Irene Rodríguez. 3 mayo
Donato Giovannelli y Karen Lloyd recolectan muestras de la laguna del cráter del volcán Poás. Fotografía: Katie Pratt
Donato Giovannelli y Karen Lloyd recolectan muestras de la laguna del cráter del volcán Poás. Fotografía: Katie Pratt

Nuestros volcanes, aguas termales e incluso playas son fuente para generar conocimiento científico.

Una investigación internacional reunió a geólogos, químicos, geofísicos, biólogos y microbiólogos en nuestro país para recolectar muestras de agua y gases de las lagunas de los cráteres y faldas de los volcanes Poás, Irazú y Arenal, pero los especialistas también anduvieron por toda la península de Nicoya, playa Sámara, La Palmira de San Carlos y Sarapiquí, entre otros sitios.

Los científicos, dentro de los que también destacan profesionales del Observatorio Vulcanológico y Sismológico de Costa Rica (Ovsicori) y de la organización Volcanes Sin Fronteras, querían entender cómo ocurre el intercambio de materiales, fluidos y gases entre la corteza y el manto terrestre y quiénes son los protagonistas de este proceso.

La corteza terrestre es la capa externa de nuestro planeta, por así decirlo, la piel o la “cáscara”. El manto, por su parte, es una capa debajo de la corteza, está hecha de roca sólida y caliente, es la más gruesa de las capas de la Tierra. Estas partes están en constante interacción. Por ejemplo cuando una placa tectónica se hunde debajo de la otra (subducción) o a través de actividad volcánica.

“Imaginemos que la corteza y el manto son como una galleta con relleno. El manto es el relleno, pero está muy junto a la corteza. Ellos interactúan constantemente y se intercambian fluidos y gases. Como no podemos viajar al manto –sería más fácil viajar al Sol, dadas las condiciones de temperatura y presión de esta parte interior de la tierra– entonces estudiamos los gases y fluidos que emanan desde el manto y vemos cómo llegan a la corteza”, explicó Gino González, vulcanólogo tico de Volcanes Sin Fronteras.

Peter Barry, doctor geoquímica del Instituto Oceonográfico de Woods Hole, Estados Unidos y autor principal de reporte explicó a La Nación: “queríamos entender qué pasa con la masa que se intercambia entre estas dos partes del planeta, lo que sube y lo que baja, ¿cómo se comunican la corteza y el manto, todo eso es crítico”.

¿Por qué se escogió Costa Rica? Karen Lloyd, microbióloga de la Universidad de Tennessee en Knoxville, Estados Unidos. fue clara: “Costa Rica tiene muchísimas características que la hacen idónea para estos estudios. Sus volcanes, incluyendo la parte del arco y trasarco, que es donde está las zonas de subducción de placas tectónicas, están todos sobre tierra, no en el mar como ocurre en otros lugares, eso facilita la toma de datos. Además, las distancias son más cortas y eso agiliza los procesos”.

“Pero también Costa Rica tiene toda una infraestructura científica y tecnológica para trabajar, cuenta con científicos muy bien formados y con muchísimo conocimiento y gente con la que se puede hacer ciencia colaborativa de una forma muy bonita”, enfatizó Lloyd en entrevista con este diario.

Esta investigación conjunta, liderada por el colectivo internacional Deep Carbon Observatory, mostró las características y protagonistas de esta interacción. Sus resultados fueron publicados recientemente en la revista Nature. El trabajo de campo tuvo lugar en el 2017 y los análisis aún continúan.

(Video) Volcán Poás permitió descubrimiento de ciencia de microbios

¿Cómo se hizo? Este es el paso a paso

Un total de 25 investigadores estuvieron en diferentes zonas del país que ya se tenían ubicadas como lugares que podían ser fuentes de este intercambio de materiales.

Eligieron lagunas dentro de cráteres volcánicos, o en sus faldas, aguas termales relacionadas con fallas, y cualquier cuerpo de agua que tuviera características de este intercambio entre corteza y manto. Allí, los científicos tomaron muestras de agua, gases y microorganismos.

“Lo que sale por las aguas termales es residuo de este intercambio. Queríamos ver cómo cambian esos materiales, sabíamos que sufrían modificaciones a la hora de pasar del manto a la corteza, pues los flujos y gases deben adaptarse a condiciones diferentes, pero cómo lo logran. Sabemos que en el proceso se ‘captura’ o ‘secuestra’ carbono que queda fijado en la superficie, pero queríamos comprender el proceso", manifestó Maarten de Moore, vulcanólogo del Ovsicori quien se ha especializado en gases.

Una vez que se obtuvo todo el muestreo comenzó el análisis de muestras para determinar qué sucedía en este intercambio.

Barry explicó que para este documento publicado en específico se tomaron en cuenta dos isótopos (átomos de un mismo elemento, pero que tienen una cantidad diferente de neutrones, entonces su masa atómica es diferente). Para esta ocasión se estudió un isótopo del Carbono llamado Carbono 3, y uno de Helio, llamado Helio 3.

“En el manto usualmente se ve más Carbono 4, por ejemplo, pero conforme llega a la corteza se da un proceso de captura o secuestro de carbono y pierden características. El gas cambia ¿por qué? es precisamente parte de lo que queríamos averiguar”, manifestó González.

Este trabajo contó con la participación de biólogos y microbiólogos precisamente porque se quería ver el rol de los microorganismos en este proceso. Para ello se contó con la presencia de Lloyd y su equipo.

¿Qué se descubrió?
Peter Barry (frente, izquierda) arma el aparato de muestreo junto con Maarten de Moor (frente, derecha), Giulio Bini (atrás, izquierda), y Angelo Battaglia (atrás, derecha). Fotografía: Tom Owens
Peter Barry (frente, izquierda) arma el aparato de muestreo junto con Maarten de Moor (frente, derecha), Giulio Bini (atrás, izquierda), y Angelo Battaglia (atrás, derecha). Fotografía: Tom Owens

Los científicos describen esta investigación como una de las que más les ha permitido entender lo que sucede debajo de la tierra.

“Nuestros resultados sugieren que hay menos carbono que se transporta desde el manto terrestre de lo que los modelos previos sugería. Esta observación tiene muchas implicaciones en la dinámica del planeta”, cita el informe. Recordemos que el carbono es un elemento fundamental para el desarrollo de la vida en la Tierra.

¿A qué se debe que haya menos carbono que se transporta, según la investigación? La respuesta, precisamente, está en el carbono que es “secuestrado” en el proceso.

¿Y cómo ocurre este secuestro? La forma en la que las rocas y los gases interactúan es vital, pero también hay un protagonista: los procesos químicos y, en menor, pero sorpresiva medida, unos microorganismos que se encargan de secuestrar o “comerse” el carbono.

“Casi todo es un proceso químico. El 94% de este secuestro de carbono se debe a una interacción meramente química. Se da lo que se llama precipitación de calcita, es decir, el carbono, en su paso hacia la corteza se transforma en este mineral llamado calcita y así se captura gran parte de este gas”, explicó Barry, quien fungía como investigador de la Universidad de Oxford en Inglatera cuando se hizo el trabajo de campo.

Pero gracias al análisis microbiológico también se vio que un 3% del secuestro del carbono es hecho por bacterias que se “comen” este carbono. Suena un porcentaje muy pequeño, pero es algo que se desconocía hasta el momento.

Se trata de microorganismos que se denominan quimiolitoautótrofos, que obtienen su energía de la oxidación de compuestos inorgánicos y el carbono de la fijación del dióxido de carbono.

“Aunque si quitáramos a estos microorganismos de la ecuación igual se estaría haciendo el proceso en su gran mayoría, sí es un dato muy emocionante, es algo que desconocíamos del todo. Sí es un porcentaje mucho más bajo del que nos imaginamos en un inicio, pero sí es muy interesante saber el rol que juegan en este proceso. También podrían jugar un rol en la formación de la calcita, pero es algo que no exploramos en este trabajo”, dijo Lloyd.

De Moore agregó: “hay comunidades de microbios que incorporan el carbono dentro de sus células y eso es muy interesante, aunque sea solo un 3% y no sea tan significativo”.

Y concluyó diciendo: “hay algo que me gustó de estudio y es que si queremos entender este proceso no solo debemos investigar los volcanes, también fuentes de agua y otras partes de la corteza donde el carbono sí se secuestra”.

¿Qué sigue?
Karen Lloyd y Donato Giovanelli recolectan muestras en una laguna en las faldas del volcán Irazú. Fotografía: Tom Owens
Karen Lloyd y Donato Giovanelli recolectan muestras en una laguna en las faldas del volcán Irazú. Fotografía: Tom Owens

Los científicos dicen que el muestreo que tomaron durante su visita a Costa Rica aún les dará mucho trabajo de análisis.

Por ejemplo, Lloyd está interesada en ver el rol de los microorganismos que están en zonas más alejadas, de fuentes volcánicas, como la zona Sur y el Caribe, mientras que Barry asegura que se pueden enfocar en el análisis de los gases.

Para de Moore, también sería interesante, en un futuro, ver si las variaciones en estos fluidos están relacionados en alguna medida con actividad sísmica.

Lo que todos los investigadores concuerdan es que sí vislumbran trabajos de campo futuros en Costa Rica, dado que nuestro país tiene mucho potencial para desarrollo científico.