Perforación en busca de los secretos climáticos de la Tierra enterrados bajo el mar: POR QUÉ

Un equipo de científicos en el simulacro JOIDES Resolution para núcleos de sedimentos frente a la costa de Portugal, un área rica en información sobre la historia de la tierra.

El grupo científico de la Expedición 397 llega a la Resolución JOIDES en Lisboa, Portugal. (Cortesía de Sandra Herrmann, IODP JRSO)

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Antes del amanecer en un día ventoso, dos docenas de científicos del clima tiritan en la cubierta superior de un barco de investigación, viendo cómo los remolcadores los alejan del puerto de Lisboa y los llevan a una aventura de dos meses que lleva 13 años.

La Resolución JOIDES lleva a los investigadores bajo el puente colgante 25 de abril, pasando el Monumento a los Descubrimientos, y hacia mar abierto. ¿Su destino? Una serie de paradas en las que planeaban perforar profundamente el fondo marino en busca de secretos climáticos que se han acumulado durante millones de años.

Este campo de la ciencia del clima se conoce como paleoceanografía, el estudio de los océanos en el pasado, y uno de sus fundadores fue el difunto científico británico Sir Nicholas Shackleton. Si el nombre Shackleton te suena familiar, probablemente se deba a que Nick era sobrino nieto del explorador antártico Sir Ernest Shackleton. Donde su famoso tío abuelo quería llegar lejos para explorar nuevos territorios, Nick Shackleton quería profundizar. Recolectó cilindros de lodo, llamados núcleos de sedimentos, de debajo del océano para reconstruir una imagen más clara del pasado.

A partir del análisis de las capas de arena y roca, llenas de microfósiles y minerales, en esos núcleos, Shackleton pudo calcular la temperatura del aire y del agua y la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera hace cientos de miles de años. Y también determinó que el Océano Atlántico Norte, frente a la costa de Portugal, es un lugar crítico para realizar tales estudios.

Su trabajo científico le valió a Shackleton mucha fama en su campo y muchos premios y medallas. Pero murió en 2006 de cáncer, antes de que pudiera terminar un proyecto importante. Quería perforar en busca de núcleos de sedimentos en un área frente a la costa de Portugal donde el fondo del océano presenta colinas y cañones que recolectan sedimentos del cercano continente europeo. También es un lugar donde los oceanógrafos han identificado masas de agua de las regiones ártica y antártica. El trabajo de Shackleton mostró que esta ubicación probablemente proporcionaría a los científicos núcleos que les permitirían crear un registro continuo de la historia del clima de la Tierra que se remonta a 3-5 millones de años.

Dos investigadores, viejos amigos de sus días de estudiante de posgrado en la Universidad de Rhode Island, decidieron presentar una solicitud para completar el trabajo de Shackleton en 2009. David Hodell, un estadounidense que se mudó al Reino Unido en 2008, está en la Universidad de Cambridge, en el Departamento de Ciencias de la Tierra, donde Shackleton pasó su carrera. Fátima Abrantes dirige un laboratorio en el Instituto Portugués del Mar y la Atmósfera en Lisboa y juntas las dos son codirectoras científicas de la Expedición 397 del Programa Internacional de Descubrimiento de los Océanos.

Después de unas 12 horas en el mar, el barco se detiene y baja 12 enormes propulsores. Estas son grandes hélices encerradas en tubos de metal que le dan a la tripulación del barco la capacidad de mantener el barco en su lugar.

Con 470 pies de largo, la Resolución JOIDES es una plataforma petrolera flotante de la década de 1970 que fue completamente remodelada para perforar en busca de ciencia en lugar de combustibles fósiles en la década de 1980. Elevándose en su cubierta hay una torre de perforación de 200 pies de altura. Imagínese una gran pirámide abierta en forma de escalera, el tipo de cosa que podría ver en un campo petrolero. El barco lleva una milla de tubería que se ensambla sección por sección para formar lo que se llama la sarta de perforación. Gira y gira, se extiende desde la parte superior de la torre de perforación a través de un agujero en el barco llamado "piscina lunar", luego se sumerge a través de unos 15,000 pies de agua hasta el fondo del océano.

Cuando llega al lecho marino, la tubería perfora el sedimento y abre un agujero. A continuación, el equipo de perforación deja caer un tubo de plástico de 30 pies de largo en la tubería. Tiene una punta de metal y cuando entra en el agujero, empuja más profundo hasta que toda la longitud del tubo de plástico se llena de barro.

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En ese momento, la tripulación utiliza una serie de herramientas para llevar el tubo de plástico a la cubierta y entregárselo a los técnicos científicos. Están esperando con cascos, gafas de seguridad y botas con punta de acero para llevar el núcleo de sedimento a una pasarela fuera de los laboratorios de ciencias. Aquí es donde comienza la investigación.

Uno tras otro, los tubos vacíos se sumergen en el océano y los sedimentos, regresan a la cubierta del barco y pasan por los muchos análisis disponibles a bordo.

La razón por la que Abrantes y Hodell, y Shackleton antes que ellos, querían perforar en estos lugares es que el fondo marino aquí tiene una alta tasa de sedimentación: esa es la velocidad a la que la arena, el polen y las pequeñas criaturas se depositan en el fondo marino. Eso es lo que crea, durante milenios, las capas de información que buscan los científicos. Ese proceso aquí es unas 10 veces más rápido que en otras partes del océano.

Hodell dice que en la década de 1990, Shackleton hizo un descubrimiento innovador en este mismo lugar, lo que inspiró esta expedición. Ese viaje no fue en un barco de perforación. En cambio, usaron tecnología que solo permitía núcleos más cortos. En la Resolución JOIDES, los científicos pueden extraer núcleos de sedimentos desde una profundidad de hasta 1.600 pies por debajo del lecho marino. Los núcleos de Shackleton procedían de menos de 150 pies en el sedimento. Pero Hodell dice que Shackleton aún aprendió mucho de ellos.

"Él demostró que el registro de la superficie se veía exactamente como Groenlandia y... el registro del fondo se veía exactamente como la Antártida", dijo Hodell. En otras palabras, Shackleton descubrió que el lodo que excavó justo debajo del fondo del océano reveló los mismos detalles que se habían encontrado en los núcleos de hielo de los polos.

"Debe haber sido como un momento Eureka para decir: '¡Ajá! Esto se ve exactamente como el registro del núcleo de hielo de Groenlandia, y esto se parece al registro del núcleo de hielo de la Antártida'", dijo Hodell. "Escribió muchos, muchos artículos al respecto".

Este avance fue enorme porque significó que los microfósiles y el polen y todo lo demás que forma el sedimento en el margen ibérico, esta área frente a la costa de la Península Ibérica, podría ayudar a armar una imagen más detallada del clima global en momentos específicos en la Tierra. historia.

Se necesitan muchos análisis químicos y horas en microscopios para analizar muestras, pero Hodell dice que no hay otro lugar en los océanos del mundo que capture registros como estos.

"Es un poco alucinante que un lugar en el océano, un núcleo de sedimentos, pueda tener vínculos y componentes tanto con los polos como con el continente europeo", dijo, "pero eso es lo que hace que este margen ibérico sea tan especial."

Antes del descubrimiento de Shackleton, los detalles sobre las temperaturas polares del aire y el agua provenían de núcleos de hielo. Eso significaba que los investigadores solo podían estudiar las condiciones desde que había hielo: unos 800 000 años en la Antártida y menos de 150 000 años en Groenlandia.

Ahora, pueden usar el sedimento de aquí para crear una imagen de cómo eran los polos cuando la Tierra era mucho más cálida. Eso ayudará a que los modelos climáticos actuales sean más sólidos. Una mejor comprensión de los climas pasados ​​también podría ayudar a las personas a prepararse para los cambios que se avecinan. Shackleton fue quien primero vio ese potencial.

"Simplemente estamos cumpliendo, siento, su deseo, su sueño", dijo Hodell.

El trabajo del difunto científico, incluso su espíritu, se cierne sobre esta misión. Hodell nunca colaboró ​​directamente con Shackleton ni participó en una expedición de extracción de muestras con él. Pero Abrantes lo hizo.

Estuvo en un barco con Shackleton a mediados de la década de 1990 y dice que básicamente trabajaron las 24 horas, extrayendo núcleos y tomando muestras para estudiar.

"Estábamos cuatro horas trabajando, cuatro horas probando, cuatro horas descansando", dijo, "y probamos, también juntos, los dos, y fue muy divertido".

Ella tiene una foto de ellos preparándose para dejar caer una tubería desde el costado de un bote. En la foto, Shackleton está en pantalones cortos y sandalias, lo que no estaría permitido hoy, por razones de seguridad. Abrantes dice que solo se ponía zapatos con cordones cuando tocaba música.

"Se lo tomó tan en serio que esa fue la única vez que se puso un traje y calzó zapatos", dijo sobre sus actividades musicales. Además de su éxito científico, también fue un consumado jugador y coleccionista de instrumentos de viento de madera.

"Una vez me dijo que la música era su vida, la ciencia era su pasatiempo".

El innovador trabajo de Shackleton inspiró a muchos, incluidas las dos docenas de científicos que Abrantes y Hodell reunieron para perforar el margen ibérico y desbloquear sus propios descubrimientos. Los científicos esperan mostrar cómo cambió el clima de la Tierra cada mil años durante los últimos 3 a 4 millones de años, lo que sería un registro súper detallado y es una tarea enorme. También pueden aprender cómo esas capas de lodo documentan los cambios en la órbita de la Tierra.

Después de unas dos semanas en el mar, tubo tras tubo de lodo han ido saliendo del fondo, a veces hasta 50 núcleos por agujero. Cada núcleo tiene unos 30 pies de largo y el equipo perfora varios agujeros en cada lugar. Cada pocas horas entregan núcleos a técnicos científicos, que son científicos expertos y marineros experimentados responsables de administrar los laboratorios del barco, curar los núcleos y apoyar a la fiesta científica. A medida que cada núcleo llega a la plataforma, los técnicos lo miden cuidadosamente y luego lo cortan en secciones de tres a cuatro pies de largo. Estos están cuidadosamente etiquetados con un grabador láser.

Luego, las secciones comienzan su viaje a través de los muchos laboratorios de la nave en pistas que las alimentan en diferentes máquinas. Después de eso, los técnicos usan una sierra eléctrica para cortar los cilindros a lo largo y separarlos. Por fin, los núcleos se abren y el sedimento del interior se expone a los ojos humanos por primera vez. Cada núcleo es diferente.

"Tenemos desde sedimento azul hasta tiza totalmente blanca llena de foraminíferos y sedimento rojizo lleno de vidrio", dijo Abrantes. Se sabe que ciertas especies de foraminíferos y nanofósiles se correlacionan con períodos de tiempo específicos. Entonces, cuando los expertos en microfósiles identifican las especies, pueden establecer aproximadamente la edad del sedimento.

Rápidamente queda claro que los científicos han superado con creces la meta del lodo de 3 a 5 millones de años. En el laboratorio de descripción del núcleo, Jerry McManus, profesor de la Universidad de Columbia, ve cosas inesperadas en el lodo.

"De repente recuperamos varios núcleos que tenían bastante más de 10 millones de años, tal vez 14 millones de años", dijo. "Y eran espectacularmente variables".

Incluso con un ojo inexperto, son visibles capas claras y oscuras de verdes y marrones. Y el barro alberga todo tipo de golosinas en su interior.

"En las arenas había grandes trozos de conchas de moluscos y cosas que claramente se habrían derrumbado desde algún lugar muy cercano a la costa o muy cerca de la superficie", dijo McManus. "Y todo esto fue una gran sorpresa, y estos eran hermosos sedimentos".

A pesar de la emoción de lo inesperado, el ritmo de la ciencia a bordo puede ser implacable. Todos trabajan en turnos de 12 horas para lograr el objetivo final: maximizar la cantidad de sedimentos recolectados.

Abrantes y Hodell seleccionaron personalmente a los miembros del grupo científico, que provienen de casi una docena de países. Buscaban un equipo con amplia experiencia y conocimientos. Abrantes dice que así también trabajaba Nick Shackleton. Ella dice que Shackleton siempre modeló el trabajo en equipo hacia la mejor ciencia, dejando de lado la competencia.

"Creo que esta es una muy buena lección para los jóvenes", dijo, y señaló que la expedición incluye a varios estudiantes graduados e investigadores posdoctorales, además de miembros de la facultad que inician su carrera y profesores de larga trayectoria con muchos cruceros de investigación a sus espaldas.

La investigadora posdoctoral May Huang creció en Taiwán e hizo su doctorado en Hong Kong. Cuando se unió a la expedición, estaba completando un posdoctorado en el Smithsonian y ahora ha comenzado otro posdoctorado en la Universidad de Princeton. Anteriormente navegó en el JOIDES Resolution como estudiante de posgrado y esta vez comparte un laboratorio de dos personas con un profesor titular de la Universidad de Brown, Tim Herbert. Huang dijo que valora trabajar en un equipo que disuelve la jerarquía académica.

"Cuando crecí, no se nos permitía hacer preguntas o desafiar a nuestros mayores", dijo Huang. "Aquí, todos tienen experiencias diferentes, pero todos son iguales y todos pueden contribuir a su manera".

Ella sabe cómo escribir código simple. Esa habilidad le permitió ejecutar una idea que Herbert tenía pero que no sabía cómo llevar a cabo.

La estudiante de posgrado Celeste Pallone, que está trabajando en un doctorado con Jerry McManus en Columbia, también considera que la atmósfera a bordo fomenta las relaciones cercanas.

"Fue genial poder hablar y entablar amistad con personas que se encuentran en diferentes etapas de sus carreras científicas", dijo Pallone.

En el barco, Pallone trabaja en el laboratorio de descripción central en el turno opuesto al de McManus. Pero en casa, ya tiene en marcha su proyecto de doctorado utilizando un núcleo de la costa del Pacífico de América del Sur. McManus dice, una vez más, que el legado de Nick Shackleton flota. En 2004, se suponía que él y Shackleton navegarían juntos en el JOIDES Resolution, pero Shackleton se enfermó y no pudo viajar. McManus dice que Shackleton realmente solo estaba interesado en un sitio en esa expedición. Lo perforaron sin él.

"Y la conexión con este mismo día es que Celeste Pallone está haciendo su trabajo de tesis en ese mismo sitio", dijo McManus, "que era el único sitio que Nick Shackleton quería estudiar de esa expedición".

Después de dos meses en el mar, los científicos perforaron cuatro sitios y recolectaron grandes cantidades de lodo. Han revisado sus planes de investigación originales en respuesta a líneas de investigación inesperadas que han surgido de los núcleos.

Finalmente, se reúnen para traer el núcleo final. Todo el mundo está un poco mareado. Han recogido cuatro millas de lodo. Una vez que se entrega el núcleo final, esta vez los técnicos invitan a los científicos a trabajar junto a ellos en la pasarela, Abrantes se vuelve hacia el grupo.

"¡Hola chicos, lo logramos!" ella dijo. La recolección de lodo ha terminado y la expedición está llegando a su fin. Tres días después, los remolcadores arrastran la Resolución JOIDES al puerto de Tarragona, España. Las paletas de núcleos se descargan. Se enviarán a laboratorios en Europa y Estados Unidos. Los científicos se van a casa.

Si bien la aventura marítima ha terminado, los descubrimientos aún no han comenzado realmente. David Hodell, codirector científico de la expedición, advierte que podrían tardar un poco.

"Puede haber algunas cosas llamativas que surjan poco después de la expedición", dijo. "Pero estoy más interesado en las cosas de combustión lenta".

Esos son los estudios que pueden llevar años o décadas. El tiempo suficiente para que los miembros más jóvenes de esta tripulación sean los mentores de otra generación de paleoceanógrafos, extendiendo aún más el legado de Nick Shackleton.

Amy Mayer, una periodista independiente, fue la oficial de divulgación a bordo de la Expedición 397.

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