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Una fuente hidrotermal, también traducido a veces como respiradero hidrotermal o fumarola hidrotermal, es una grieta en la superficie de un planeta de la cual fluye agua geotermalmente caliente. Las fuentes hidrotermales se encuentran comúnmente en lugares volcánicamente activos donde el magma está relativamente cerca de la superficie del planeta.[1] Las fuentes hidrotermales son abundantes en la Tierra porque es geológicamente activa y tiene gran cantidad de agua en su superficie. Los tipos comunes en la Tierra incluyen fuentes hidrotermales subacuáticas, aguas termales y los géiseres.[2]
Las áreas alrededor de las fuentes hidrotermales submarinas son biológicamente productivas y a menudo hospedan comunidades complejas alimentadas por los precipitados químicos que emiten. Las arqueas quimiosintéticas, presentes en estas fuentes hidrotermales, constituye la base de esta cadena alimenticia que sustenta a otros diversos organismos, como los gusanos de tubo gigantes, moluscos y crustáceos.[3]
Los sistemas hidrotermales habrían jugado un importante papel en la evolución temprana de la Tierra, la conformación de la biosfera y en «la síntesis de los compuestos orgánicos que constituyen los ladrillos básicos de la vida».[3]
Las fuentes hidrotermales marinas profundas fueron descubiertas por primera vez en 1977 en la dorsal de las Galápagos por un equipo de la Institución Oceanográfica de Woods Hole, a bordo de un submarino de tres personas que operaba a una profundidad de 2400 m en el océano Pacífico.[4] Posteriormente, en 1982, fue hallada, por el mismo submarino, una segunda fuente termal en la cuenca de Guaymas (México); así como, sucesivamente, se han ido hallando otras muchas ventilas distribuidas en las diferentes dorsales oceánicas. Esto hizo que el hidrotermalismo adquiriera relevancia.[3]
Las fuentes hidrotermales marinas participan en el equilibrio bioquímico de los océanos, contribuyen a su regulación química y aportan nutrientes para su biota.[2] Se dividen en someras, aquellas que se hallan a menos de 200m de profundidad, y profundas, mayoritariamente situadas a más de 2.000m de profundidad. El límite de 200 metros se justifica al darse a esta profundidad un cambio brusco de las condiciones ambientales, provocado por el aumento de la presión del agua y los niveles de oscuridad, variando el punto de ebullición del agua marina y llegando a impedir la fotosíntesis, alterando la mineralización y la biota de las fumarolas.[5]
El agua que fluye de las fuentes hidrotermales del fondo oceánico consiste sobre todo en agua de mar conducida dentro del sistema hidrotérmico cerca de un volcán a través de fallas y de sedimentos porosos o estratos volcánicos; también fluye agua magmática lanzada por la ascensión del magma. El agua emerge de una fuente hidrotermal a temperaturas que se extienden hasta los 400 °C, comparado con los 2 °C del agua oceánica circundante.[1] En profundidad, según aumenta la presión, aumenta el rango de temperaturas en el que el agua sigue siendo líquida, evitando así que entre en ebullición. El agua a una profundidad de 3000 m y una temperatura de 407 °C es un fluido supercrítico. Sin embargo, el aumento en salinidad empuja el agua a su punto crítico.[2]
Algunas fuentes hidrotermales forman chimeneas casi cilíndricas. Estas se forman de los minerales que están disueltos en el fluido que emiten. Cuando el agua sobrecalentada entra en contacto con el agua de mar casi congelada, los minerales se precipitan hacia afuera para formar las partículas que le agregan altura a las chimeneas. Algunas de estas chimeneas pueden alcanzar alturas de 60 m.[2]
Las etapas iniciales de una chimenea de la fuente comienzan con la deposición del mineral anhidrita. Los sulfuros de cobre, hierro y cinc entonces se precipitan en los boquetes de la chimenea, haciéndola menos porosa con el tiempo. Se han registrado crecimientos de fuentes en el orden de los 30 cm al día. Las chimeneas que emiten una nubes negras se llaman “fumarolas negras”, nombrados para la tonalidad oscura de las partículas que emiten.[1] Las fumarolas negras emiten típicamente partículas con altos niveles de sulfuros metálicos. Las fuentes que emiten minerales más ligeros, con tonalidades claras, se nombran: “fumarolas blancas”.[1] Estas últimas, son típicamente más bajas en temperatura que las fumarolas negras, siendo deficientes en sulfuro de hidrógeno, hierro y cobre, mientras que son ricas en cinc.
Las fumarolas blancas y negras pueden coexistir en el mismo campo hidrotermal, pero generalmente representan aberturas proximales y distales a la zona principal de flujo ascendente, respectivamente.[1]
Tradicionalmente, la vida ha sido vista siempre dependiente de la energía proveniente del sol, pero los organismos de aguas profundas no tienen acceso a la luz solar, por lo que dependen de los nutrientes que se encuentran en los depósitos de polvo y productos químicos de los fluidos hidrotermales en el que viven. Antiguamente, los biólogos marinos suponían que organismos de las fuentes hidrotermales existían consumiendo la "lluvia" de detritus de los niveles superiores del océano. Esta teoría limitaba la vida submarina a la vida vegetal existente en la superficie, y por ende, haciéndola también dependiente de la luz solar. Si este fuese el único mecanismo por el cual se obtienen los nutrientes y la energía necesaria para la existencia de vida en el fondo del mar, las formas de vida serían muy escasas. Sin embargo, se ha demostrado que en el fondo del mar circundante a las zonas de respiraderos hidrotermales la densidad de microorganismos es 10.000 a 100.000 veces mayor. Las comunidades hidrotermales son capaces de sostener esa enormes cantidad de organismos porque existen procariotas quimiosintéticos que aprovechan los compuestos minerales que existen en dicha área. El agua que sale de los respiraderos hidrotermales es rica en minerales disueltos, y es compatible con una gran población de procariotas autótrofos. Estos procariotas utilizan compuestos de azufre, en particular sulfuro de hidrógeno, un químico altamente tóxico para los organismos más conocidos, para producir materia orgánica mediante el proceso de quimiosíntesis.[6][7]
El ecosistema existente es dependiente de los respiraderos hidrotermales como la fuente primaria de energía, que difiere de la vida de la mayoría de la superficie de la Tierra que se basa en la energía solar. También, algunos de los organismos de estos ecosistemas, en realidad, sí dependen de oxígeno producido por los organismos fotosintéticos. Otras formas de vida más simples son anaerobias.
Una especie de bacteria fototróficas se ha encontrado que vive cerca de una fumarola negra frente a las costas de México a una profundidad de 2.500 metros (8.200 pies). A esa profundidad, la luz del sol es incapaz de llegar. Estas bacterias, que forma parte de la familia Chlorobiaceae, utiliza el débil resplandor de la fumarola negra para la fotosíntesis. Este es el primer organismo descubierto en la naturaleza que tiene exclusivamente otra fuente luz que no sea la luz del sol para la fotosíntesis.[8]
Aunque la vida es muy escasa en estas profundidades, las fumarolas negras son el eje de los ecosistemas. La luz del sol es inexistente, por lo que muchos organismos –como arqueas y extremófilos– convierten el calor, el metano y los compuestos de azufre proporcionada por los fumadores negro en energía a través de un proceso llamado quimiosíntesis. Más formas de vida complejas, como las almejas y gusanos se alimentan de estos organismos. Los organismos de la base de la cadena alimentaria también depositan minerales en la base de la fumarola negra, por lo tanto completan el ciclo de vida.[7]
Nuevas e inusuales especies son constantemente descubiertas en las zonas vecinas a las fumarolas negras. El gusano Pompeii fue encontrado en la década de 1980, además diferentes especies de gastrópodos, como por ejemplo el scaly-foot, el cual usa sulfuros de hierro (pirita y greigita) para la esclerita dérmica, en vez del carbonato calcio que usan el resto de especies de este género. La presión extrema de los 2500 metros de profundidad (aproximadamente 250 ATM) puede que juegue un rol fundamental en la estabilización del sulfuro de hierro para propósitos biológicos. Esta armadura sirve de defensa en contra de las rádulas de los caracoles predadores en dicha comunidad.
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