Volcanes bajo el mar

Volcanes bajo el mar

Por Adelina Geyer (GEO3BCN-CSIC)

En los últimos 60 años se han registrado anualmente entre 50 y 80 erupciones volcánicas. Cuando pensamos en un volcán, solemos imaginar una gran montaña, como el monte Fuji (Japón), o el domo de lava Puy de Dôme (Francia), pero es en el fondo de los océanos donde ocurre la gran mayoría del volcanismo en la Tierra. Se estima que más del 80% ocurre bajo el agua, tanto en zonas profundas (a kilómetros de profundidad) como someras (a algunos centenares de metros).

Durante una erupción, el tipo de actividad y los materiales volcánicos generados dependen principalmente de la composición y el contenido de gas en el magma que asciende a la superficie. En el caso del volcanismo submarino, otro factor principal es la profundidad de la zona de emisión de magma.

En la mayoría de las erupciones submarinas en aguas profundas, el magma suele ser de composición basáltica. El magma basáltico, de alta temperatura (1000 a 1200 °C), baja viscosidad (puede fluir con facilidad) y bajo contenido en gas, sale al fondo del océano en forma de fuentes y coladas de lava. Cuando estas entran en contacto con el agua fría (2 a 4 °C), la superficie exterior del magma se enfría rápidamente hasta convertirse en vidrio, dando lugar a diferentes tipos de lavas submarinas. La acumulación de materiales volcánicos en el fondo del mar, especialmente coladas de lava, da lugar a montes submarinos (seamounts). Son los volcanes más abundantes de la superficie de la Tierra ─se han identificado más de un millón─, pero los menos estudiados. Los montes submarinos pasan por varias etapas de crecimiento, y es común observar en sus cumbres cráteres de tamaño muy variable: de pocas decenas de metros a unos kilómetros. A partir de ellos puede llegar a crearse una gran isla volcánica, como son Tenerife o La Palma (Islas Canarias).

Otro fenómeno relacionado con el volcanismo submarino es la actividad hidrotermal, tanto en los montes submarinos como a lo largo de las dorsales oceánicas. El agua de mar se infiltra por las fracturas de la corteza, se calienta con las rocas volcánicas y el magma que hay en profundidad, reacciona con las rocas de la corteza oceánica y vuelve a subir al lecho marino. En su camino, los fluidos hidrotermales realizan un intercambio químico con las rocas, dejando atrás unos elementos y recogiendo otros que traen de vuelta hacia la superficie y al océano. Estas soluciones hidrotermales surgen a través de fumarolas en el fondo del océano a temperaturas que alcanzan varias centenas de grados. Al emerger, las soluciones precipitan diversos minerales (pirita, calcopirita, etc.) que forman depósitos y sedimentos ricos en hierro y manganeso. Además, las altas concentraciones de sulfuro de hidrógeno en estas fumarolas sustentan un conjunto biológico único, que incluye bacterias oxidantes de sulfuro, que forman la base de una cadena alimentaria.

 

Amplía esta lectura sobre volcanes bajo las aguas en el texto de Adelina Geyer (GEO3BCN-CSIC) ‘Volcanes submarinos, en Ciencia para llevar, el blog del CSIC en 20minutos.es.

IMAGEN: Ilustración inspirada en la actividad volcánica submarina. / Ilustración: Miriam Rivera (https://miriamriig.com/)

 

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El fitoplancton de los océanos produce entre el 50 y el 85% del oxígeno que se libera cada año a la atmósfera

El fitoplancton de los océanos produce entre el 50 y el 85% del oxígeno que se libera cada año a la atmósfera

Viven cautivas en cápsulas microscópicas de cristal, miden una décima parte de un milímetro y surgieron hace 240 millones de años en los océanos del Triásico, al mismo tiempo que los primeros dinosaurios comenzaban a caminar sobre los continentes. Las diatomeas, algas unicelulares capaces de producir más oxígeno que todos los bosques amazónicos, centroafricanos e indonesios juntos, son, junto al resto de organismos que componen el fitoplancton oceánico, ‘el otro pulmón’ de la Tierra.

Los organismos unicelulares del fitoplancton oceánico, viven en los 200 primeros metros de profundidad e incluyen dos grupos principales: las algas unicelulares y las cianobacterias fotosintéticas. Todos ellos son microorganismos autótrofos, lo que quiere decir que elaboran materia orgánica a partir de sustancias inorgánicas, y sin ellos los mares y océanos serían un yermo páramo líquido.

Según Pedro Cermeño, investigador del CSIC en el Instituto de Ciencias del Mar (ICM-CSIC) de Barcelona y autor de Las diatomeas y los bosques invisibles del océano (CSIC-Catarata), “la mayor parte de los microorganismos que componen el fitoplancton no superan los 0,01 milímetros de diámetro, mientras que las diatomeas pueden llegar a sobrepasar los 0,5 milímetros”. Las abultadas dimensiones de estas microalgas y sus pesadas cápsulas de sílice hacen que se hundan rápidamente al morir. “De esta forma, aumentan sobremanera los efectos de la bomba biológica”, añade el investigador del CSIC; un proceso mediante el cual los ecosistemas marinos absorben dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera y lo transfieren hacia las capas más profundas del océano, lo cual contribuye a paliar el efecto invernadero y a enfriar el clima del planeta.

Gracias a su fotosíntesis, los microorganismos del fitoplancton oceánico generan al menos la mitad del oxígeno primario del planetaunas 27.000 millones de toneladas al año─, «enterrando» a su vez unas 10 gigatoneladas de carbono de la atmósfera en las profundidades del océano cada año.

Amplía la lectura sobre las algas diatomeas en el texto ‘Diatomeas: las algas que ayudan a respirar al planeta y limitan el cambio climático’, en Ciencia para llevar, el blog del CSIC en 20minutos.es.

IMAGEN: Ilustración inspirada en algas diatomeas ‘Coscinodiscus wailesii’ y ‘Thalassiosira rotula’. / Ilustración: Irene Cuesta Mayor (CSIC)

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El efecto dominó: fallas submarinas y tsunamis

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Por David Casas (ICM-CSIC)

Las fallas son estructuras geológicas generadoras de riesgos geológicos entre otras cosas por su capacidad de generar terremotos de gran magnitud.

Las fallas se pueden producir por la adaptación de la corteza terrestre a los esfuerzos que aparecen por el movimiento de las placas tectónicas. Son estructuras de tamaño y actividad muy diversa y con capacidad desigual para generar terremotos. De la misma forma que están presentes en tierra firme, las fallas también son protagonistas de la evolución de los fondos marinos.  Precisamente, la actividad submarina de las fallas es el gran desencadenante de uno de los mayores peligros provenientes del mar, los tsunamis. Cuando una falla se mueve puede provocar una perturbación en el agua que se propaga rápidamente hasta llegar a zonas costeras en forma de grandes y destructivas olas.

El mar de Alborán situado en el extremo occidental del Mediterráneo, es una zona altamente sísmica que desde hace más de 20 años es objeto de estudio del grupo de Márgenes continentales del Instituto de Ciencias del Mar del CSIC (ICM-CSIC). En la zona central del mar de Alborán se está produciendo un proceso de colisión entre dos bloques de corteza terrestre producto del movimiento relativo de las placas tectónicas euroasiática y la africana. En este área existen fallas como la falla de Averroes, recientemente identificada como falla tsunamigénica. Los modelos obtenidos indican que esta falla es capaz de producir tsunamis con olas de hasta 6 m de altura en las costas andaluzas.

¿Qué fallas son activas y fuente de terremotos y tsunamis? Identificarlas nos permite crear mejores planes de protección y trabajar por una sociedad más segura.

 

Texto completo en la entrevista a Ferran Estrada, investigador del CSIC en el grupo de Márgenes Continentales (ICM-CSIC): en noticias del ICM-CSIC

Ilustración: Miriam Rivera (https://miriamriig.com/)

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Por José Manuel Igual (IMEDEA, CSIC-UIB)

Las aves son excelentes indicadoras del estado de los ecosistemas; especialmente las más viajeras de todas: los procelariformes, aves de alta mar. Este grupo de animales, de los más amenazados del planeta, incluye a albatros, petreles, pardelas y paíños. Algunas de estas aves se encuentran en peligro crítico, como la Pardela Balear (Puffinus mauretanicus), que es endémica del archipiélago y es el ave más amenazada de Europa.

La pardela cenicienta del Mediterráneo (Calonectris diomedea) es otra especie en peligro con la que el Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (IMEDEA, CSIC-UIB) lleva trabajando más de 20 años. Su seguimiento dice mucho sobre lo que pasa en el Mediterráneo en primavera y verano, o en el Atlántico en invierno. Uno de los estudios internacionales en los que han colaborado compartiendo datos ha desvelado que las aves marinas no han conseguido ajustar sus calendarios de reproducción al ritmo al que se están calentando globalmente los mares. Otros estudios han permitido comprobar que su supervivencia y éxito reproductor anual varía en relación a los cambios oceánicos y climáticos a gran escala, que su principal causa de mortalidad es la pesca accidental o que la depredación por mamíferos introducidos en sus zonas terrestres de reproducción, como gatos o ratas, suponen un enorme problema. Otros grandes peligros son la contaminación lumínica o la ingestión de plásticos.

Las proyecciones de la dinámica de la población para las aves marinas pelágicas son poco halagüeñas y predicen la extinción de algunas de estas especies en pocas décadas. Su futuro y el nuestro van de la mano.

Texto completo de José Manuel Igual (IMEDEA, CSIC-UIB) en Ciencia para llevar, el blog del CSIC en 20minutos.es.

Imagen: Pardela cenicienta del Mediterráneo (Calonectris diomedea) . Ilustración: Irene Cuesta Mayor / CSIC.

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Planeta océano: el corazón líquido que nos mantiene vivos

Planeta océano: el corazón líquido que nos mantiene vivos

Josep Lluís Pelegrí Llopart

Toda una vida de estudio de los océanos me ha regalado la oportunidad de asomarme a su complejidad e inteligencia. Inicialmente me centré en analizar los componentes oceánicos por separado pero con los años descubrí que la belleza y riqueza de los bloques está en su complementariedad, en sus interconexiones, en su rol generador de la complejidad planetaria.

En el 2008 presenté una aproximación fisiológica a los océanos que propone que el sistema de circulación oceánico funciona de forma similar al sistema circulatorio de organismos complejos como los mamíferos. Un sencillo modelo fisiológico explicaba el patrón glacial-interglacial del CO₂ atmosférico.

El modelo fue posteriormente ajustado con algoritmos genéticos, demostrando que la oscilación natural del carbono atmosférico puede deberse a la transformación entre las formas orgánica e inorgánica de carbono disuelto en los océanos.

En términos fisiológicos, el corazón superficial del océano late con periodicidad anual e inicia un sistema circulatorio planetario con dos fases principales:

  • Es muy activo en épocas interglaciales, con un metabolismo elevado que transforma grandes cantidades de carbono y nutrientes inorgánicos vía fotosíntesis.
  • Se ralentiza durante los periodos glaciales, una fase de reposo con el almacenamiento de materia orgánica disuelta como forma de energía en reserva.

El océano, un ser vivo

Recientemente, bajo la premisa de que océano y atmósfera maximizan el flujo latitudinal de energía, hemos desarrollado un modelo energético planetario.

El modelo reproduce correctamente las tendencias climáticas entre el último máximo glacial y la actualidad, y hace predicciones razonables para finales de siglo. Un corolario de este trabajo es que la Tierra experimenta patrones espaciales que optimizan el flujo de propiedades, similares a los observados en estructuras y especies que han pervivido y evolucionado a lo largo del tiempo.

Estos estudios conceptuales sobre patrones fisiológicos temporales y espaciales, junto con muchos trabajos oceanográficos observacionales y numéricos en diferentes regiones del planeta, permiten reinterpretar la complejidad del planeta océano. Partiendo de un breve recordatorio de la hipótesis Gaia y apelando a la visión de la vida como proceso, reexaminaré el papel fundamental del agua y los océanos en nuestro planeta.

Una nueva mirada a Gaia

Durante la década de los 70, James Lovelock y Lynn Margulis propusieron que la vida interviene en la creación del ambiente planetario. Regula el entorno físico de modo que se optimiza el desarrollo de la propia vida.

Esta propuesta –la teoría Gaia– generó una nueva mirada a nuestro planeta, incluida una notable dosis de controversia, pero no consiguió entusiasmar a gran parte de la comunidad científica debido a la aparente imposibilidad práctica de verificarla.

A pesar de algunos valiosos esfuerzos durante esta última década (Harding, Crist y Rinker, Castro), el enfoque predominante actual sobre nuestro planeta es sistémico, tal como se puede ver por la gran proliferación de libros y revistas científicas sobre el sistema Tierra.

En este momento en que el ideario de Gaia parece haber cedido paso al pragmatismo del big data y las redes inteligentes, sorprende ver cómo muchos programas y organizaciones toman como lema el simbolismo del planeta vivo (p. ej. Living Earth, Living Planet, Living Ocean).

Estos programas surgen de nuestra nueva capacidad de observar con elevada precisión la casi totalidad de la superficie del planeta. Lo que antes era remoto e inaccesible aparece cercano y se transmite la imagen de familiaridad.

Sin embargo, estos programas se centran más en diseccionar los bloques (ambiente físico-químico, individuos y comunidades, ecosistemas) que en comprender el engranaje del todo. Su visión compartimentada de la Tierra dista mucho de la idea holística de un planeta vivo.

La vida como proceso

La visión clásica de la vida se basa en la sustancia: el ser vivo material desarrolla funciones complejas, en aparente equilibrio, dentro de unos límites físicos delimitados. Este ser vivo –físicamente diferenciado, conexo y atrapado en un espacio limitado– se organiza y autorregula respondiendo y adaptándose a estímulos externos.

Una visión opuesta de la vida se basa en procesos dinámicos, que mantienen un flujo homeostático de propiedades. Materia, energía e información fluyen creando complementariedad y resiliencia, maximizando la complejidad y minimizando el desorden (entropía).

Desaparece la restricción espacial y temporal del individuo, las entidades diferenciadas se aprecian solo como una imagen estática dentro del flujo continuo de procesos. Temporalmente, algunas regiones exhiben un elevado grado de organización, pero renuevan completamente su materia en ciclos mucho más cortos.

La vida como proceso abre una nueva perspectiva a la hipótesis Gaia. Se puede afirmar con certeza que ninguna parte del sistema Tierra, incluidos los seres humanos, está cerrada. Solo la biosfera, con los océanos como elemento esencial y central, es realmente independiente, un sistema de una complejidad inconmensurable que solo requiere energía solar.

Flujo de vida, flujo de agua

En el flujo de materia, energía e información –el flujo de la vida–, el agua aparece como compuesto químico indispensable. Hace más de un siglo, Lawrence Henderson nos introdujo a sus maravillosas propiedades térmicas y como solvente (de carbono, nutrientes y sales, entre otras). Recientemente, Gerald Pollack ha enfatizado su ocasional comportamiento cristalino, con sorprendentes afinidades espaciales y temporales.

El agua, que conecta los lugares más alejados del planeta como solvente líquido o como soluto, líquido en el subsuelo y gaseoso en la atmósfera, también llega a los espacios más minúsculos donde tienen lugar los procesos moleculares de nuestra existencia.

El flujo del agua entre el medio y las entidades, llámense ecosistemas o individuos, aparece en todas las escalas: desde la formación de los océanos por el impacto de cometas o meteoritos y el reciclado del carbono gracias a la lubricación de las placas tectónicas hasta la transformación de la energía solar en energía química por medio de la fotosíntesis y los ciclos biogeoquímicos responsables del mantenimiento del volumen de agua planetaria.

Imagen de satélite de la Tierra. Goddard Space Flight Center/NASA

Planeta océano

Hablar del ciclo hidrológico es hablar de océanos, y hablar de océanos es hablar de vida. Los océanos son medio, estructura y propósito: contienen el 97 % del agua de nuestro mundo y son el mayor repositorio de las propiedades vitales para la vida, con más del 95 % de la actividad metabólica planetaria.

Los frentes y corrientes oceánicos establecen el entorno físico y biogeoquímico, caracterizando regiones y definiendo el grado de conexión entre ecosistemas. Como resultado, las diferentes cuencas oceánicas asumen roles fisiológicos complementarios que posibilitan el funcionamiento del organismo planetario.

El océano vivo deja de ser una frase metafórica, se convierte en una realidad formada por mucho más que individuos, comunidades y ecosistemas marinos. Al flujo de materia (agua y propiedades biogeoquímicas) le acompaña el de energía (en todas sus formas, desde interna y mecánica hasta química, almacenada como materia orgánica) e información (genética, ambiente, comunidades). De aquí que la búsqueda de exoplanetas con vida empieza por la identificación de planetas océano.

Salud y consciencia planetaria

Es incuestionable que ninguna entidad en la Tierra, incluidos los humanos, está aislada. Gracias a los océanos, gracias al flujo del agua y sus múltiples propiedades, todos estamos interconectados con nuestro entorno y entre nosotros.

La vida como proceso cuestiona la individualidad: materia, energía e información forman parte del flujo universal, así ha sido durante 3 800 millones de años de vida planetaria. Cada uno de nosotros forma parte del planeta, a pesar de que en cada instante nos manifestamos con un elevado grado de organización en un espacio aparentemente limitado.

El futuro de una humanidad en armonía con su entorno yace en nuestra habilidad para desarrollar una consciencia planetaria. La salud del planeta depende de la salud de cada una de sus partes y viceversa, la salud de todo el organismo planetario es lo que nos traerá salud aquí y ahora.

La pandemia de COVID-19 y la emergencia climática son claros ejemplos de que salud y consciencia planetaria van de la mano.

El artículo fue publicado originalmente en The Conversation.


AUTOR

Josep Lluís Pelegrí Llopart físico i oceanógrafo, educador e investigador, director del Institut de Ciències del Mar del CSIC a Barcelona.

Foto de portada: Shutterstock / Breslavtsev Oleg