Perforando en busca de los secretos climáticos de la Tierra enterrados bajo el mar - POR QUÉ

Un equipo de científicos en el simulacro JOIDES Resolution en busca de 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, JRSO del IODP)

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Antes del amanecer de un día ventoso, dos docenas de científicos del clima se estremecen en la cubierta superior de un barco de investigación, observando cómo los remolcadores los alejan del puerto de Lisboa y los embarcan en una aventura de dos meses que lleva 13 años de desarrollo.

La Resolución JOIDES lleva a los investigadores bajo el puente colgante 25 de Abril, pasando por el Monumento a los Descubrimientos, y hacia mar abierto. ¿Su destino? Una serie de paradas en las que planearon perforar profundamente en el fondo marino en busca de secretos climáticos acumulados 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 fallecido científico británico Sir Nicholas Shackleton. Si el nombre Shackleton le suena familiar, probablemente se deba a que Nick era sobrino nieto del explorador antártico Sir Ernest Shackleton. Mientras que su famoso tío abuelo quería llegar lejos para explorar nuevos territorios, Nick Shackleton quería llegar más lejos. Recogió cilindros de barro (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, repletas de microfósiles y minerales, de 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 poder 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 demostró que esta ubicación probablemente proporcionaría a los científicos núcleos que les permitirían crear un registro continuo de la historia climática de la Tierra que se remonta a entre 3 y 5 millones de años.

Dos investigadores, viejos amigos de su época de estudiantes 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 desarrolló su carrera. Fátima Abrantes dirige un laboratorio en el Instituto Portugués del Mar y la Atmósfera en Lisboa y juntos son codirectores científicos de la Expedición 397 del Programa Internacional de Descubrimiento del Océano.

Después de unas 12 horas en el mar, el barco se detiene y baja 12 enormes propulsores. Se trata de grandes hélices encerradas en tubos de metal que permiten a la tripulación del barco 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 con fines científicos en lugar de combustibles fósiles en la década de 1980. Sobre su cubierta se eleva una torre de perforación de 200 pies de altura. Imagínese una pirámide grande, abierta, con forma de escalera, el tipo de cosa que podría ver en un campo petrolero. El barco transporta una milla de tubería que se ensambla sección por sección para formar lo que se llama la sarta de perforación. Gira y gira, extendiéndose desde la parte superior de la torre de perforación a través de un agujero en el barco llamado “piscina lunar”, y luego se hunde a través de unos 15.000 pies de agua hasta el fondo del océano.

Cuando llega al fondo del mar, la tubería perfora el sedimento y abre un agujero. Luego, el equipo de perforación deja caer un tubo de plástico de 30 pies de largo dentro de la tubería. Tiene una punta de metal y cuando entra en el agujero, empuja más profundamente 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 científicos. 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 son conducidos a través de los numerosos análisis disponibles a bordo.

La razón por la que Abrantes y Hodell, y Shackleton antes que ellos, quisieron 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 los diminutos bichos se depositan en el fondo marino. Eso es lo que crea, durante milenios, las capas de información que los científicos buscan. Ese proceso aquí es aproximadamente 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 buque de perforación. En cambio, utilizaron tecnología que sólo permitía núcleos más cortos. En la Resolución JOIDES, los científicos pueden extraer núcleos de sedimentos a una profundidad de hasta 1.600 pies por debajo del fondo marino. Los núcleos de Shackleton procedían de menos de 150 pies de profundidad en el sedimento. Pero Hodell dice que Shackleton todavía aprendió mucho de ellos.

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

“Debe haber sido como un momento Eureka decir: '¡Ajá! Esto se parece exactamente al registro del núcleo de hielo de Groenlandia y 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, el polen y todo lo demás que forma el sedimento en el margen ibérico, esta área frente a la costa de la Península Ibérica, podrían ayudar a construir una imagen más detallada del clima global en momentos específicos de 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 sedimento, pueda tener vínculos y componentes con ambos polos, así 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 la temperatura del aire y del agua polar procedían de núcleos de hielo. Eso significaba que los investigadores sólo 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 utilizar el sedimento de aquí para crear una imagen de cómo eran los polos cuando la Tierra era mucho más caliente. 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 vio por primera vez ese potencial.

“Creo que estamos cumpliendo su deseo, su sueño”, dijo Hodell.

El trabajo del difunto científico, incluso su espíritu, ocupa un lugar preponderante en esta misión. Hodell nunca colaboró ​​directamente con Shackleton ni realizó una expedición de extracción de muestras con él. Pero Abrantes sí lo hizo.

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

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

Tiene una foto de ellos preparándose para dejar caer una pipa desde el costado de un barco. En la foto, Shackleton aparece en pantalones cortos y sandalias, algo que no estaría permitido hoy en día, por razones de seguridad. Abrantes dice que sólo se ponía zapatos con cordones cuando tocaba música.

“Se lo tomó tan en serio que esa era la única vez que se ponía un traje y zapatos”, dijo sobre sus actividades musicales. Además de su éxito científico, también fue un consumado intérprete y coleccionista de instrumentos de viento.

“Una vez me dijo que la música era su vida y la ciencia su hobby”.

El trabajo innovador 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 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 salido del fondo, a veces hasta 50 núcleos por agujero. Cada núcleo tiene aproximadamente 30 pies de largo y el equipo perfora varios agujeros en cada ubicación. Cada pocas horas entregan los núcleos a técnicos científicos, que son científicos expertos y marineros experimentados responsables de administrar los laboratorios del barco, curar los núcleos y apoyar al grupo científico. 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 numerosos laboratorios del barco sobre vías que las alimentan a diferentes máquinas. Después de eso, los técnicos utilizan una sierra eléctrica para cortar los cilindros a lo largo y separarlos. Finalmente, los núcleos se abren y el sedimento del interior queda expuesto a los ojos humanos por primera vez. Cada núcleo es diferente.

“Tenemos desde sedimentos azules hasta tiza totalmente blanca llena de foramios y sedimentos rojizos llenos de vidrio”, dijo Abrantes. Se sabe que ciertas especies de foraminíferos y nanofósiles se correlacionan con períodos de tiempo específicos. Así, cuando los expertos en microfósiles identifiquen la especie, podrán establecer aproximadamente la edad del sedimento.

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

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

Incluso con un ojo inexperto, se pueden ver capas claras y oscuras de verdes y marrones. Y el barro alberga en su interior todo tipo de cosas buenas.

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

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 sedimento que se recolecta.

Abrantes y Hodell seleccionaron cuidadosamente 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 conjunto como un equipo hacia la mejor ciencia, dejando de lado la competencia.

“Creo que esta es una muy buena lección para los jóvenes”, dijo, señalando que la expedición incluye a varios estudiantes de posgrado e investigadores postdoctorales, además de profesores que inician su carrera y profesores de larga data con muchos cruceros de investigación detrás de ellos.

La investigadora postdoctoral 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 ni desafiar a nuestros mayores”, dijo Huang. “Aquí todos tienen experiencias diferentes, pero todos son iguales y cada uno puede contribuir a su manera”.

Sabe escribir código sencillo. 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 relaciones cercanas.

"Fue fantástico 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 Resolución, pero Shackleton se enfermó y no pudo ir. McManus dice que Shackleton en realidad sólo estaba interesado en un sitio de 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 durante esa expedición".

Después de dos meses en el mar, los científicos perforaron cuatro sitios, recogiendo 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 seis kilómetros de barro. 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 dirige al 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 el JOIDES Resolución al puerto de Tarragona, España. Se descargan los palés de núcleos. Se enviarán a laboratorios de Europa y Estados Unidos. Los científicos regresan a casa.

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

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

Esos son los estudios que podrían llevar años o décadas. El tiempo suficiente para que los miembros más jóvenes de este equipo sirvieran de mentores de otra generación de paleoceanógrafos, ampliando aún más el legado de Nick Shackleton.

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

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