, o sedimentos han sido colectados. Nosotros esperamos que teniendo video en el multicore, podremos llenar los vacíos en el conocimiento acerca de este lugar. Estaremos en el CMSA solo por dos días, pero tenemos altas expectativas de lograr muchas cosas allí. Antes esta parada corta estaremos separándonos de ABE y el quipo de los ingenieros, porque ellos tienen que unirse a su próximo crucero saliendo de las islas Galápagos antes de que nuestro crucero termine.
Nuestra próxima parada será sitio de filtrado de fluidos en EL Quisco, otra área donde estaremos explorando nuevamente. Este sitio de filtrado de fluidos menos profundos 350m (1050pies). No solamente es menos profundo pero también esta directamente debajo de una zona de mínimo oxigeno (OMZ), esta es una zona natural que tiene una concentración de oxigeno baja, lo cual afecta la fauna que se encuentra allí. OMZ representan otro sistema reductivo que es diferente de los respiraderos y sitios de filtrado de fluidos. La baja concentración de oxigeno permite químicos reducidos como azufre estar presentes en el sedimento in la columna de agua que alimenta muchos montos de bacterias filamentosas. Animales vivos nunca han sido colectadas de este sistema, pero restos han sido colectados por redes de arrastres. Debido a la baja concentración de oxigeno presente, los dos días que estaremos allí, tienen un alto potencial para nuevos descubrimiento.
Nuestra ultima parada será en la Fosa de Pero-Chile, donde estaremos explorando la zona hadal (>6000m profundidad). Aunque este no es sistemas reductivo, muchas áreas del planeta no han sido explorada a esas profundidades, y la Fosa de Perú-Chile, con 5,900km (3,666 millas) esta entre las mas largas de nuestro planeta. Las fosas del océano son difíciles de explorar porque son mas profundo que la capacidad de mucho de los instrumentos científico tienen para sumergirse en el agua y toma mucho tiempo el muestrear. Nosotros estaremos usando nuestro tiempo allí para estudia la fauna microbiana en los sedimentos y la columna de agua. A estas profundidades estamos aun preguntando preguntas muy básicas como que cosas se encuentran allí y como esos organismos puede vivir con tan altas presiones (mas de 600 atmósferas).
Figura 4. Tapices bacterianos (izquierda) y camas de almejas (derecha) son excelentes indicaciones de filtraciones de metano y actividad hidrotermal. La coloración blanca y naranja en la superficie de los sedimentos en la foto de la izquierda son las bacterias filamentosas, que son lo suficientemente grandes como para ser visibles a simple vista. Vamos a estar buscando este tipo de características en el sedimento cuando se trata de encontrar filtraciones, fuentes hidrotermales y hábitats híbridos en el margen Chileno. Estas fotos son del margen de Costa Rica. Haga clic en la foto para vista más grande y crédito de foto.
Estaremos además vinculando todos estos sitios de muestreo al tomar muestras de agua y plancton en la superficie a lo largo de todo el crucero. En adición a todo lo antes mencionado acerca del margen chileno, esta región es una de las zonas de surgencia mas intensas. La surgencia trae nutrientes, incluyendo metales escasos, de las profundidades para alimentar el plancton. Las diatomeas forman una concha (llamada frústula) de silicio (ópalo), y son particularmente eficientes compitiendo con el plancton por los nutrientes y son consecuentemente importantes globalmente, proveyendo el 43% de la producción primaria en el planeta. En este crucero estaremos midiendo que cantidad de metales está siendo incorporada en el material orgánico y en la frústula de las diatomeas. Cuando las diatomeas se hunden en el sedimento, los metales en las frústulas son removidos del agua y no pueden contribuir mas al desarrollo del plancton. En este estudio, estaremos cerrando el espacio en nuestro entendimiento de los elementos de hierro, níquel y cobre, que a través del crecimiento de plancton nos proveen con oxígeno para respirar y pescado para comer.
Durante estos 24 días de crucero estaremos explorando una región única del planeta para responder preguntas que han permanecido sin contestar desde que estos sistemas fueron descubiertos décadas atrás.
