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Ambientes terrestres

Medioambientes geotérmicos en la Antártida

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Craig Herbold (1), S. Craig Cary (1), Laurie Connell (2), Peter Convey (3), Ceisha Poirot (4)

(1) University of Waikato, International Centre for Terrestrial Antarctic Research, Hamilton, New Zealand
(2) University of Maine, School of Marine Sciences, Orono, ME, USA
(3) British Antarctic Survey, Cambridge, UK
(4) Antarctica New Zealand, Christchurch, NZ

Los medioambientes geotérmicos de la Antártida tienen un profundo valor científico y ecológico. Son puntos únicos de calor y humedad en un paisaje seco y helado, y sirven de hábitat para numerosos organismos vivos, algunos de los cuales no se encuentran en ningún otro lugar de la Tierra. Es probable que, a través de ciclos glaciales repetidos, hayan refugiado diversas comunidades de invertebrados y musgos, lo cual implicó una estabilización decisiva de las poblaciones que habitan en sitios no geotérmicos a lo largo de períodos extensos. Las características singulares de estos sitios conllevan fragilidad, y las preocupaciones principales son el daño físico y la contaminación biológica por organismos foráneos. A fin de abordar la necesidad de ordenar las actividades que afectan a los medioambientes geotérmicos terrestres en la Antártida, el SCAR elaboró un Código de Conducta, que refrendaron las Partes del Tratado Antártico.

En la Antártida, los medioambientes geotérmicos pueden estar asociados con cuatro volcanes. Tres de ellos (los montes Erebus, Melbourne y Rittman) están ubicados en la Tierra de Victoria, y el cuarto (la isla Decepción) se encuentra en las islas Shetland del Sur [1, 2]. Es probable que existan otros medioambientes geotérmicos en tres volcanes que son relativamente inaccesibles: los montes Hampton, Kauffman y Berlín [3, 4, 5]). Existen medioambientes geotérmicos similares en islas volcánicas al sur de los océanos Atlántico e Índico, y aquellos medioambientes ubicados a lo largo del arco de Scotia son de particular relevancia para la zona marítima antártica [6].

Figura 1. Ubicación de cuatro volcanes antárticos que se sabe que tienen hábitats geotérmicos

Figura 2. Hábitats geotérmicos representativos en la Antártida y en sus cercanías. A) Monte Rittman, B) cresta Cryptogram, monte Melbourne, C) cerro Caliente (subsitio C, isla Decepción), D) cresta Tramway, monte Erebus.

En esos sitios antárticos, la actividad geotérmica subsuperficial calienta el aire y el agua que salen a la superficie en forma de vapor rico en dióxido de carbono, lo que a menudo altera el hielo y la nieve suprayacentes y crea cuevas, montículos y chimeneas de hielo [7]. Puede haber ausencia de luz en las profundidades de estos oscuros medioambientes volcánicos oligotróficos, y la energía química alimenta el ecosistema [8, 9]. En muchos de estos medioambientes, los gases contienen hasta un 3 % de CO2 (a diferencia de un 0,04 % en la atmósfera) y una alta humedad [10], pero carecen de metano y sulfuro de hidrógeno [11]. Si el nivel de calor es alto, es probable que el hielo suprayacente se derrita y se creen zonas con fumarolas humeantes y terreno cálido libre de hielo. Allí, el musgo, las algas y las cianobacterias desarrollan ecosistemas complejos y espacialmente estructurados [6, 12, 13, 14, 15, 16].

Los primeros estudios indicaban que, en los medioambientes geotérmicos antárticos, habitaban, sobre todo, especies microbianas endémicas [12, 17]. Desde entonces, las técnicas moleculares mejoradas revelaron que viven microbios tanto endémicos como cosmopolitas y que estos se organizan en comunidades muy estructuradas según patrones de temperatura y composición química del suelo [8, 9, 16, 18]. La presencia de microbios cosmopolitas de suelo en algunos medioambientes geotérmicos, como la cresta Tramway en el monte Erebus (ZAEP nº 175), probablemente se deba al transporte atmosférico natural. Los medioambientes geotérmicos pueden ofrecer un banco de propágulos persistente para organismos que luego pueden repoblar áreas frías libres de hielo entre máximos glaciales, lo que estabiliza diversas poblaciones a lo largo del tiempo geológico [19].

Los microbios de las zonas geotérmicas libres de hielo forman cortezas y alfombrillas de tierra frágiles [12, 13] que pueden dañarse físicamente con facilidad. También es evidente que las actividades humanas han introducido organismos no autóctonos en los medioambientes antárticos, incluso en algunas ubicaciones afectadas geotérmicamente [8, 20]. A fin de mantener el valor intrínseco y científico de los medioambientes geotérmicos, es esencial mantenerlos lo más prístinos posibles. La introducción de organismos no autóctonos menoscaba su condición de laboratorios naturales. En el mejor de los casos, los nuevos organismos introducidos se agregan a la comunidad existente. En el peor de los casos, se reemplazan los organismos endémicos. En cualquier caso, la comunidad se modifica para siempre.

Existen protocolos reconocidos a nivel internacional para una Zona Antártica Especialmente Administrada (ZAEA n.º 4, isla Decepción) y dos Zonas Antárticas Especialmente Protegidas (ZAEP n.º 140 y 175), así como un Código de Conducta provisional para cuevas de hielo geotérmicas en el monte Erebus. La ZAEA de la isla Decepción cuenta con Códigos de Conducta y directrices sobre bioseguridad y tiene sitios terrestres geotérmicos designados como sub-ZAEP. En la cresta Tramway, el monte Erebus y la cima del monte Melbourne (ZAEP n.º 175), los visitantes que ingresan a la zona deben usar indumentaria protectora esterilizada, el muestreo está muy controlado y todo el equipamiento también debe estar esterilizado. Asimismo, el acceso a ciertas zonas ubicadas dentro de la ZAEP está estrictamente prohibido hasta que se alcance un acuerdo internacional que indique lo contrario.

Sin embargo, hay algunas zonas geotérmicas que, en la actualidad, no cuentan con protección formal, como la cueva Warren en el monte Erebus. Históricamente, no se ha exigido a los investigadores implementar técnicas estériles en dicha cueva de hielo. La detección de hongos ampliamente distribuidos asociados con la piel humana y animal en la cueva Warren indica que estos sitios están contaminados a causa de las actividades humanas [8].

A fin de ordenar las actividades humanas, el SCAR recientemente elaboró un Código de conducta para la realización de actividades en los medioambientes geotérmicos terrestres en la Antártida para su aplicación dentro del área del Tratado Antártico. Su objetivo es establecer principios y brindar una orientación práctica sobre los procedimientos en terreno para ayudar a mantener los singulares valores medioambientales y científicos de los sitios geotérmicos terrestres.

2016

El Comité para la Protección del Medio Ambiente refrenda el Código de conducta del SCAR para la realización de actividades en los medioambientes geotérmicos terrestres en la Antártida

Other information:

  1. P.R. Kyle, McMurdo Volcanic Group Western Ross Embayment. In W. LeMasurier et al., (eds.) Volcanoes of the Antarctic Plate and Southern Oceans. (AGU, Washington, DC, 1990) pp. 18–145. PDF
  2. J. L. Smellie,  Graham Land and South Shetland Islands. In W. LeMasurier et al., (eds.) Volcanoes of the Antarctic Plate and Southern Oceans. AGU, Washington, DC, 1990)pp. 302–359.  doi: 10.1029/AR048p0302
  3. W. E. LeMasurier, D.C. Rex, Eruptive potential of volcanoes in Marie Byrd Land. Antarctic Journal of the United States 17, 34–36 (1982).
  4. W. E. LeMasurier, F. A. Wade,  Fumarolic activity in Marie Byrd Land, Antarctica. Science 162(3851), 352 (1968). doi: 10.1126/science.162.3851.352
  5. T. I. Wilch, Volcanic Record of the West Antarctic Ice Sheet in Marie Byrd Land. (New Mexico Institute of Mining and Technology, Socorro, New Mexico,1997)  PDF
  6. P. Convey,  et al.,  The flora of the South Sandwich Islands, with particular reference to the influence of geothermal heating. Journal of Biogeography 27(6), 1279–1295 (2000).  doi: 10.1046/j.1365-2699.2000.00512.x
  7. G. L. Lyon, W.F. Giggenbach,  Geothermal activity in Victoria Land, Antarctica. New Zealand Journal of Geology and Geophysics 17(3), 511–521 (1974).  doi: 10.1080/00288306.1973.10421578
  8. L. Connell, H. Staudigel, Fungal diversity in a Dark Oligotrophic Volcanic Ecosystem (DOVE) on Mount Erebus, Antarctica. Biology 2, 798–809 (2013). doi: 10.3390/biology2020798
  9. B. M. Tebo,. et al., Microbial communities in dark oligotrophic volcanic ice cave ecosystems of Mt. Erebus, Antarctica. Frontiers in Microbiology 6, p.179 (2015).  doi: 10.3389/fmicb.2015.00179
  10. A. Curtis, P. Kyle,  Geothermal point sources identified in a fumarolic ice cave on Erebus volcano, Antarctica using fiber optic distributed temperature sensing. Geophysical Research Letters 38(16) L16802 (2011).  doi: 10.1029/2011GL048272
  11. C. Oppenheimer, P. R. Kyle,  Probing the magma plumbing of Erebus volcano, Antarctica, by open-path FTIR spectroscopy of gas emissions. Journal of Volcanology and Geothermal Research 177(3), 743–754 (2008).  doi: 10.1016/j.jvolgeores.2007.08.022
  12. P. A.  Broady,  The biota and environment of fumaroles on Mt Melbourne, northern Victoria Land. Polar Biology 7(2), 97–113 (1987).  doi:  10.1007/BF00570447
  13. P. A. Broady, Taxonomic and ecological investigations of algae on steam-warmed soil on Mt Erebus, Ross Island, Antarctica. Phycologia 23(3), 257–271 (1984). doi: 10.2216/i0031-8884-23-3-257.1
  14. R. I. L. Smith,  The thermophilic bryoflora of Deception Island: unique plant communities as a criterion for designating an Antarctic Specially Protected Area. Antarctic Science 17(1), 17–27 (2005). doi: 10.1017/S0954102005002385
  15. P. Convey, R.I.,L. Smith, Geothermal bryophyte habitats in the South Sandwich Islands, Maritime Antarctic. Journal of Vegetation Science 17, 529–538 (2006). doi: 10.1111/j.1654-1103.2006.tb02474.x 
  16. C. W. Herbold,  et al.,  Evidence of global-scale aeolian dispersal and endemism in isolated geothermal microbial communities of Antarctica. Nature Communications 5,3875 (2014).  doi: 10.1038/ncomms4875
  17. J. A. Hudson, R.M. Daniel, Enumeration of thermophilic heterotrophs in geothermally heated soils from Mount Erebus, Ross Island, Antarctica. Applied and Environmental Microbiology 54(2),622–624 (1988).  PDF
  18. R. M. Soo, et al., Microbial biodiversity of thermophilic communities in hot mineral soils of Tramway Ridge, Mount Erebus, Antarctica. Environmental Microbiology 11(3),715–728 (2009).   doi: 10.1111/j.1462-2920.2009.01859.x.
  19. C. I. Fraser, et al., Geothermal activity helps life survive glacial cycles. Proceedings of the National Academy of Sciences 111(15),5634–5639 (2014).  doi: 10.1073/pnas.1321437111
  20. Y. Frenot, et al., Biological invasions in the Antarctic: extent, impacts and implications. Biological Reviews of the Cambridge Philosophical Society 80(1),45–72 (2005).  doi: 10.1017/S1464793104006542