FUENTES HIDROTERMALES

Chimeneas Hidrotermales

Donovan AC, Evelyn MC, Bryan ERB, Diego VR

Índice

-Hidrotermalismo

-Concepto- Sistema hidrotermal -Conceptos aguas termales, géiseres y fumarolas.

-Chimeneas Hidrotermales

- Qué son las chimeneas hidrotermales - Antecedentes/Descubrimiento - Origen de un sistema de ventilas hidrotermales - Ciclo de vida - Partes de un sistema hidrotermal - Función - Tipos de chimeneas hidrotermales - Ubicación - Propiedades Físico - Químicas - Alteraciones Hidrotermales

- Origen de la vida

-(LUCA y las fumarolas hidrotermales)

-Diversidad Biológica

- Importancia

-Metabolismos

Hidrotermalismo

Hace referencia a todos los fenómenos de aguas naturales calientes en la corteza terrestre. Comúnmente el término es usado para caracterizar a la actividad de géiseres, fumarolas, barros y manantiales calientes.

Sistema hidrotermal

Es el conjunto de efectos producidos por el agua a una temperatura mayor a la ambiental. Un sistema hidrotermal involucra la circulación de fluidos calientes a profundidades variables en la corteza terrestre, y hasta la superficie.

Ambientes Hidrotermales

Aguas termales: Se refieren a las aguas minerales que salen del suelo con más de 5 °C que la temperatura superficial. Estas aguas proceden de capas subterráneas de la Tierra las cuales se encuentran a mayor temperatura; estas son ricas en diferentes componentes minerales y permiten su utilización terapéutica.

Géiser: La denominación “geyser” proviene del islandes “Geysir”. El géiser es un tipo de fuente termal el cual expulsa grandes columnas de agua hirviendo con una gran fuerza.

Fumarolas o chimeneas: Son fuentes hidrotermales que surgen en los puntos donde la corteza marina se abre y afloran los gases y los materiales del manto terrestre.

Las chimeneas hidrotermales

Son sistemas cuyas fuentes de calor son magmas subyacentes de diverso origen, que generan corrientes de convección en las que circula agua caliente. Surgen en grietas y chimeneas que se forman en el fondo del mar como consecuencia de las tensiones que se producen entre placas tectónicas.

Antecedentes

En 1977, geólogos que exploraban un área del lecho Pacífico (la falla de Galápagos) encontraron respiraderos a los que llamaron “fumarolas negras”. Estas emitían agua supercalentada ennegrecida con sulfuros y otros minerales.

El origen de un sistema hidrotermal implica tres etapas.

(A) El emplazamiento de una intrusión subvolcánica debajo de una grieta y el establecimiento de un sistema de convección de agua de mar en circulación y de poca profundidad.(B) Intrusión de magmas subvolcánicos de nivel superior que genera un sistema de convección de agua de mar, subsistema profundo en el que las ganancias y pérdidas netas de elementos son dictadas por isotermas subhorizontales. (C) Desarrollo de un sistema hidrotérmico maduro en el que las isotermas subhorizontales controlan la formación de ensamblajes de alteración hidrotérmica. (VMS) (De la galera, 1993).

Ciclo de Vida

Etapa madura

Etapa inactiva

Etapa temprana

Partes de un Sistema Hidrotermal

El sistema se forma a partir de la interacción entre: una fuente de calor (A), un cuerpo rocoso permeable (B) y un fluido (C), en donde se establece una celda convectiva que consta de un sistema de recarga (1), circulación (2) y descarga (3).

1- Recarga

2- Circulación

3- Descarga

Función

Son zonas en las que se producen una serie de reacciones geoquímicas de reducción, que enriquecen el agua de mar en H2S, S, CH4, H+, NH+4 , NO‘2 , Fe+2 , Mn+2 y otros elementos reducidos, lo que resulta en un fluido a gran temperatura, ácido y reductor, que viaja de nuevo a la superficie de la corteza y es expulsado al exterior.

Tipos de Chimeneas Hidrotermales

Mientras que las fumarolas negras precipitan mayoritariamente sulfuros, las blancas precipitan sulfatos (especialmente de Ba y Ca). Por otra parte, las fumarolas blancas son de temperatura más baja, más alcalinas y más oxidadas que las negras.

El fluido caliente se eleva a través de la roca y sale a borbotones por las aberturas de ventilación y el fondo marino circundante. Este fluido hidrotermal transporta metales disueltos y otras sustancias químicas de las profundidades del fondo del océano. Muchos factores desencadenan esta reacción. Un factor es la temperatura fría y otro es la presencia de oxígeno en el agua de mar. Sin oxígeno, los minerales nunca se formarían.

Fumarola Negra

Chimenea

Fumarola Blanca

Flujo difuso

Ubicación

Se encuentran entre los 1500 y 4000 metros de profundidad, muy por debajo de la capa fótica de los océanos también conocido como “zona abisal”. Este ambiente inhospitalario, es caracterizado por sus condiciones de oscuridad permanente, temperaturas cerca al punto de congelación, y una presión hidrostática que excede las 200 atmósferas.

Mapamundi de localización

Las fumarolas blancas suelen encontrarse alrededor de las fumarolas negras aunque más lejos de la fuente de calor, y se forman durante las etapas finales de la vida del sistema hidrotermal. Una diferencia importante entre los dos tipos de fumarolas es que en las negras precipitan mayoritariamente sulfuros, mientras que en las blancas precipitan sulfatos (especialmente de Ba y Ca). Además, las fumarolas blancas son de temperatura más baja, más alcalinas y más oxidadas que las negras.

El origen de un sistema hidrotermal implica tres etapas.

Fig.1.Mapa de chimeneas hidrotermales conocidas en las diferentes provincias biogeográficas y las principales dorsales medio-oceánicas. VanDover, et al. Science, 2002, 15; 295: 1253-1257.

Sistemas hidrotermales en México

Condiciones físico-químicas en un ambiente hidrotermal

Temperatura

pH

Soluciones acuosas

Eh

(Chirif HR, 2017)

Propiedades químicas del flujo hidrotermal

Las características termodinámicas de un fluido hidrotermal pueden ser bastante variables y dependen en gran medida de las características de su fuente, de la distancia de transporte y su modificación durante este, y de las propiedades de la roca huésped.

Alteraciones Hidrotermales

La alteración hidrotermal es un término general que incluye la respuesta mineralógica, textural y química de las rocas a un cambio ambiental, en térmicos químicos y termales, en la presencia de agua caliente, vapor o gas. Produce un amplio rango de mineralogía, abundancia mineral y texturas en distintas rocas

Argílica

Principales procesos hidrotermales

Fenómenos de reemplazamiento (disolución-precipitación)

Teoría sobre el origen de la vida

Relacionadas a las primeras etapas de formación de los océanos, algunas teorías del origen de la vida sugieren que las primeras moléculas orgánicas fueron sintetizadas en soluciones acuosas y que las formas vivas más primitivas tuvieron lugar cerca de los sitios con exhalaciones hidrotermales.

La teoría de las fuentes hidrotermales sobre el origen de la vida: una turbina para LUCA

Podemos decir que son un concepto similar a la “sopa primitiva” pero en ellas, además, se añade algo que según la teoría de las fuentes hidrotermales sobre el origen de la vida es clave: la diferencia de compuestos y temperatura entre lo que expulsa la fuente hidrotermal y el agua marina.Las fuentes hidrotermales se han reconocido por sus características: potencial redox, fuentes abundantes de materia orgánica y presencia de minerales representativos por lo que la evolución química pudiera haberse producido en estos lugares.

Hasta el momento, se ha logrado la síntesis de compuestos orgánicos en experimentos de simulación, aunque el papel de estos ambientes en procesos prebióticos aún es parte de un fuerte debate.

Los compuestos orgánicos son muy sensibles a altas temperaturas y presiones, como las presentes en los sistemas hidrotermales submarinos.

Diversidad biológica

Comunidades de chimeneas hidrotermales

En este ecosistema único, bacterias sulfurosas funcionan como productores.

La quimiosíntesis, sustituye la fotosíntesis en las comunidades de las chimeneas hidrotermales. Muchos animales de las chimeneas consumen directamente los microorganismos.

Los organismos que habitan en las ventilas hidrotermales (crustáceos, anémonas, almejas, gusanos tubulares, peces) son especies únicas, capaces de sobrevivir en temperaturas superiores a 113º C y realizar quimiosíntesis.

Además, se han descubierto más de 300 especies animales (evolutivamente distintas y muy raras) alrededor de las ventilas hidrotermales, que contribuyen a capturar carbono.

Endosimbiontes

Consumidores Primarios

Graneledone sp.

Productores Primarios

Simbiontes metanogénicos

Sulfolobus

Arquea capaz de oxidar el hierro

Carroñaeros

Depredadores

Raspadores

Bythites hollisi

Filo: Mollusca Clase: Cephalopoda

Filo: Mollusca Clase: Bivalvia

Nematocarcinus sp

Solemya reidi

Kelliella sp

Phymorhynchus sp.

Filo: Arthropoda Subfilo: Crustacea

Filo: Mollusca Clase: Gastropoda

Vesicomya pacificai

Archivesica gigass

Phreagena kilmeri

Shinkaia crosnieri

Chrysomallon squamiferum

Familia: Siboglinidae

Bythograea thermydron

Gusanos Poliquetos termófilos

Lamellibranchia barhami

Escarpia spicata

Filo: Annelida Clase: Polychaeta

Tevnia jerichonana

Riftia pachyptila

Paralvinella

Neolithodes diomedeae

A los dos años, los gusanos de tubo gigantes comienzan a dominar las ventilas .

Al año, las esteras se reorganizan y las especies de lombris de tubo se consituyen

Las esteras microbianas que se amontonaron alrededor del volcán atraen camarones, cangrejos, peces y carroñeros.

A los 3 años, los mejillones comienzan a aparecer, y el número de especies presentes se expande.

A los 4-5 años, los mejillones y los gusanos de tubos domian totalmente el área, junto con los bivalvos

Importancia biológica

La muerte y el renacimiento en las profundidades

Tipos de metabolismos y reacciones

Contribución quimiosintetica

La actividad quimiosintética en las surgencias hidrotermales revela una producción primaria neta que representa del 0.1 al 1% de la producción primaria neta del océano. Como sólo una pequeña fracción del carbono orgánico producido en superficie alcanza el abismo océanico, la contribución de los quimiosintéticos de las surgencias hidrotermales representaría en torno al 25% del inventario global de carbono en el océano profundo.

Metabolismo del azufre

El azufre es el décimo elemento más abundante en la corteza terrestre. Se encuentra naturalmente en la cercanía de aguas termales, zonas volcánicas, minas y agua de mar en forma de minerales de sulfato (yeso, CaSO4•2H2O), minerales de sulfuro (pirita, FeS2), azufre elemental (S0) y sulfato (SO42-). Importancia en organismos: aminoácidos, proteínas, hormonas, lípidos y vitaminas, entre otros.

Estados de oxidación del azufre

Electronegativo

Mas reducido

Más oxidado

Electropositivo

Amenazas

Estos hábitats están siendo amenazados por una amplia gama de actividades humanas, incluyendo la minería en alta mar, la pesca de arrastre y la recolección de energía. Estas exhalaciones forman depósitos que también poseen metales preciosos como plata, oro, cobre, manganeso, cobalto y zinc (Cárdenas G, 2018).

Actividad hidrotermal en el exterior

La sonda Cassini ha detectado hidrógeno, CO2 y metano en los super géiseres de Encélado, ingredientes asociados a organismos metanógenos en la Tierra.

Biogeoquímica

El reciclaje de compuestos inorgánicos para su aprovechamiento como fuente de energía y la creación de biomasa nueva en los organismos en ambientes inhóspitos.

En conmemoración al puerquito

R.I.P Puerquito

Un minuto de silencio

En el chat

2020 - 2021

Referencias

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