Ocean Vent Explorer guida lo sguardo della NASA sui mondi alieni ghiacciati | Rivista Quanta

Da ragazzo cresciuto a Rochester, in Inghilterra, Chris Tedesco conosceva la forte tradizione marittima della sua famiglia e non aveva intenzione di continuarla. Uno dei suoi nonni aveva prestato servizio nella Royal Navy per gran parte della sua vita, mentre l'altro aveva lavorato nel cantiere navale di Chatham, così come il padre di German e due zii. Eppure, anche se il tedesco ha frequentato una scuola fondata nel 1708 per addestrare i futuri navigatori oceanici, ha promesso di non andare mai in mare.

Il tedesco aveva anche opinioni forti su altre carriere che non avrebbe mai preso in considerazione. Non gli piaceva la geologia, che nella sua limitata esperienza significava camminare attraverso le distese fangose ​​maleodoranti dell'estuario del Tamigi con sua madre e suo fratello, setacciando il fango alla ricerca di fossili. La biologia era un'altra materia per la quale aveva poco entusiasmo.

Il giovane tedesco potrebbe quindi essere rimasto profondamente deluso nell'apprendere che il suo io adulto sarebbe diventato un geochimico marino. Quella scelta è stata comunque un vantaggio per far progredire la nostra comprensione scientifica del regno delle profondità marine. German, ora scienziato senior presso la Woods Hole Oceanographic Institution, ha forse fatto più di chiunque altro per esplorare le prese d'aria idrotermali, fessure nella crosta oceanica che scaricano fluidi caldi e ricchi di minerali nei mari.

"È un genio nel lavorare a profondità abissali e trovare prese d'aria idrotermali e le comunità biologiche che supportano", ha detto Adam Soule, oceanografo presso l'Università del Rhode Island.

Le prime bocche idrotermali sono state individuate dagli scienziati a circa 250 miglia dalle isole Galápagos nel 1977, quando il tedesco era al liceo. Per anni in seguito, l'opinione prevalente fu che le prese d'aria idrotermali esistessero solo nell'Oceano Pacifico. Il tedesco ha contribuito a cambiare la situazione: è stato il primo a scoprire prese d'aria al largo dell'Antartide e nell'Oceano Artico. Ha esaminato alcuni di quei siti e altri in prima persona Alvin e altri sommergibili, ma ha anche sviluppato sensori, sonde robotiche e altri strumenti per scattare foto, misurazioni e campioni da ambienti sottomarini più a distanza.

La vita e il suo potenziale hanno avuto un posto di rilievo in quelle scoperte sui fondali marini. Più di 600 nuove specie sono state trovate in fiorenti ecosistemi vicino a siti di ventilazione che sono completamente tagliati fuori dalla luce solare e dai frutti della fotosintesi. Nel 2012, il tedesco ha guidato una spedizione al Mid-Cayman Rise, il centro in espansione di una catena montuosa sottomarina (o dorsale medio-oceanica) alla base del Mar dei Caraibi, dove le placche tettoniche si stanno allontanando. Lì, per la prima volta, lui ei suoi colleghi hanno assistito alla sintesi abiotica subacquea, la creazione di molecole organiche, i mattoni della vita, attraverso processi completamente non biologici.

"Questo è stato il punto di partenza per il mio coinvolgimento nell'astrobiologia", ha detto German. "Scoperte come quella hanno aiutato la NASA a capire che ci sono ambienti sottomarini a cui tengono e [che] potrebbero diventare importanti nella futura esplorazione per la vita oltre la Terra".

Nel 2020, a German è stato chiesto di guidare un progetto quinquennale finanziato dalla NASA da 7.6 milioni di dollari chiamato Esplorare i mondi oceanici, incaricato di escogitare strategie per cercare la vita negli oceani coperti di ghiaccio su Europa, Encelado, Titano, Tritone e altri corpi del nostro sistema solare. Le sfide tecniche sono scoraggianti, ha riconosciuto, "ma la NASA non deve reinventare la ruota da zero perché abbiamo molta esperienza nel tentativo di risolvere questi problemi qui negli oceani della Terra".

Il tedesco ha parlato con Quanta da Woods Hole, Massachusetts, sulle sue avventure in acque profonde in una serie di conversazioni tra le sue escursioni nell'Oceano Artico e un vulcano sottomarino attivo vicino alle Hawaii. L'intervista è stata condensata e modificata per chiarezza.

Come sei finito a fare in gran parte l'opposto di quello che ti aspettavi per la tua carriera?

Sono entrato all'Università di Cambridge come studente universitario nel 1981 con l'intenzione di diventare un ingegnere chimico, ma le cose sono cambiate abbastanza rapidamente. Nella mia primissima settimana, un docente che guarda caso era un gigante nel campo della tettonica a placche ci ha parlato dell'evoluzione delle Alpi. Ero stato fuori dal Regno Unito solo una volta prima, durante un viaggio di famiglia sulle Alpi svizzere, dove sono rimasto sbalordito dalla bellezza della natura. Quando ho saputo che la teoria che spiegava tutto ciò faceva parte della geologia - un campo che mi avrebbe permesso di uscire e studiare vulcani e terremoti - ho deciso che sarebbe stato molto più eccitante che lavorare in una raffineria di petrolio o in un impianto chimico.

Durante il mio secondo anno, sono stato attratto ulteriormente dall'argomento quando Steve Scintille, uno dei principali vulcanologi, ha tenuto una conferenza sull'eruzione del Monte Sant'Elena, che aveva recentemente fatto notizia. Nel mio terzo anno, ho imparato a conoscere la chimica degli oceani da Harry Elderfield. L'idea di combinare i miei interessi per la chimica e la vulcanologia con gli oceani della Terra sembrava intrigante, quindi ho fatto della geologia la mia specializzazione piuttosto che secondaria. Nel 1984 ho iniziato gli studi universitari in geochimica marina sotto la supervisione di Elderfield.

Quando ti sei interessato alle sorgenti idrotermali?

Il primo fumatore nero, il tipo più spettacolare di bocca idrotermale, è stato scoperto nel Pacifico nel 1979 e riportato in un articolo del 1981. I fumatori neri sono caratteristiche spettacolari sul fondo del mare, che vomitano i pennacchi più caldi e più scuri dai "camini" formati da depositi minerali che possono essere alti quasi 200 piedi. Nel 1985, Elderfield e altri di Cambridge facevano parte di una squadra che scoprì il primo fumatore nero nell'Oceano Atlantico, sulla dorsale medio-atlantica. Sono tornati tutti eccitati, e parte di ciò mi ha chiaramente cancellato. Mi sono iscritto alla mia prima crociera un anno dopo.

Come andò quel primo viaggio in mare?

Prima di partire, ho detto ai miei colleghi che speravo mi piacesse, perché ero già piuttosto avanti nel percorso del mio dottorato. lavoro.

Abbiamo navigato dalle Isole Canarie al medio Atlantico, sopra il sito di sfiato TAG [Trans-Atlantic Geotraverse], che è il più lontano possibile dalla terraferma in tutte le direzioni. Ero nauseato, ma il terzo giorno mi sono venute le gambe al mare. Quindi forse dopotutto c'era qualcosa nei miei geni.

Lungo la strada, abbiamo incrociato una nave di Woods Hole, la Atlantide II, che trasportava il Alvin sub. "Non andrei mai giù con quello, vero?" mi ha chiesto un compagno di bordo.

“Spero di non averne mai l'occasione”, risposi, “perché se me lo chiedessero, non potrei dire di no. Anche se soffro davvero di claustrofobia.

Alcuni anni dopo, mi è stato chiesto di fare proprio questo.

Com'è stato essere nel Alvin?

Era il 1989, a metà del mio postdoc di due anni al Massachusetts Institute of Technology, dove lavoravo con Giovanni Edmondo - un co-scopritore delle prime prese d'aria idrotermali a bassa temperatura durante la crociera alle Galápagos del 1977. Edmond ed io siamo tornati al TAG, e questa volta, grazie a Alvin, ho avuto modo di vedere da vicino un fumatore nero. Alvin era già stato in quest'area, ma il pilota non riusciva a trovare un modo sicuro per avvicinarsi abbastanza da ottenere buoni campioni. La parte superiore di un fumatore nero è come un idrante antincendio con la parte superiore abbattuta. C'è un forte flusso in cui potresti essere travolto e l'acqua che esce può raggiungere i 400 gradi Celsius.

Il trucco che Edmond e io abbiamo escogitato è stato quello di scendere in profondità, iniziando dalla base del camino dove le cose sono relativamente calme, e poi spostarci con cautela verso l'alto. È così che siamo riusciti a ottenere i primi campioni davvero buoni da quel sito: acqua carica di zolfo, ferro, rame, zinco e piombo, che è ciò che lo fa sembrare nero. Questo è stato il primo campionamento riuscito da una bocca idrotermale ovunque nell'Atlantico.

Solo essere all'interno del Alvin è stata un'esperienza. Ci possono stare solo due scienziati e un pilota, e sei fermo solo per otto ore. Il tempo passa in fretta perché è tutto così travolgente. È molto probabile che tu stia vedendo qualcosa che nessun altro ha mai visto prima. E avvicinarsi così tanto a un fumatore nero è stato incredibilmente eccitante. Non puoi guidare la tua auto fino a una sorgente termale a Yellowstone. E questo zampillo in fondo all'oceano, a differenza di Old Faithful, si spegne ininterrottamente da migliaia di anni. Questo parla del potere e dell'energia racchiusi nel nostro pianeta.

Durante i miei due anni al MIT, ho sviluppato una passione per lo studio delle prese d'aria idrotermali. La domanda con cui mi sono confrontato era: se parto e torno nel Regno Unito, come posso interpretare un ruolo nuovo e originale?

Come intendevi contribuire a questo settore?

Ricorda che quando avevo iniziato la scuola di specializzazione solo pochi anni prima, era ancora opinione diffusa che non ci fossero prese d'aria idrotermali nell'Atlantico. Sapevamo che non era vero, ma mi chiedevo quanti campi idrotermali ci fossero su questo pianeta e quali fossero i modi più efficienti per cercarli.

Mi sono reso conto che sebbene uno sfiato stesso abbia in genere solo le dimensioni di un campo da calcio, il pennacchio che ne esce è come un fungo atomico che sale nella colonna d'acqua e si espande. Anche dopo essere state diluite di un fattore 10,000, le concentrazioni di ferro, manganese e altri metalli sono ancora 100 volte superiori rispetto alla normale acqua di mare. Potremmo trovare prove di questi pennacchi senza effettuare misurazioni chimiche semplicemente utilizzando sensori ottici per misurare la torbidità dell'acqua. E a causa del modo in cui i pennacchi si diffondono, queste caratteristiche a volte possono essere rilevate a centinaia di chilometri di distanza.

Dopo aver terminato il mio postdoc nel 1990, sono tornato nel Regno Unito, accettando un lavoro presso il National Institute of Oceanography nel villaggio di Wormley. Non avevo più accesso a un sottomarino come Alvin, ma un gruppo dell'istituto aveva appena sviluppato uno strumento rimorchiabile che utilizzava il sonar per mappare il fondale marino. Ho detto che se mettiamo i miei sensori ottici su quel veicolo, potrei capire dov'è tutta l'attività idrotermale.

La prima volta che abbiamo usato questo approccio, abbiamo trovato sei nuovi siti di sfogo nell'Atlantico, dove solo due erano stati precedentemente conosciuti. Non si trattava più di imbattersi nelle cose per caso; potremmo procedere sistematicamente.

Qual è stato il prossimo grande passo avanti nella ricerca di camini idrotermali?

All'inizio degli anni '1990, la saggezza convenzionale sosteneva che non vi fosse alcuna attività idrotermale nelle dorsali oceaniche a "diffusione lenta" o "a diffusione ultralenta", dove le placche tettoniche si allontanano solo di circa 10-50 millimetri all'anno. (Il movimento delle placche nelle creste che si espandono rapidamente è 10 volte più veloce). diffusione creste noti. Abbiamo trovato sei siti di sfoghi idrotermali lì. Due anni dopo, abbiamo scoperto l'attività idrotermale vicino all'Antartide in una parte ancora più remota dell'oceano inesplorato. A quel punto, mi sentivo sicuro nel credere che queste prese d'aria potessero esistere ovunque. Il che significava che avevo bisogno di qualcosa di nuovo e diverso da fare.

E hai trovato ispirazione nell'internazionale Censimento della vita marina, uno sforzo decennale (2000-2010) per catalogare tutta la vita in mare?

Esattamente. Centinaia di nuove specie erano già state scoperte nelle bocche idrotermali dal 1977, e il tasso di scoperta non stava - e non sta ancora - rallentando. Ad ogni nuovo sito di sfogo, troviamo nuove specie. Alla base delle reti trofiche in queste comunità ci sono microbi chemiosintetici che traggono energia dalle reazioni chimiche piuttosto che dalla luce solare. Questo fatto ha suscitato l'interesse della NASA per gli oceani coperti di ghiaccio su altri mondi, dove non c'è fotosintesi, ma ci sono ancora condizioni, inclusa la presenza di attività idrotermale, che possono dare origine alla vita.

Descrivi alcune delle ricerche che hai svolto con il sostegno della NASA. 

Il mio primo finanziamento dalla NASA ha sostenuto quattro crociere, dal 2009 al 2013, al Mid-Cayman Rise nei Caraibi. Abbiamo scoperto che da questi sfiati venivano rilasciate grandi quantità di idrogeno, che consentivano la sintesi di composti organici. Questi composti, inoltre, sono stati appena creati - "sintetizzati abioticamente" - e non solo riciclati dagli animali. Abbiamo suggerito che questo potrebbe essere il modo in cui si potrebbe passare da un sistema geologicamente attivo a uno biologicamente attivo.

Il passo successivo è stato lavorare in un oceano coperto di ghiaccio, come quelli che si credeva esistessero su Europa ed Encelado. Ho avuto la mia occasione nel 2014 in un viaggio nell'Oceano Artico a bordo di un rompighiaccio tedesco, equipaggiato con un sottomarino a batteria che ho contribuito a sviluppare. I sottomarini robotici legati chiamati ROV [veicoli azionati a distanza] normalmente hanno cavi elettrici pesanti che pendono verticalmente e consentono loro di spostarsi solo di 50 metri lateralmente, il che non funziona bene in un oceano dove il ghiaccio è sempre in movimento. Il nostro sub alimentato a batteria ha un sottile cavo in fibra ottica per dati e comunicazioni che gli consente di percorrere molti chilometri lateralmente. Abbiamo visto un fumatore nero - la prima bocca idrotermale mai osservata nell'Artico - solo due ore prima della fine della missione.

Sono tornato in quel sito, il campo di sfiato dell'Aurora, su un rompighiaccio norvegese nel 2019 con una fotocamera migliore che ci ha permesso di vedere alcuni animali di sfiato. I nostri colleghi norvegesi sono tornati nel 2021, raccogliendo i primi campioni biologici da quella zona. In quel momento ero fuori ad esplorare il remoto sud-est del Pacifico, altrimenti mi sarei unito a loro.

Perché consideri Aurora un buon modello per i mondi oceanici?

Per cominciare, l'Artico è l'unico oceano coperto di ghiaccio che abbiamo. Inoltre, abbiamo dimostrato che le bocche di Aurora sono ricche di idrogeno, quindi tutte le indicazioni sono che abbiamo le condizioni geologiche in quanto è un oceano coperto di ghiaccio che può dare origine alla sintesi abiotica di composti organici. Torneremo ad Aurora entro la fine dell'estate nella speranza di confermare questa ipotesi. Ci aspettiamo anche di dimostrare che queste prese d'aria ospitano alcune delle forme di vita più primitive sulla Terra.

Trascorrerò del tempo quest'estate nell'Artico con gli ingegneri del Jet Propulsion Lab, lavorando su robot in grado di tagliare il ghiaccio, cosa che speriamo di poter fare un giorno su Europa. Una volta superato il ghiaccio su un altro pianeta, cosa faremo? Ebbene, avremo bisogno di dispositivi elettronici in grado di lavorare ad alta pressione, in ambienti umidi e salini altamente corrosivi. Questo è qualcosa di cui la NASA tradizionalmente non ha dovuto preoccuparsi, ma è qualcosa a cui gli ingegneri oceanici pensano ogni giorno. Ciò su cui stiamo lavorando ora, attraverso il progetto Exploring Ocean Worlds, è unire queste due linee di competenze.

Oltre a ciò, la mia prossima priorità sarà tornare su una montagna sottomarina hawaiana [vulcano sottomarino] che abbiamo visitato diverse volte prima, in parte perché ha le condizioni di profondità e pressione dell'acqua che si potrebbero trovare sul fondo marino di Encelado.

Con più escursioni quest'anno, e negli anni precedenti nel corso dei decenni, cosa ti fa tornare indietro in questi viaggi oceanici?

Gran parte di ciò è che non diventa mai noioso. Non smettiamo mai di imparare. Gli oceani sono così grandi e così poco esplorati che spingiamo sempre i limiti della conoscenza, cosa che non si può dire di ogni campo. L'ottanta per cento delle dorsali oceaniche del mondo non è stato esplorato per la ventilazione. Sono costantemente umiliato dal fatto che stia accadendo più di quanto abbia mai considerato possibile. La maggior parte della superficie del nostro pianeta è ricoperta dall'oceano profondo, quindi qualcuno dovrebbe prestarvi attenzione.

Con il senno di poi, cosa ne pensi del giuramento che hai fatto una volta di non andare mai in mare?

Ho imparato che è importante rimanere di mentalità aperta e seguire la vita ovunque ti porti. Penso che sia un buon consiglio in generale.