IX. METODOLOG�A Y EQUIPO PARA EL ESTUDIO DE LA OCEANOGRAF�A GEOL�GICA
LA OCEANOGRAF�A GEOL�GICA o geolog�a marina se encarga de estudiar la naturaleza y desarrollo de las cuencas oce�nicas y los cambios que han sufrido desde que se form� nuestro planeta. Para realizar este estudio es necesario conocer la parte s�lida de la superficie terrestre cubierta por el agua del mar, para lo cual se han dise�ado equipo y metodolog�as que nos permiten obtener muestras de esta corteza.
Se puede considerar que las primeras muestras del fondo marino fueron recolectadas por los primitivos navegantes. Por lo menos, se sabe que los bateleros o remeros egipcios del delta del Nilo, reconoc�an la proximidad de la costa sondeando con largas varas, que recog�an fango en su punta como primeras muestras de los sedimentos del mar.
Al iniciarse la investigaci�n oce�nica, se utilizaron las sondas de mano, tradicional instrumento de medici�n de todos los marinos, compuesta de una larga cuerda de c��amo y un peso, �til para obtener los datos de profundidad.
Posteriormente se dise�� un sistema de muestreo en base a un tipo de sonda llamada escandallo, abri�ndole en su extremo inferior, una cavidad a la que se le untaba sebo para que se adhiriera el fango del fondo. Este m�todo fue utilizado en el transcurso de los siglos y permiti� reconocer los fondos marinos, pudiendo elaborarse, m�s tarde, las primeras cartas marinas en donde se se�alaron los diversos materiales que formaban los fondos: arena fina, conchuela, limo, cascajo, etc�tera.
En esta �poca, el conocimiento sobre el fondo marino quedaba limitado al estudio de las costas y de �reas de poca profundidad, pero poco a poco surgi� la inquietud por conocer zonas m�s profundas del oc�ano.
Entonces el ge�logo marino se encontr� con el problema de que para obtener esta informaci�n ten�a que utilizar m�todos indirectos, ya que su presencia f�sica a grandes profundidades quedaba limitada debido a las elevadas presiones que all� se manifiestan. A 5 000 metros de profundidad existe una presi�n de 500 kilogramos por cent�metro cuadrado; presi�n prohibitiva, que s�lo algunos batiscafos especiales pueden soportar. En consecuencia, la mayor�a de los estudios se realizan, en la actualidad, desde barcos oceanogr�ficos con caracter�sticas especiales para situarse en alta mar, con errores no superiores a unas cuantas docenas de metros; una muestra geol�gica de la que no se sepa exactamente donde se tom� no sirve.
La tecnolog�a propici� el dise�o de aparatos que permitieran estudios m�s completos, debido a que las simples descripciones con las que se contaba no eran suficientes para el avance del conocimiento de los fondos marinos, sobre todo de las profundidades oce�nicas. As�, se inicia la construcci�n de aparatos llamados sondas o nucleadores, con los que se intensifican estos estudios. Se reporta que la primera sonda fue dise�ada y construida por Brooke, ocean�grafo de los Estados Unidos, para la famosa expedici�n del barco Porcupine en 1870.
Posteriormente, en la expedici�n del Challenger (1872-1873) se emple� un tubo-botella que era una especie de sacabocados, el cual recog�a, adem�s de la muestra del fondo, la del agua que lo recubr�a; cuando el fondo estaba compuesto de fango el resultado era satisfactorio, pero cuando conten�a arena, se sal�a por falta de la cohesi�n necesaria, por lo que tuvo que dise�arse un mecanismo de cierre.
A mediados del siglo pasado, cuando los pa�ses lograban mayor comunicaci�n entre s� por el desarrollo del intercambio comercial y por la aparici�n de la telegraf�a, se iniciaron los estudios y trabajos para el tendido de los cables submarinos a trav�s del fondo oce�nico.
Un esfuerzo importante que se llev� a cabo en esta �poca para conocer el fondo marino fue el de Cyrus Field, t�cnico estadounidense, cuando instal� un cable telegr�fico a trav�s del Atl�ntico.
Al tener la necesidad de conocer, aunque fuese de manera aproximada, la configuraci�n del fondo del mar, solicit� la asesor�a del teniente de nav�o Matthew Fontaine Maury, considerado como el padre de la oceanograf�a moderna, quien hab�a propuesto realizar el estudio sistem�tico de los oc�anos.
En base al proyecto de Maury, la armada de los Estados Unidos decidi� equipar algunos de sus barcos para la Investigaci�n oceanogr�fica. Se emplearon una serie de aparatos entre los que se encontraba la sonda de mano, con la que se empez� a medir las profundidades, que eran pr�cticamente desconocidas.
Con los datos que se obtuvieron, se trazaron cartas de navegaci�n m�s completas se�alando las diferentes profundidades, as� como el lugar donde se encontraban. Todo esto se tradujo en la comprobaci�n de que el fondo oce�nico conten�a planicies, enormes salientes y profundas depresiones, presentando una imagen tan variada como la que se observa en los continentes.
La sonda de Brooke fue sustituida por la sonda mec�nica, que ten�a un cable de acero enrollado en una especie de gr�a o cabrestante movido por un motor de vapor; este cable llevaba en el extremo un peso, el cual al tocar el fondo se soltaba disminuyendo la tensi�n del cable, lo que hac�a que el cabrestante dejara de accionar y la cantidad de cable desenrollado indicaba la profundidad que ten�a la zona. La incorporaci�n del motor facilit� la maniobra para lanzar cables de mayor dimensi�n y llegar a zonas m�s profundas, aumentando el n�mero de mediciones en menor tiempo.
Con los datos que se obtuvieron con este tipo de muestreo se pudieron hacer cartas m�s exactas y el Instituto de Oceanograf�a de Berl�n public�, en 1912, el primer mapa alem�n sobre profundidades, el que se basaba en 6 mil mediciones, que para esa �poca eran muchas, pero para nuestros d�as resultan escasas, debido a que los cart�grafos necesitan, de 1 500 a 2 000 sondeos para levantar el perfil del fondo oce�nico de un �rea comprendida entre un grado de latitud.
Estos sondeos se efectuaron en v�speras de la guerra de 1914-1918. Fue entonces
cuando apareci� un nuevo m�todo de sondeo —la primera ecosonda pr�ctica—
creada por el f�sico alem�n Alexander Behm, en 1919. Todos los barcos equipados
con este instrumento pod�an y pueden medir continuamente el fondo con ondas
sonoras que se env�an hacia el fondo del mar, donde son reflejados y registrados
en dicho instrumento; el tiempo que tarda la se�al en regresar al barco multiplicado
por la velocidad de propagaci�n del sonido, dividido entre 2, es la distancia
que hay del barco al fondo del oc�ano; asimismo, es posible registrar su perfil
en un ec�grafo, aparato que reproduce las l�neas del fondo sobre un papel
formando una gr�fica o ecograma, mientras el barco est� navegando, pudiendo
saber en cualquier momento la profundidad, el tipo y las caracter�sticas del
fondo marino.
La tecnolog�a para dise�ar ecosondas se ha desarrollado mucho, llegando a utilizar las ondas ultras�nicas en las ecosondas de precisi�n, con las que pueden estudiarse las m�ximas profundidades del mar.
Durante los �ltimos a�os, se han introducido m�ltiples perfeccionamientos a los aparatos de sondeo ultras�nico. Gracias a ellos, actualmente es posible determinar la profundidad con la m�xima precisi�n.
Asimismo, las sondas o nucleadores se fueron perfeccionando, pudi�ndose obtener muestras a mayor profundidad y de mayor longitud. En la expedici�n holandesa del barco Willebrod Snellius que se realiz� en los a�os de 1929-1930, se colectaron muestras de dos metros de longitud, facilit�ndose el estudio de la estratificaci�n de los sedimentos. Esta estratificaci�n consiste en que los diferentes componentes del fondo oce�nico —barro de globigerinas, arcilla roja, cienos azules—, se colocan en capas alternadas.
Estos instrumentos consisten en un tubo largo, cuyo extremo inferior tiene un diafragma que permite el paso de la muestra, pero no su salida. En la parte superior posee un agujero para la salida del agua desplazada por la muestra del fondo, pero se cierra mediante un mecanismo cuando el nucleador es izado al barco, impidiendo la entrada de agua al tubo donde est� la muestra.
En 1935, el cient�fico Piggot, en los Estados Unidos, construy� una sonda que hace las veces de ca��n: lanza un tubo proyectil que cuando llega y toca el fondo se dispara, permitiendo recoger sedimento a mayor profundidad, e incluso, en rocas de estructura medianamente dura. Los investigadores franceses han perfeccionado el aparato adapt�ndole un disparador el�ctrico.
En el viaje de estudios que realiz� Piggot en el Atl�ntico, desde Halifax, Canad� hasta Cabo Land's End, Inglaterra, muestre� fondos que se encontraban a m�s de 4 000 metros de profundidad y cada n�cleo muestreado con una longitud de 3 metros. Con sus estudios, se pudo comprobar que la sucesi�n de sedimentos es distinta a uno y otro lado de la cresta dorsal Centroatl�ntica. Esta observaci�n, unida a otras, como el estudio de la distribuci�n de las conchas de foramin�feros, permiti� suponer que esta cordillera meridiana emergi� durante la era Cuaternaria, ya que estos organismos son indicadores de las condiciones ecol�gicas que existieron en esas �pocas.
Un enorme adelanto en el dise�o de estas sondas se presenta cuando el ocean�grafo Kullenberg emplea, en 1947, la presi�n hidrost�tica del agua del mar para producir un vac�o parcial en el tubo muestreador y obtener muestras de gran longitud. Este vac�o hace que la muestra no presente resistencia, permitiendo al tubo hundirse m�s en el piso del oc�ano.
Esta sonda, sonda de pist�n o sonda de Kullenberg fue utilizada
en la expedici�n que realiz� el barco oceanogr�fico Skagerrak por el
Mediterr�neo, donde se colectaron muestras de 10 a 13 metros de longitud, a
una profundidad de 3 000 metros. Con el estudio de estas muestras se pudo establecer
una cronolog�a de las erupciones del Vesubio y del Etna, por las cenizas que
se conservan en su seno, mezcladas con otros sedimentos. Se comprobaron, por
ejemplo, las erupciones del Vesubio, que se efectuaron en el a�o 79 y en 1906.
Uno de los trabajos de mayor alcance en el estudio de los fondos oce�nicos, lo realiz� la nave oceanogr�fica Albatross, del Instituto Sueco de Oceanograf�a, en 1947. Esta nave recorri� colectando muestras del fondo, los oc�anos Atl�ntico y Pac�fico, siguiendo una marcha paralela al ecuador; se colectaron m�s de 300 muestras de fondos, a una profundidad de 5 000 metros y con una longitud de l0 a 19 metros. Si se toma en cuenta que en el Oc�ano Atl�ntico se ha calculado que los sedimentos aumentan 8 mil�metros cada mil a�os, una muestra de 15 metros representar� la sedimentaci�n de unos 2 millones de a�os.
En este estudio se concluy�, por el tipo de flora y fauna f�sil que se encontr� en los sedimentos, que la era Terciaria ten�a un clima c�lido; en brusco contraste con el de la era Cuaternaria que le sigui�, en la que se formaron los inmensos casquetes polares.
Con esta sonda de pist�n se han logrado obtener n�cleos del sedimento oce�nico hasta de 30 metros. Una sola de estas muestras contiene la huella del pasado geol�gico y biol�gico de los oc�anos, herencia de un mill�n de a�os de historia de la Tierra y de la vida.
Las sondas se pueden dejar caer libremente desde el barco o bajarlas lentamente y se disparan antes de llegar al fondo. La extracci�n de muestras se facilita por la presencia de un tubo de pl�stico transparente u opaco en el interior de la sonda que protege la muestra para su posterior an�lisis. Estos tubos que guardan la muestra se pueden cortar fraccion�ndolos cada 10 o 20 cent�metros con una sierra; en estos cortes se puede observar la estratificaci�n y el tipo de sedimento.
Con el fin de lograr mejores resultados, las muestras se cubren con parafina o pl�stico para que conserven sus caracter�sticas y de esta forma poderlas estudiar posteriormente en los laboratorios en tierra. El an�lisis de las muestras colectadas por las sondas, es una tarea delicada. Por esta raz�n generalmente en los barcos oceanogr�ficos va un equipo humano compuesto por qu�micos, mineralogistas, ge�logos, f�sicos y bi�logos.
El n�mero de muestras puede llegar a ser considerable en poco tiempo; si la sonda recoge sedimento s�lo en la parte superficial, constituye una sola muestra, pero, cuando �sta tiene 8 metros, representa por s� sola un m�nimo de 40 muestras y m�ximo de 80, seg�n si se cortan cada 10 ó 20 cent�metros.
De estas muestras se miden algunos caracteres de los sedimentos como son: el contenido de agua, su rigidez, su permeabilidad y su densidad. Asimismo se hacen cultivos de bacterias que son de gran importancia para el estudio de las modificaciones qu�micas que provocan en los fondos y, tambi�n, para medir grados de contaminaci�n del mar.
Como en muchas ocasiones no se dispone de buques lo suficientemente grandes para comenzar el trabajo de an�lisis a bordo, las muestras se conservan sin cortar y, llegando a la base, se colocan a una temperatura constante de 5� C, no habiendo pasado m�s de 10 d�as a la temperatura ambiente. En el laboratorio son seccionadas en fracciones de 1.50 metros, aserradas en sentido longitudinal con su tubo de pl�stico. La mitad se conserva en la c�mara frigor�fica, mientras la otra sirve para los an�lisis.
Cuando las muestras llegan al laboratorio, todo un equipo entra en actividad para proceder a su estudio, que es largo y minucioso. Las determinaciones m�s comunes para las muestras son: la determinaci�n granulom�trica, la dosificaci�n de carbonatos y el estudio de las arcillas con los rayos X.
Entre otros an�lisis que se realizan destacan el examen en el microscopio para observar restos de microorganismo y de f�siles; el an�lisis qu�mico para determinar el hierro, n�quel, manganeso y otros elementos como los radiactivos, y el an�lisis mineral�gico para conocer los componentes minerales, adem�s de buscar restos de meteoritos o part�culas c�smicas.
En los estudios de los n�cleos del fondo del mar, tambi�n han sido utilizadas las dragas para colectarlas; �stas permiten obtener grandes cantidades de sedimento, con conchas, gravas, y otros fragmentos de fondo duro, as� como rocas, que no cabr�an en el tubo de las sondas.
Una de las m�s utilizadas es la draga tipo Petersen; �sta se sumerge suspendida de un cable de acero hacia el fondo y cuando lo toca se cierra en forma violenta, recolectando una muestra de los sedimentos y, en ocasiones, dependiendo de la constituci�n del fondo, recoge fragmentos rocosos o coralinos. El cierre de la draga se lleva a cabo tirando el cable al llegar aquella al fondo o con un mecanismo autom�tico que se dispara con un peso o mensajero que se env�a desde el barco.
Al compararse de una manera seriada los resultados de los estudios de los fondos oce�nicos, se observa que su perfil ha ido cambiando a lo largo de miles de a�os, porque ha sido posible comprobar que en muchas �reas se han acumulado grandes capas de sedimentos sobre el fondo rocoso.
Cuando el estudio se hace utilizando �nicamente la ecosonda, las ondas reflejadas
solo registran la informaci�n sobre los sedimentos superficiales y no los datos
de las capas profundas. Por esa raz�n, el doctor Maurice Ewing, ocean�grafo
estadounidense, desarroll� una t�cnica combinando la ecosonda con explosiones
s�smicas provocadas, al arrojar al agua desde un buque, cargas de dinamita y
TNT, que explotan a escasa profundidad a intervalos determinados.
Estas explosiones producen ondas sonoras que chocan con la superficie de la capa del sedimento que genera un primer eco y despu�s se transmiten hasta el fondo rocoso golpeando en �l y produciendo un segundo eco. Ambos ecos son recogidos por el registrador de la ecosonda produci�ndose el ecograma correspondiente. En la actualidad la dinamita ha sido sustituida por aire comprimido y descargas el�ctricas.
Los distintos tiempos de recepci�n de las diferentes ondas reflejadas proporcionan una idea m�s exacta sobre la disposici�n y el espesor de la capa de sedimentos, que en el Atl�ntico alcanza unos 650 metros y cerca de 300 en el Pac�fico.
Para apoyar las investigaciones del fondo oce�nico utilizando las sondas y las dragas, se emplean m�todos relacionados con la prospecci�n geof�sica de gran aplicaci�n en oceanograf�a sobre todo cuando �sta tiene finalidades pr�cticas. Este tipo de prospecci�n consiste en determinar la naturaleza y la estructura del sustrato, empleando m�todos indirectos como los usados en sismolog�a, en gravimetr�a y en los estudios del magnetismo terrestre.
Para situar las riquezas de los fondos oce�nicos tambi�n se han dise�ado m�todos para su localizaci�n y explotaci�n. Los t�cnicos estadounidenses extraen los valiosos n�dulos de manganeso con aparatos semejantes a enormes escobas que giran o a gigantescas aspiradoras. La codiciada materia prima es izada hasta los barcos mediante tubos aspiradores y desde all� conducida a tierra para su elaboraci�n, pero hasta la fecha ninguna explotaci�n sistem�tica se ha podido realizar.
Los ge�logos que se ocupan en la b�squeda del petr�leo en el fondo del mar tienen que determinar la naturaleza de las capas geol�gicas existentes bajo la capa sedimentaria reciente. Trabajan en aguas poco profundas, principalmente en la zona costera y en la plataforma continental, buscando en el mar la prolongaci�n de las cuencas reconocidas con �xito y ya explotadas en tierra. Para realizar la exploraci�n del petr�leo y posteriormente su aprovechamiento, las plataformas de perforaci�n se elevan sobre la superficie del mar, llegando a perforar hasta 90 metros de profundidad.
Los m�todos de perforaci�n son muy variados, siendo los principales: el de percusi�n, que consiste en el golpeteo del terreno por la sonda que va abri�ndose paso arrancando fragmentos y el de rotaci�n, donde la sonda excava el pozo al girar. Las cabezas de las sondas est�n provistas de barrenas y coronas dentadas de materiales muy duros como aceros especiales, diamantes y otros. En la actualidad se han alcanzado profundidades de perforaci�n de casi 8 000 metros en algunos pozos petrol�feros marinos.
En nuestros d�as, la exploraci�n petrolera se ha extendido hasta el talud continental y los grandes fondos marinos. En el talud continental del Golfo de M�xico se ha perforado a profundidades de l 500 metros y con el buque perforador Glomar Challenger se ha llegado a profundidades de 6 000 metros en grandes cuencas abisales.
Dentro del programa de investigaci�n de las profundidades oce�nicas de los
Estados Unidos se utiliza para perforar un barco singular llamado FLIP
(Floating Instrument Plataform), de 110 metros de eslora que para
realizar estudios en un lugar determinado del oc�ano, se coloca verticalmente,
hundiendo su proa quedando su popa a flote.
Esta posici�n permite que el FLIP tenga gran estabil�dad y pueda permanecer el tiempo necesario en la zona de trabajo. Su construcci�n permite que en la popa se localicen cuatro pisos de camarotes y laboratorios, en donde el mobiliario y equipo pueden usarse mientras la nave se encuentra en posici�n vertical.
En estos estudios sobre los oc�anos, desde las m�s antiguas expediciones, existen entre los cient�ficos de todo el mundo, una colaboraci�n que no reconoce fronteras, ni nacionalidades; as�, por ejemplo, en la famosa expedici�n del Challenger aportaron su colaboraci�n, adem�s de los investigadores ingleses, que la organizaron, especialistas alemanes, franceses y espa�oles.
Desde 1968 se inici� un proyecto de perforaci�n para la investigaci�n de los sedimentos y las rocas de las cuencas oce�nicas profundas, con el fin de estudiar su edad y la historia de su evoluci�n. En este proyecto intervienen ge�logos de la Instituci�n de Scripps de Oceanograf�a de la Universidad de California —que dirige el proyecto—, el Observatorio Geol�gico Lamont Doherty de la Universidad de Columbia, la Instituci�n Oceanogr�fica de Woods Hole, el Instituto de Ciencias Marinas y de la Atm�sfera de Miami y la Universidad de Washington, adem�s de ge�logos de todo el mundo.
El programa cient�fico de este proyecto, al que se le ha llamado JOIDES —Programa oceanogr�fico para la extracci�n de muestras profundas de la Tierra—, se prepar� en un panel de discusi�n, en el que participaron tanto ge�logos de los Estados Unidos como del resto del mundo, quienes han contribuido para que este notable esfuerzo cient�fico alcance los resultados que de �l se esperan.
La obtenci�n de muestras para el programa JOIDES se realiza desde un buque perforador que fue dise�ado especialmente para este trabajo: el Glomar Challenger, con 122 metros de eslora y 10 500 toneladas de desplazamiento. En su estructura tiene incorporada una torre de perforaci�n que se eleva 60 metros sobre la l�nea de flotaci�n.
Puede operar en aguas muy profundas sin anclas y no moverse encima de un mismo lugar del oc�ano, debido a que tiene un dispositivo ac�stico que manda se�ales al fondo del oc�ano y despu�s las recoge con otros aparatos llamados hidr�fonos. �stos est�n colocados en el casco del buque y los trasmite a una computadora electr�nica que se encuentra en el barco, la cual se encarga de calcular la distancia que se ha separado del sitio donde tiene que estar y de enviar instrucciones a las m�quinas y a las h�lices para que produzcan la potencia necesaria y la embarcaci�n se coloque nuevamente en la posici�n correcta. Con este mecanismo se puede mantener en ella, a pesar de los vientos y de las corrientes marinas.
Despu�s de un a�o de perforaciones el Glomar Challenger ha establecido un record que hace honor a la nave hist�rica, a la que debe su nombre, por haber recolectado casi 5 000 metros longitudinales de muestras del fondo oce�nico, a una profundidad de 6 000 metros logrando que el nucleador penetre a 1 000 metros en la corteza terrestre.
La perforaci�n desde el Glomar Challenger se hace con un m�todo similar a la del barrenado —que se utiliza para perforar los pozos petroleros—, y asegura obtener muestras de la totalidad del manto de sedimentos que cubre la mayor parte de las cuencas oce�nicas profundas. Estas muestras son cortadas en tramos de 10 a 20 metros e incluidas en pl�sticos para su posterior estudio.
El programa cient�fico JOIDES tiene como objetivo principal el tratar de conocer la edad de las cuencas oce�nicas, su historia y los procesos de formaci�n y de cambio, y para ello ha realizado desde su inicio cientos de cruceros con duraci�n de 2 meses cada uno en todos los mares del mundo.
Se sabe que el planeta es din�mico, continuamente ocurren cambios. Uno de los conceptos m�s importantes del pensamiento geol�gico moderno compartido por todos los que estudian la historia de la Tierra, es que el fondo del oc�ano se est� expandiendo lentamente y en ocasiones sufre transformaciones por reacomodos o hundimientos de la corteza terrestre.
Parece ser, seg�n los primeros resultados del proyecto de investigaci�n JOIDES, que los continentes a ambos lados del Oc�ano Atl�ntico se han estado separando lentamente a lo largo del tiempo y un nuevo fondo Oce�nico se est� formando a lo largo de la gran cadena de monta�as en el centro del Oc�ano Atl�ntico. Bas�ndose en la edad de los sedimentos, es posible medir el ritmo con el que se est� separando Am�rica del Norte de Europa y Am�rica del Sur de �frica. Este ritmo, de algunos cent�metros por a�o, es un proceso muy veloz en t�rminos geol�gicos. Tambi�n es posible calcular, retrocediendo en el tiempo, cu�ndo se form� el Oc�ano Atl�ntico si se piensa que el Atl�ntico Norte inici� su formaci�n hace unos 200 millones de a�os, y el Atl�ntico Sur unos 150 millones de a�os.
El campo de estudio de las profundidades oce�nicas, a trav�s de la oceanograf�a
geol�gica est� cambiando constantemente, y ya atesora gran cantidad de conocimientos
acerca de la Tierra. Esta informaci�n es importante para la comprensi�n de la
evoluci�n y formaci�n del planeta, a fin de entender el origen de los oc�anos,
y pronosticar y evaluar los recursos minerales potenciales de los mares del
mundo.
