El 22 de septiembre, a bordo del buque oceanográfico (B/O) JOIDES Resolution, inició la navegación de un crucero oceanográfico de muy alto perfil con el objetivo de estudiar, durante dos meses, la tectónica del fondo marino y la biosfera en la cuenca de Guaymas, localizada en la parte central del  Golfo de California que es, sin duda, la que más atención ha recibido por parte de geocientíficos de todo el mundo (ver nota).

De los 33 expertos de nueve países que van a bordo de este barco, hay un contingente de representación mexicana con objetivos muy particulares.

R/V Joides Resoultion en San Diego (18 de septiembre, 2019)

El barco y los estudios previstos

El JOIDES Resolution es un barco de investigación muy especializado. Es parte de la flota del International Ocean Discovery Program (IODP); mide 143 metros de eslora y tiene una torre de perforación que se eleva 62 m por arriba del nivel del mar. Con ella es posible hacer perforaciones a profundidades mayores de los 8 mil metros y obtener núcleos del suelo marino, que son una muestra cronológica de los sedimentos, materiales y restos de plantas y animales ahí contenidos, y que se han acumulado a lo largo de miles de años.

Estos núcleos de sedimento ofrecen un medio científico para comprender algunos procesos fundamentales en la historia del planeta, como por ejemplo corroborar las teorías de tectónica de placas y deriva continental; cambios en el clima global en los últimos 100 millones de años; comprender mejor riesgos geológicos como sismos, volcanes y tsunamis, o el descubrimiento de vastas y activas comunidades de microbios que viven en las profundidades del fondo marino, mucho más profundo de lo que los científicos predijeron que podrían existir.

Así, en esta Expedición 385 que concluye a mediados de noviembre, el B/O JOIDES Resolution perforará el fondo marino en sitios clave con diferentes edades y temperaturas, para explorar los gradientes físicos y químicos de la cuenca de Guaymas. También se investigarán las comunidades microbianas subterráneas que son sostenidas por los compuestos químicos presentes debajo del fondo marino.

La doctora Raquel Negrete Aranda, catedrática CONACYT adscrita al CICESE y miembro del cuerpo académico mexicano que participa en esta expedición, nos explicó que la cuenca de Guaymas tiene una estratigrafía muy específica que se conoce bien gracias a estudios previos. Consiste básicamente en paquetes gruesos de sedimentos, como en otras cuencas al norte del golfo, pero que tienen intercalados cuerpos magmáticos llamados sills (cuerpos ígneo intrusivos), originados por inyecciones de magma del manto superior.

Debemos recordar que el Golfo de California es un rift o zona de divergencia oceánica; es decir, una región donde ahora mismo se está abriendo la corteza oceánica separando dos placas tectónicas: la placa del Pacífico donde está asentada la península de Baja California, y la placa Norteamericana con el resto de México.

En el Golfo de California existen al menos dos cuencas donde se han descubierto campos de chimeneas hidrotermales: las cuencas de Guaymas y Pescadero. “En el caso de la cuenca de Guaymas pensamos que los sills son cuerpos ígneos intrusivos que generan el calor suficiente para alimentar estos campos de chimeneas hidrotermales. La expedición 385 del IODP plantea hacer perforaciones en lugares donde se conoce muy bien la localización de los sills (gracias a los estudios de sísmica de reflexión de alta y baja resolución que se ha hecho en campañas oceanográficas anteriores), con el fin de evaluar la interacción y el rol de estos cuerpos magmáticos en profundidad y las observaciones en la superficie”.

El plan post-expedición de la doctora Negrete en colaboración con Florian Neumann, ambos del Laboratorio de Tectonofísica y Flujo de Calor del CICESE, es hacer una reconstrucción paleo-térmica y modelar numéricamente la evolución de la cuenca de Guaymas desde el punto de vista de su estado térmico a partir de los núcleos recuperados durante la expedición. Esto, para dar seguimiento a un proyecto de flujo de calor en el que han venido trabajando en los últimos cinco años, el cual abarca la porción norte, media y sur del Golfo de California. Se trata del proyecto institucional de Cátedras CONACYT 2074 denominado “Campaña intensiva de exploración geotérmica de las cuencas Wagner, Consag, Delfín, Guaymas y Alarcón del sistema de rifts del Golfo de California”, que comenzó en 2015 al iniciar operaciones el Centro Mexicano de Innovación de Energía Geotérmica (CeMIE-Geo) (ver nota).

Antecedentes de esta expedición

La historia de la participación de Raquel en este crucero empieza años atrás, en 2012, cuando ella y Arturo Martín Barajas (geólogo del CICESE) asistieron a un taller en la Isla Catalina por invitación de Dan Lizarralde y Andreas Teske, del Instituto Oceanográfico de Woods Hole y la Universidad de Carolina del Norte, respectivamente (hoy investigadores principales de la expedición 385).

La primera propuesta sometida al IOPD en ese momento no fue aceptada debido a la falta de estudios preliminares. Seis años después y tras un extensivo trabajo de grupo la propuesta de explorar la cuenca de Guaymas es finalmente aceptada por el IODP. Es en 2018, cuando este programa internacional convoca a la comunidad científica a participar en la expedición, que aceptan a Raquel y a Florian como parte del grupo de investigación de la expedición y se integran al equipo de propiedades físicas que iría a bordo.

Es difícil y complicado que acepten tus propuestas, indicó la doctora Negrete, porque se trata de un programa muy competitivo que financia  expediciones de muy alto perfil. En primer lugar México no es miembro del IODP por motivos principalmente presupuestales: Es muy caro ser miembro porque la operación y el mantenimiento de este tipo de barcos es carísimo. “Para que te des una idea, el presupuesto del JOIDES Resolution para esta expedición son 60 millones de dólares; es un millón de dólares por día. Simple y llanamente no hay un consorcio en México ni 50 CONACYT’s que pudieran financiar una expedición similar”.

Sin embargo, el caso de la Expedición 385 involucra un barco extranjero realizando trabajos de investigación en aguas nacionales por lo que  tiene que haber, por ley, científicos mexicanos a bordo. Y éstos cumplen dos funciones: van como científicos participantes y como observadores.

“Participar como parte del equipo de investigación en una expedición como esta te garantiza el acceso a la base de datos de la expedición, y al uso de la misma en los proyectos personales post-expedición.

El grupo de estudiantes Cicese-UABC en su visita al JR (17 de septiembre, 2019)

“Para la carrera de un científico, una expedición como esta implica muchas cosas: experiencia, porque es única la experiencia de vivir dos meses en el barco haciendo estos trabajos tan especializados; redes de colaboración con otras instituciones y con otros científicos de tu área de investigación, y te garantiza acceso a una base de datos y muestras que hace posible de uno a tres años, y a veces hasta más, de investigación post-expedición”, indicó Raquel Negrete.

Explicó que su proyecto institucional de cátedras CONACYT tiene que ver con el estudio del potencial geotérmico del Golfo de California. “En los últimos 5 años me he dedicado a hacer campañas oceanográficas en diferentes cuencas del golfo, en diferentes plataformas. Se supone que todo lo íbamos a hacer en el Buque Oceanográfico Alpha Helix, propiedad del CICESE, pero este barco no tiene la capacidad para visitar cuencas más profundas. Gracias a las redes de colaboración que he formado en los últimos años, tuvimos oportunidad de participar en otras expediciones, como la del B/O Falkor a la cuenca de Pescadero (ver nota) y en ésta, a la cuenca de Guaymas. Con ello se completa uno de los objetivos principales de este proyecto institucional de tener datos del norte, del centro y del sur del golfo”.

- Ustedes forman parte del equipo de propiedades físicas en esta expedición. ¿Los datos que obtendrán incluyen conductividad y difusividad térmica, calor específico, que son elementos para calcular flujo de calor?

Durante la expedición no se hacen este tipo de mediciones directas en sitio, pero se mide la conductividad térmica y una serie de propiedades físicas con las que puedes inferir las propiedades térmicas de los sedimentos. En otras palabras, cuando trabajas con núcleos no es igual a cuando realizas una medición directa en el fondo del mar con un equipo especializado como una sonda de calor. En este caso se utilizan las propiedades físicas que puedes medir directamente del núcleo y las realizadas al pozo de perforación para inferir el flujo de calor. Es decir, para reconstruir la historia térmica del sitio donde estás muestreando.

- Con los estudios de los núcleos de esta zona van a tener Wagner, Guaymas y Pescadero. ¿Con eso ya cumplen con el proyecto…?

Prácticamente. Se supone que con el B/O Alpha Helix vamos a tener una campaña a las cuencas Consag y Delfín localizadas en el norte del golfo, entre Wagner y Guaymas. Sin embargo, el barco ha pasado los últimos meses en dique seco para mantenimiento y equipamiento de una ecosonda multihaz para cartografía del fondo marino. Esto ha retrasado año y medio esta campaña. Hasta el momento la fecha más probable para realizar este crucero es a principios de 2020, de manera que si todo sale bien tendríamos una cuarta campaña a esta zona del norte-centro del golfo, y con ella estaríamos cumpliendo lo planteado en el proyecto institucional.

Adicionalmente tengo una propuesta sometida con el Smith Ocean Institute, para profundizar el estudio no solo de la cuenca Pescadero, sino de otras cuencas que están al sur con el fin de expandir el alcance general del proyecto.

- Cuando fueron a Pescadero hicieron algo inédito, creo, con mediciones de flujo de calor en chimeneas hidrotermales. En comparación, ¿qué tan estudiada está la cuenca de Guaymas?

Guaymas es, sin duda, la más estudiada de todas las cuencas del golfo. Esta es la segunda vez en que se hace una expedición de perforación en Guaymas. La primera fue en los años 60, cuando el IODP entonces conocido como Ocean Drilling Project (ODP) realizó la primera expedición ahí con fines de perforación. La famosa LEG-64 recolectó los primeros núcleos de esta cuenca. Diversos estudios que van desde la sísmica a la batimetría de alta resolución y otros métodos geofísicos han hecho posible un reconocimiento de la cuenca y actualmente se conoce muy bien la estructura cortical, su morfología y la biosfera asociada a los campos de chimeneas hidrotermales, que fueron los primeros en ser descubiertos en el Golfo de California. En Guaymas existe todo un ecosistema en términos de chimeneas hidrotermales y de otras estructuras geológicas que son únicas. En este caso, la cantidad de información disponible te permite saber hacia dónde vas y qué procesos se pueden estudiar en Guaymas. Por eso, al ser una cuenca muy estudiada esta propuesta era difícil de “vender”, porque los evaluadores dicen “¿para qué regresamos?” Pero finalmente decidieron que la nueva propuesta tenía suficientes méritos y que se iban a estudiar más a fondo mucho de los procesos que dominan la dinámica de la cuenca. Esto es, por ejemplo, determinar dónde está el flujo de los fluidos que alimenta estos sistemas hidrotermales considerando que en Guaymas hay una estratigrafía muy específica que consta de un paquete de sedimentos grueso, como otras cuencas en el norte, pero se intercalan en ellos cuerpos magmáticos que se conocen como sills de plato.

Los 4 participantes mexicanos de la Expedición 385: De izquierda a derecha: Ligia Pérez Cruz  (UNAM), Raquel Negrete Aranda (CICESE), Manet Peña Salinas (UABC), Florian Neumann (CICESE)

- Pero no solamente van a estudiar la parte geológica, sino también las comunidades bacterianas, ¿no?

Por supuesto. La expedición básicamente se divide en dos. Una tiene que ver con toda la parte geológica, con las propiedades físicas, la descripción de los núcleos. La otra parte medular es el estudio de las comunidades microbianas que ahí habitan. Van a estudiar qué tipo de gases existen; qué organismos los generan, quién los procesa o se los comen; por qué hay en un lugar y en otro no; por qué unos lugares están más calientes que otros y cuál es la biodiversidad.

Entre los especialistas va la M.C. Manet Peña Salinas (Facultad de Ciencias Marinas - UABC), cuya misión es una convergencia en los dos temas: Ella entra como parte del equipo de propiedades físicas y le interesa conocer en dónde hay cambios de temperatura para ver cómo modifican estos cambios la biodiversidad; es decir, dónde está el “límite de la vida” para una aplicación en astrobiología, que es lo suyo. Su tesis doctoral incluye una comparación entre las  muestras de la cuenca Pescadero que ya se tienen, con las de la cuenca de Guaymas. Para Manet la expedición 385 representa la oportunidad única de contrastar justamente dos sistemas hidrotermales completamente diferentes, los cuales se han formado bajo condiciones muy distintas, y establecer los límites de la vida para organismos microcelulares conocidos como extremófilos. Esto, aplicado a la factibilidad de encontrar sistemas similares en las lunas Encélado (de Saturno) y en Europa (de Júpiter), que son lunas de hielo donde se cree que hay océanos subyacentes.

Palabras clave: JOIDES Resolution, flujos de calor, Golfo de California, Raquel Negrete, Florian Neumann