Observatorio de Carbono Profundo

Observatorio de Carbono Profundo

Abreviatura	DCO
Formación	2009
Objetivo	Transformando nuestra comprensión del carbono en el interior de la Tierra
Afiliación	957 científicos de 47 países (enero de 2017) [1]
Sitio web	"ciencia.del.carbono.profundo".

El Observatorio de Carbono Profundo ( DCO , por sus siglas en inglés) es un programa de investigación global diseñado para transformar la comprensión del papel del carbono en la Tierra. El DCO es una comunidad de científicos, que incluye biólogos, físicos, geocientíficos y químicos, cuyo trabajo cruza varias líneas disciplinarias tradicionales para desarrollar el nuevo campo integrador de la ciencia del carbono profundo. Para complementar esta investigación, la infraestructura del DCO incluye participación y educación pública, apoyo comunitario en línea y fuera de línea, gestión innovadora de datos y desarrollo de instrumentación novedosa. ^[2]

En diciembre de 2018, los investigadores anunciaron que cantidades considerables de formas de vida , incluido el 70% de las bacterias y arqueas de la Tierra , que comprenden hasta 23 mil millones de toneladas de carbono , viven hasta al menos 4,8 km (3,0 mi) de profundidad bajo tierra, incluidos 2,5 km (1,6 mi) debajo del lecho marino, según un proyecto de diez años del Observatorio de Carbono Profundo. ^{[3] [4] [5]}

En 2007, Robert Hazen , científico sénior del Laboratorio Geofísico de la Institución Carnegie (Washington, DC), habló en el Century Club de Nueva York sobre los orígenes de la vida en la Tierra y sobre cómo las reacciones geofísicas pueden haber desempeñado un papel fundamental en el desarrollo de la vida en la Tierra. Jesse Ausubel , miembro de la facultad de la Universidad Rockefeller y director de programas de la Fundación Alfred P. Sloan , estuvo presente y más tarde buscó el libro de Hazen, Genesis: The Scientific Quest for Life's Origins .

Después de dos años de planificación y colaboración, Hazen y sus colegas lanzaron oficialmente el Observatorio de Carbono Profundo (DCO) en agosto de 2009, con su secretaría basada en el Laboratorio Geofísico de la Institución Carnegie de Washington, DC. Hazen y Ausubel, junto con los aportes de más de 100 científicos invitados a participar en el Taller sobre el Ciclo Profundo del Carbono en 2008, ampliaron su idea original. El grupo ya no se centraba únicamente en el origen de la vida en la Tierra, sino que aclaró su posición para que la comprensión humana de la Tierra se profundizara; el carbono, ese elemento crítico, tenía que ocupar un lugar central. ^[2]

La investigación del Observatorio de Carbono Profundo analiza el ciclo global del carbono más allá de la superficie de la Tierra. Explora la síntesis orgánica a alta presión y temperaturas extremas, las interacciones complejas entre moléculas orgánicas y minerales, lleva a cabo observaciones de campo de ecosistemas microbianos profundos y de anomalías en la geoquímica del petróleo, y construye modelos teóricos de fuentes y sumideros de carbono en la corteza inferior y el manto superior .

El Observatorio de Carbono Profundo está estructurado en torno a cuatro comunidades científicas centradas en los temas de reservorios y flujos, vida profunda, energía profunda y física y química extremas.

La Comunidad de Reservorios y Flujos explora el almacenamiento y transporte de carbono en el interior profundo de la Tierra. La subducción de las placas tectónicas y la desgasificación volcánica son los principales vehículos de los flujos de carbono hacia y desde la profundidad de la Tierra, pero los procesos y las tasas de estos flujos, así como su variación a lo largo de la historia de la Tierra, siguen siendo poco conocidos. Además, la investigación de DCO sobre meteoritos condríticos primitivos indica que la Tierra está relativamente empobrecida en elementos altamente volátiles en comparación con las condritas, aunque la investigación de DCO está examinando más a fondo si pueden estar ocultos grandes depósitos de carbono en el manto y el núcleo. Los miembros de la Comunidad de Reservorios y Flujos están realizando investigaciones como parte del Proyecto de Desgasificación de Carbono de la Tierra Profunda para lograr avances tangibles hacia la cuantificación de la cantidad de carbono desgasificado desde el interior profundo de la Tierra (núcleo, manto, corteza) hacia el entorno de la superficie (por ejemplo, biosfera, hidrosfera, criosfera, atmósfera) a través de procesos que ocurren naturalmente.

La Comunidad de Vida Profunda documenta los límites extremos y la extensión global de la vida subterránea en nuestro planeta, explorando la diversidad evolutiva y funcional de la biosfera profunda de la Tierra y su interacción con el ciclo del carbono. La Comunidad de Vida Profunda mapea la abundancia y diversidad de microorganismos marinos y continentales subterráneos en el tiempo y el espacio como una función de sus propiedades genómicas y biogeoquímicas, y sus interacciones con el carbono profundo.

Al integrar evaluaciones in situ e in vitro de biomoléculas y células, la Comunidad de Vida Profunda explora los límites ambientales a la supervivencia, el metabolismo y la reproducción de la vida profunda. Los datos resultantes informan los experimentos y modelos que estudian el impacto de la vida profunda en el ciclo del carbono y la relación de la biosfera profunda con el mundo de la superficie. ^[6] Los miembros de la Comunidad de Vida Profunda están realizando investigaciones como parte del Censo de Vida Profunda, que busca identificar la diversidad y distribución de la vida microbiana en ambientes subsuperficiales profundos continentales y marinos y explorar los mecanismos que gobiernan la evolución y dispersión microbiana en la biosfera profunda. ^[7]

En diciembre de 2018, los investigadores anunciaron que cantidades considerables de formas de vida , incluido el 70% de las bacterias y arqueas de la Tierra , que comprenden hasta 23 mil millones de toneladas de carbono , viven hasta al menos 4,8 km (3,0 mi) de profundidad bajo tierra, incluidos 2,5 km (1,6 mi) debajo del lecho marino, según un proyecto de diez años del Observatorio de Carbono Profundo. ^{[3] [4] [5]}

La Comunidad de Energía Profunda se dedica a cuantificar las condiciones y procesos ambientales desde la escala molecular hasta la escala global que controlan los orígenes, formas, cantidades y movimientos de compuestos de carbono reducido derivados del carbono profundo a través del tiempo geológico profundo. La Comunidad de Energía Profunda utiliza investigaciones de campo de aproximadamente 25 entornos terrestres y marinos representativos a nivel mundial para determinar los procesos que controlan el origen, la forma, las cantidades y los movimientos de los gases abióticos y las especies orgánicas en la corteza terrestre y el manto superior. Deep Energy también utiliza instrumentación patrocinada por DCO, especialmente mediciones isotópicas revolucionarias, para discriminar entre el gas metano abiótico y biótico y las especies orgánicas muestreadas en sitios de campo terrestres y marinos globales. Otra actividad de investigación de Deep Energy es cuantificar los mecanismos y las tasas de interacciones fluido-roca que producen hidrógeno abiótico y compuestos orgánicos en función de la temperatura, la presión y las composiciones de fluidos y sólidos. ^[8]

Como resultado de una serie de talleres, el DCO inició una Comunidad Científica adicional para examinar la física y la química del carbono en condiciones extremas. El objetivo general de la Comunidad de Física y Química Extremas es mejorar la comprensión del comportamiento físico y químico del carbono en condiciones extremas, como el que se encuentra en las profundidades interiores de la Tierra y otros planetas. La investigación en Física y Química Extremas explora la termodinámica de los sistemas que contienen carbono, la cinética química de los procesos químicos del carbono profundo, la biología y biofísica de alta presión , las propiedades físicas de los fluidos acuosos , el modelado teórico del carbono y sus compuestos a altas presiones y temperaturas, y las interacciones sólido-fluido en condiciones extremas. La Comunidad de Física y Química Extremas también busca identificar posibles nuevos materiales que contengan carbono en la Tierra y en el interior de los planetas, caracterizar las propiedades de estos materiales e identificar reacciones en condiciones relevantes para la Tierra y el interior de los planetas. ^[9]

A medida que el DCO se acerca a su finalización en 2020, está integrando los descubrimientos realizados por sus comunidades de investigación en un modelo general del carbono en la Tierra, así como otros modelos y productos dirigidos tanto a la comunidad científica como al público en general. ^[10]

Los aspectos más destacados de la investigación hasta la fecha incluyen:

• Los diamantes ultraprofundos , de más de 670 km de profundidad en el manto, contienen la firma geoquímica del material orgánico de la superficie de la Tierra, lo que resalta el papel de la subducción en el ciclo del carbono ^[11].
• Puede haber cantidades significativas de carburo de hierro en el núcleo de la Tierra, lo que representa quizás dos tercios del presupuesto de carbono de la Tierra ^[12]
• La espectrometría de masas de próxima generación ha permitido la determinación precisa de isotólogos de metano para identificar fuentes abiogénicas de metano de la corteza y el manto ^[13]
• La geosfera y la biosfera muestran una evolución compleja y vinculada; la diversidad y la ecología de los minerales que contienen carbono en la Tierra reflejan fielmente los principales eventos de la historia de la Tierra, como el Gran Evento de Oxidación ^[14].
• Los límites conocidos de la vida microbiana se han ampliado en términos de presión y temperatura; ahora se sabe que microbios complejos prosperan a profundidades de hasta 2,5 km en la corteza oceánica ^[15].
• El flujo volcánico de CO ₂ a la atmósfera es el doble de lo que se creía anteriormente (aunque este flujo sigue siendo dos órdenes de magnitud inferior a los flujos antropogénicos de CO ₂ ) ^[16]
• El descubrimiento de bolsas de fluidos salinos antiguos en la corteza continental, aisladas durante más de 2,6 Ga, ricas en H ₂ , CH ₄ y ⁴ He, que proporcionan evidencia de la existencia de entornos de la corteza temprana tal vez capaces de albergar vida ^[17]
• La biosfera profunda es uno de los ecosistemas más grandes de la Tierra y comprende entre 15.000 y 23.000 megatoneladas (millones de toneladas métricas) de carbono (aproximadamente entre 250 y 400 veces más que la masa de carbono de todos los seres humanos en la superficie de la Tierra). ^[18]

Carbon in Earth es el volumen 75 de Reviews in Mineralogy and Geochemistry ( RiMG ). Fue lanzado como una publicación de acceso abierto el 11 de marzo de 2013. Cada capítulo de Carbon in Earth sintetiza lo que se sabe sobre el carbono profundo y también describe preguntas sin respuesta que guiarán la investigación futura del DCO. ^[19] El Observatorio de Carbono Profundo fomenta la publicación de acceso abierto y se esfuerza por convertirse en un líder en ciencias de la Tierra en este sentido. La financiación del DCO se puede utilizar para sufragar los costos de la publicación de acceso abierto. ^[20]

Los recientes avances en las técnicas de generación de datos dan lugar a datos cada vez más complejos. Al mismo tiempo, las disciplinas científicas y de ingeniería se están volviendo cada vez más impulsadas por los datos con el objetivo final de comprender y modelar mejor la dinámica de los sistemas complejos. Sin embargo, los datos complejos requieren la integración de información y conocimiento en múltiples escalas y abarcan los límites disciplinarios tradicionales. Los avances significativos en métodos, herramientas y aplicaciones para la ciencia de datos y la informática en los últimos cinco años ahora se pueden aplicar a áreas problemáticas multidisciplinarias e interdisciplinarias. Dados estos desafíos, está claro que cada comunidad de investigación de DCO enfrenta diversas necesidades de ciencia de datos y gestión de datos para cumplir tanto con sus objetivos generales como con sus tareas diarias. El equipo de ciencia de datos del Observatorio de Carbono Profundo maneja las necesidades de ciencia de datos y gestión de datos para cada programa de DCO y para el DCO en su conjunto, utilizando una combinación de métodos informáticos, desarrollo de casos de uso, análisis de requisitos, inventarios y entrevistas. ^[21]

Una lista de algunos de los científicos involucrados en el Observatorio de Carbono Profundo:

El 11 de abril de 2020, el Science Show de la Australian Broadcasting Corporation transmitió un documental de radio de 37 minutos sobre el DCO. ^[22]

• "Observatorio de Carbono Profundo (DCO)".
• "Carbono en la Tierra". Reseñas en Mineralogía y Geoquímica . 27 de febrero de 2013. Publicación de acceso abierto