El Campo Hidrotermal de la Ciudad Perdida , a menudo denominado simplemente Ciudad Perdida , es un área de respiraderos hidrotermales alcalinos marinos ubicados en el Macizo de Atlantis en la intersección entre la Cordillera del Atlántico Medio y la Falla de Transformación de Atlantis , en el Océano Atlántico . Es un sitio de larga duración de serpentinización alojada ultramáfica activa e inactiva , [1] que produce abióticamente muchas moléculas simples como el metano y el hidrógeno.que son fundamentales para la vida microbiana. Como tal, ha generado interés científico como un lugar privilegiado para investigar el origen de la vida en la Tierra y otros planetas similares a ella. [2]
Campo de ventilación de la ciudad perdida | |
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Una serie de respiraderos en el macizo de Atlantis . | |
Localización | Dorsal mesoatlantica |
Coordenadas | 30 ° 07′0 ″ N 42 ° 07′0 ″ O / 30.11667 ° N 42.11667 ° WCoordenadas : 30 ° 07′0 ″ N 42 ° 07′0 ″ O / 30.11667 ° N 42.11667 ° W |
Área | 500 metros cuadrados (5400 pies cuadrados) |
Max. elevación | −750 metros (−2,460 pies) |
Min. elevación | −900 metros (−3,000 pies) |
Historia de la expedición
La Ciudad Perdida se identificó por primera vez el 4 de diciembre de 2000, utilizando DSV Alvin y ROV ArgoII en el crucero AT03-60 del RV Atlantis . [3] [4] El crucero duró 34 días, durante los cuales se tomaron fotografías y muestras de chimeneas de ventilación. [5]
El descubrimiento de la Ciudad Perdida llevó a la National Science Foundation a financiar un segundo viaje de 32 días (AT07-34) al sitio en 2003 para utilizar Alvin y el vehículo autónomo ABE con un mayor énfasis en el muestreo científico y la creación de un mapa batimétrico de alta resolución del campo de ventilación. [6] ABE participaría en un total de 17 expediciones de buceo, incluidas visitas de seguimiento, creando un perfil batimétrico para 3,3 kilómetros cuadrados (1,3 millas cuadradas) del macizo. [7]
La primera visita del Programa Integrado de Perforación Oceánica tuvo lugar con la Expedición 304 a fines de 2004, cuando se perforaron una serie de agujeros en el Macizo Atlantis para recolectar grandes núcleos de roca del sitio. [8] [9] La Expedición 305 hizo lo mismo a principios de 2005 y la 340T en 2012. [10]
En julio de 2005, la Ciudad Perdida fue explorada durante nueve días por Hércules y Argus en el buque de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica Ronald H. Brown , con video transmitido en vivo a la Universidad de Washington en Seattle . [6] [11] La Ciudad Perdida también fue explorada en el crucero 50 del Akademik Mstislav Keldysh , que tenía un mayor énfasis en explorar ladera abajo al sur del campo de ventilación. [12] El RV Knorr navegó hacia el macizo de la Atlántida en mayo de ese año para realizar mediciones hidroacústicas de la actividad sísmica potencial. [13] [14] Además, el crucero francés EXOMAR en el barco L'Atalante se llevó a cabo en julio y agosto de 2005 para estudiar la biodiversidad de extremófilos en ambientes de aguas profundas. [15]
2015 vio una visita de la Expedición 357 del Programa Internacional de Descubrimiento Oceánico , que enfatizó la perforación en el Macizo Atlantis para explorar la circulación fuera del eje. [16] [17] Se dejaron una serie de perforaciones después de que se tomaron testigos de nueve sitios diferentes, que fueron muestreados con botellas Niskin . Se instalaron tapones de pozo en dos sitios para permitir esfuerzos futuros para tomar muestras de los fluidos del pozo.
En julio y agosto de 2018, el crucero francés TRANSECT se llevó a cabo en L'Atalante utilizando el ROV VICTOR para recolectar una variedad de mediciones y muestras. [18] El mes siguiente, el crucero estadounidense AT42-01, apodado Regreso a la ciudad perdida , se emprendió para volver a visitar el campo de ventilación después de muchos años, con muchos miembros del equipo de descubrimiento original en 2000. [19] [20] Fotografías, Se recolectaron muestras de gases ambientales, células para cultivos, roca, fluido de ventilación y agua de mar ambiental utilizando el ROV Jason II y una roseta CTD Niskin . [21] Los objetivos clave de la misión eran recolectar muestras biológicas y geoquímicas para investigar fuentes de energía para la vida microbiana. También dieron seguimiento a la expedición de pozos de 2015 al intentar tomar muestras de los pozos perforados para acceder a los fluidos residuales.
Geografía
Lost City está ubicada en el Océano Atlántico Norte en la montaña del fondo marino Atlantis Massif , que es aproximadamente del tamaño del Monte Rainier . [22] El sitio se describe como un campo de ventilación de larga vida, estimado en más de 120.000 años según la datación por radiocarbono de los depósitos de chimeneas más antiguos del campo. [1] Sin embargo, esto es significativamente más joven que la edad del propio Macizo de la Atlántida, que puede tener hasta dos millones de años. [23] La Ciudad Perdida está ubicada en una plataforma aproximadamente a 70 metros (230 pies) por debajo de la cumbre del macizo a una profundidad de alrededor de 750 a 900 m (2460 a 2950 pies), con un área aproximada de 500 metros cuadrados (5400 pies cuadrados). . [24] El macizo en sí puede haberse originado de manera similar a muchos otros complejos de núcleos oceánicos .
Ciudad Perdida es un lugar dominado por escarpados acantilados al sur, chimeneas y montículos de material carbonatado depositado de chimeneas que colapsan a medida que envejecen. Las brechas , gabros y peridotitas dominan los tipos de rocas a medida que uno se aleja del campo, que son propensas a la destrucción masiva a medida que la batimetría se empina. [7] Los eventos de destrucción masiva del pasado son evidentes por los abundantes escarpes en la ladera del macizo. Los escombros tienden a acumularse en áreas que no superan los 60 grados delimitando el campo y pueden someterse a litificación dependiendo de qué tan lejos se encuentren de Ciudad Perdida.
De las 30 chimeneas de ventilación activas e inactivas, Posidon es la más grande y estudiada dentro del campo de ventilación. [22] [7] El posidón mide unos 60 metros (200 pies) de alto y 100 metros (330 pies) de ancho y tiene numerosos orificios para ventilar los fluidos calientes. El respiradero apodado Colmena , por su forma distintiva al ser descubierto, tiene aproximadamente un metro de altura y está ubicado en el lado sur de Posidon . Además, la torre IMAX mide aproximadamente 8 metros (26 pies) de altura en el lado norte de Posidon , aunque la chimenea tiene crecimientos parecidos a estalagmitas que alcanzan los 30 metros (98 pies). IMAX tiene una pestaña grande que atrapa el líquido caliente que se escapa y tiene una biopelícula muy aparente que actúa dentro de ella.
Otras chimeneas, como Ryan y Nature al este de Posidon , también tienen bridas y estructuras parecidas a colmenas, aunque son significativamente más pequeñas y ventilan significativamente menos que Posidon . Varios respiraderos inactivos se encuentran a unos 100 metros (330 pies) al sur de Posidon , aunque solo tienen unos pocos metros de altura. [7]
Dado que la ubicación del macizo se encuentra en un centro de expansión lenta a ultra lenta , hay una gran cantidad de fallas que atraviesan el campo de ventilación. [23] Muchas fallas, especialmente en el lado sur, son fallas normales de ángulo alto que pueden ser ocultadas por escombros. La mayoría de los respiraderos encontrados tienden a correr de este a oeste, probablemente debido a la orientación de las líneas de falla debajo del campo. [7]
Dos campos extintos se encuentran a unos 300 metros (980 pies) al oeste y 450 metros (1.480 pies) al suroeste del campo de ventilación central a profundidades de 1.000 metros (3.300 pies) o más. Tienen respiraderos inactivos similares en perfil a Posidon con un depósito de talud (pedregal) que los separa del campo de ventilación central, aunque no han sido explorados tan activamente. A partir de las edades de las muestras recolectadas, se plantea la hipótesis de que el flujo de fluidos calientes migró del sur al norte, donde actualmente reside Posidon . [7]
Los datos de isótopos de estroncio , carbono y oxígeno y las edades de radiocarbono documentan al menos 30.000 años de actividad hidrotermal impulsada por reacciones de serpentinización en Ciudad Perdida, lo que hace que Ciudad Perdida sea más antigua que todos los respiraderos de humo negro conocidos en al menos dos órdenes de magnitud.
Geologia y quimica
Los respiraderos hidrotermales alcalinos como los de Ciudad Perdida están relacionados sólo superficialmente con los respiraderos negros volcánicos de los fumadores; los dos tipos de ventilación quizás se describen mejor por sus diferencias que por sus similitudes. Aunque ambos tipos se encuentran a menudo cerca de los centros de expansión oceánica, los respiraderos hidrotermales alcalinos no son creados por procesos volcánicos. Liberan metano e hidrógeno diatómico en el agua circundante; no producen cantidades significativas de dióxido de carbono , sulfuro de hidrógeno o metales, que son las principales salidas de los respiraderos negros volcánicos de los fumadores. La temperatura y el pH del agua que rodea a los dos tipos de ventilación también son significativamente diferentes.
Mineralogía
El Macizo de la Atlántida se describe como un complejo de núcleo oceánico ultramáfico de la Cordillera del Atlántico Medio, con la roca del manto superior expuesta al agua de mar a través de fallas de la extensión tectónica asociada con los centros de expansión oceánica. [25] La tasa media de propagación se aproxima a unos 12 mm / año, clasificándola como una cresta de propagación lenta. [26] En el macizo se han detectado eventos sísmicos de magnitud 4 y 4,5 de Richter . [14]
Los minerales dominantes que se encuentran en Ciudad Perdida son ultramáficos, compuestos principalmente de olivino y piroxeno con muy poco contenido de sílice . Los minerales de peridotita (principalmente espinela harzburgita ) se someten a serpentinización y forman minerales de magnetita y serpentina . [7] Debido a que se libera poco o nada de dióxido de carbono o metales en los fluidos de ventilación, Lost City tiene la apariencia de un no fumador , con pocas partículas para dar una apariencia ahumada.
Una vez que las aguas de los poros han penetrado en la superficie y regresan a la superficie, se forman chimeneas de aragonita , brucita y calcita a medida que los carbonatos de calcio precipitan fuera de la solución. Las chimeneas más jóvenes son principalmente brucita y aragonita, siendo de apariencia blanca y escamosa. A medida que maduran los conductos de ventilación, la porosidad disminuye a medida que los precipitados obstruyen las vías del líquido. Las composiciones minerales cambian con aragonito seguido de la eliminación de calcita y brucita por disolución, y las chimeneas se oscurecen a un color gris o marrón. [27]
En el lado de la falla de transformación de Atlantis, la pared del macizo de Atlantis termina aproximadamente a 740 metros (2,430 pies) por debajo del nivel del mar, donde los tipos de rocas se deforman en varias rocas miloníticas con minerales de tejido de deformación de talco, tremolita y cinta serpentina. [7]
Serpentinización
Lost City es un lugar ejemplar para el estudio de la metanogénesis y la hidrogénesis abióticas , ya que las reacciones de serpentinización producen metano e hidrógeno. Complementar las reacciones de Fischer-Tropsch ;
- + + → + +
( Metanogénesis )
- + → + +
( Hidrogénesis )
Las reacciones son exotérmicas y calientan las aguas circundantes mediante el calentamiento de la reacción, aunque las temperaturas del fluido siguen siendo relativamente bajas (40 ° -90 ° C) en comparación con otros sistemas hidrotermales. [28] Además, el pH local se incrementa a valores superiores a 9, lo que permite la precipitación de carbonato de calcio. Dado que la serpentinización es particularmente extensa, las concentraciones de dióxido de carbono también son muy bajas. Las bajas temperaturas, las concentraciones de dióxido de carbono, así como el bajo contenido de sulfuro de hidrógeno y metal de la columna hacen que los respiraderos sean más difíciles de identificar a partir de las mediciones de CTD o los métodos de retrodispersión óptica.
Biología
Lost City y otros sistemas de ventilación hidrotermal admiten formas de vida muy diferentes debido a la química única de Lost City. Una variedad de microorganismos viven dentro, sobre y alrededor de los conductos de ventilación. Las arqueas similares a los metanosarcinales forman biopelículas gruesas dentro de los conductos de ventilación donde subsisten a base de hidrógeno y metano; las bacterias relacionadas con los Firmicutes también viven dentro de los conductos de ventilación. Fuera de los conductos de ventilación, las arqueas , incluido el ANME-1 recién descrito, y las bacterias, incluidas las proteobacterias , oxidan el metano y el azufre como fuentes primarias de energía. [ cita requerida ]
Lost City también admite una variedad de pequeños invertebrados asociados con las estructuras de carbonato, incluidos pequeños corales , caracoles , bivalvos , poliquetos , anfípodos y ostrácodos . [ cita requerida ] Se han observado corales Desmophyllum y gusanos nematodos viviendo en las chimeneas de carbonato. [29] Sin embargo, otros animales como los gusanos de tubo y las almejas gigantes que abundan en los típicos respiraderos negros de los fumadores no se encuentran en Ciudad Perdida. También se han observado en el campo una variedad de cangrejos , camarones , abanicos de mar y medusas .
La macrofauna es rara alrededor del campo de ventilación, aunque los organismos más grandes visitan el campo en ocasiones. Los visitantes pueden incluir pecios , granaderos e incluso tiburones . Se han observado anguilas dientes de flecha en el campo de Ciudad Perdida, que tiene un rango de profundidad masivo de -120 metros (-390 pies) a -4,800 metros (-15,700 pies). [29]
Significado
Lost City proporciona a los geólogos, químicos y biólogos un ecosistema de trabajo para el estudio de la vida en ambientes extremos y otros procesos impulsados por la producción abiótica de metano e hidrógeno por serpentinización .
Similitudes con otras configuraciones regionales
El campo de ventilación de Lost City comparte una serie de características con el campo de ventilación de Prony Bay cerca de Nueva Caledonia en el Océano Pacífico. Ambos son lugares de temperatura moderada que producen abundante gas hidrógeno y metano. Prony Bay, sin embargo, es significativamente menos profunda (menos de 50 metros (160 pies)) que Ciudad Perdida (alrededor de 800 metros (2600 pies)). Alberga una biología única, incluido el extremófilo Alkaliphilus hydrothermalis . [30]
Se ha identificado un respiradero hidrotermal alcalino similar, el campo hidrotermal Strytan, frente a la costa norte de Islandia. [31]
El Von Damm Vent Field que se encuentra en el Mar Caribe también está situado encima de un complejo oceánico.
Origen de la vida
Se ha especulado que versiones antiguas de respiraderos hidrotermales alcalinos similares en los mares de una Tierra joven fueron el lugar de nacimiento de toda la vida, constituyendo la abiogénesis original del planeta . El gas de hidrógeno libre producido, los catalizadores metálicos consistentes con la teoría del mundo de hierro-azufre , la estructura física microcelular de las torres y la energía hidrotermal disponible podrían haber proporcionado un entorno para los inicios de los ciclos de energía no fotosintéticos comunes a los más primitivos. Microorganismos y creación de moléculas orgánicas. [32] [33] Las estructuras microscópicas en dichos respiraderos alcalinos "muestran compartimentos interconectados que proporcionan un criadero ideal para el origen de la vida". [34]
Estos respiraderos hidrotermales alcalinos también generan continuamente tioésteres de acetilo , proporcionando tanto el punto de partida para moléculas orgánicas más complejas como la energía necesaria para producirlas. Sin embargo, esta noción fue rechazada por investigadores japoneses del Earth-Life Science Institute (ELSI), Tokyo Institute of Technology . Demostraron que debido al alto cambio de energía libre de la hidrólisis del tioéster y sus correspondientes bajas constantes de equilibrio, es poco probable que estas especies pudieran haberse acumulado abióticamente en un grado significativo en los campos de la Ciudad Perdida. [35]
Las condiciones en Ciudad Perdida son de particular preocupación debido a los diferentes tipos de extremófilos presentes. Los microbios de Lost City son poliextremófilos, que se ajustan a la descripción de alcalófilos, piezófilos moderados y termófilos en un entorno sin luz solar. La combinación de diferentes elementos extremófilos sugiere que los organismos de la Ciudad Perdida son más extremos que en otros lugares, lo que los convierte en sujetos de estudio particularmente interesantes sobre los requisitos para la vida. [36]
Dado que los únicos requisitos para la serpentinización son el olivino y el agua de mar, lugares como Ciudad Perdida podrían teóricamente existir en cuerpos extraterrestres con agua líquida como Europa y Encelado .
En la cultura popular
Ciudad Perdida aparece en los Disney 3-D IMAX de la película Aliens of the Deep . [37] La brida IMAX no tenía nombre antes del lanzamiento del documental, pero es extremadamente reconocible en la película y, posteriormente, tomó el apodo del formato de video que se reproduce en los cines .
Lost City también aparece en el episodio 2 del documental Blue Planet II de la BBC . [38]
Lost City apareció en una novela de Clive Cussler con el mismo nombre, " The Lost City ".
Galería
Una aguja de carbonato blanco en el campo de ventilación de Ciudad Perdida.
Hércules maniobra alrededor de agujas rocosas.
Vista de una brida desde la parte inferior de un ROV.
Fluidos de ventilación calientes provenientes del interior prístino de una brida rota.
Placas de hierro cayeron al lecho marino como lastre .
Una chimenea de 9,1 metros (30 pies) en Ciudad Perdida.
Una anémona que crece sobre una chimenea de roca carbonatada.
La roca del sótano es la base de la mayor parte de la serpentinización en la Ciudad Perdida.
Coral que crece en la roca de la chimenea de carbonato.
Aparece una chimenea de la oscuridad en el campo de Ciudad Perdida.
Un abanico de aguas profundas.
Proteccion
Las torres de carbonato del campo hidrotermal de la Ciudad Perdida figuran en la lista de deseos de protección de la UNESCO . [39]
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enlaces externos
- El sitio de la expedición original de la UW
- Universidad de Washington, Expedición a la Ciudad Perdida
- La página oficial de la misión 2018
- El programa de ventilaciones PMEL
- La base de datos de Vents de InterRidge