Deserts and voids

Underground isopod.

Underground isopod.

This blog entry translated from Italian original written by ESA astronaut Luca Parmitano. Scroll down for the Italian.

Deserts are not always visible. And they do not have to be located geographically. You can be in a desert even in the centre of a metropolis, surrounded by millions of people, because the desert can be within you. Sometimes this inner life is personal, a reflection of what is inside us. Deserts exist inside Earth… largely unexplored places, unknown environments with unique micro-climates. The extreme environmental conditions underground have forced genetic changes in the animals that live in these most remote of regions.

Luca during CAVES 2014. Credits: ESA–R. de Luca

Luca during CAVES 2014. Credits: ESA–R. de Luca

Sometimes, being an astronaut gives me and my colleagues a unique opportunity to interact with extreme environments, to train on how to work in extreme conditions such as those in which you can find in space. Another opportunity was participating in the CAVES programme (a bold acronym for Cooperative Adventure for Valuing and Exercising human behaviour and performance Skills) an ESA caving expedition in the depths of the north eastern, Sardinian caves.

We do not often think of a desert in three-dimensional terms, but that is simply due to a lack of imagination and experience. Usually we associate the idea of wilderness to that of the great outdoors, but even this is not a requisite.

I remember clearly a passage of a cave we trained in that was particularly challenging for me. These types of passages, known as "squeezes" are literally bottlenecks, and require a special effort – on the physical level but perhaps even more on a mental level. This particular one was so small that I was not at all sure of being able to get into it, let alone go through it. To be able to get my shoulders through I had to stretch one arm out in front and the other behind me while pushing forward with my toes and fingers advancing a few centimetres at a time. I could not see the exit and was very conscious of the hundreds meters of rock and thousands of tonnes of earth above me.

My every sense was trying to find a possible distraction from being aware of all this: but the pressure on each side of my body, the scent of damp earth, my headlight confined within the rock, the muffled sound of my breathing and the scraping of clothes against the wall, they all undeniably brought me back to my reality. Intrigued, I turned off my light: I found myself completely alone and blocked, feeling absolutely insignificant and humble. Awareness further intensified.

Underground lake. Credits: ESA–V. Crobu

Underground lake. Credits: ESA–V. Crobu

After a few minutes that seemed endless, I managed to reach the point beyond the narrow passage: an underground lake, its water perfectly black and still but transparent when illuminated by light. The prize for my effort is the memory of this place that was so hard to reach. And if it were not so, it would lose much of its charm.

It is equally surprising, although for totally opposite reasons, to be in underground environments of enormous dimensions. A mountain is synonymous with practicality and durability, but inside it can hide secret, hidden and unimaginable spaces.

The last-but-one-day of the expedition, I  was patrolling , trying to find possible paths to pursue – all team members fulfilled this role in turn. I remember the moment when, passing between some stacked rocks, I entered  a new environment separated by a large barrier of rocks. Underground, darkness plays with your senses: subconsciously I knew that the blackness around me was different, that the walls were further away. The echo of my breathing had become more distant, as if a heavy lid had been lifted from the top of my head. But I could not imagine what the environment around me looked like. We could not understand the magnitude of the place in which we stood until the moment we turned on all the lights we had available. A stone wall, over fifty meters high, stood in front of us, perfectly smooth and vertical. All around us, what had created this part of the cave was visible: a messy downfall of stones of all sizes. The wall was immediately christened "Jericho", and tells a story of infinite patience, time in non-human scales, imperceptible but inevitable movements, water working on stone to transform it, to dominate it, to crush it. Despite the air being still, we feel a sense of imbalance: everything seems it could collapse at any moment.

"Jericho" wall. Credits: ESA–V. Crobu

"Jericho" wall. Credits: ESA–V. Crobu

Why explore the desert and wilderness? The story these caves tell, that geologists interpret for us, is science: Earth is a living planet, ever-changing. To understand its evolutionary mechanisms means to predict their effects and consequences. These can be disastrous if not taken into account, for example in urban planning. We also mentioned above that there is life in these perpetually-dark places. In these environments life has adapted, showing a peculiar evolution: animals who have evolved by dropping “useless” organs such as the eyes, to acquire other senses. Where there is no light, what is the point of colour? Insects, arachnids and crustaceans down here are white or semi-transparent, to preserve the little energy available to them in an extremely challenging environment.

Researching insects. Credits: ESA–S. Sechi

Researching insects. Credits: ESA–S. Sechi

Here astronauts can practice extra-planetary exploration techniques to avoid environmental contamination, especially when collecting samples of soil, water and wildlife. Working in an isolated environment, far from first aid services (due to the distance from the base camp above ground that is further increased in time by the three-dimensional maze around us) and supplies (all material must be carried on one’s back with all waste brought back to the surface) is very similar to what we will encounter when future astronauts explore environments on other planets.

Astronauts need to be familiar with deserts, because the worlds beyond ours are covered by deserts.

Each desert has its own language, which allows scientists to tell their story. Only a small percentage of astronauts have a professional background close to geophysics or geology: to allow everyone to have access to their language, astronauts have to be trained to recognise the environments they will live and work in, to respond to local conditions appropriately. They must communicate their findings, and if necessary must also be able to give a first interpretation, so as to make informed and intelligent decisions.

Pangaea, ESA’s planetary geology course brings astronauts together on an operational level for geology, immersing them in environments where they can refine their observational and communication skills.



The second part of the course, struck me most due to the extraordinary beauty of the island of Lanzarote that hosted us for a week of exploration. Lanzarote has unique geological and physical phenomena: over time a series of varied lava formations occurred that are easily accessible and concentrated in a relatively small region. You go from a lava tube several kilometres long, to the remnants of ancient volcanoes, whose presence and size is almost impossible to comprehend. You can discover a field of thin jet-black dust-like lapilli in a valley covered by colourful stones, from red to purple to violet until they become ancient sand at sea level. An astronaut can then try to look for an explanation; but perhaps it is more important for him to ask questions such as what story does a place such as this one tell? And, if there was similar nature on another planet, what is the story that is implied there?

Credits: ESA–S. Sechi

Credits: ESA–S. Sechi

As demonstrated in recent expeditions to the Moon, one of the most important opportunities for discovery is created by observing the landscape and recognising its deviations, its anomalies. And only trying experiencing it in the field can one understand the almost hypnotic charm of an environment of uniform colours, with its hidden mysteries that the untrained eye cannot recognise as such, because human eyes are almost afraid to deviate from what is known.

That red colour of the earth still fills my eyes and my memories when I think of the expeditions of Lanzarote. It makes me think of a not very distant future, when the gold visor on the helmet of an interplanetary explorer will reflect the same colour, of an arid and inhospitable desert. Behind the visor, the eyes of a young human will be filled with that vision, desolate and glorious whilst he will move inside his suit in search of the next mystery, the next question, the next trip.

Luca Parmitano


Deserti e Vuoto|

I deserti non sono sempre visibili. E non sempre sono un luogo fisico.

Si può essere in un deserto anche nel centro di una metropoli, circondati da milioni di persone, perché il deserto può essere interiore. A volte questa interiorità è personale, un riflesso di quello che abbiamo dentro. Ma esistono deserti che sono fisicamente all’interno della Terra, luoghi ancora largamente inesplorati che nascondono ambienti sconosciuti, con microclima unici e condizioni ambientali talmente estreme da aver generato evoluzioni genetiche negli animali che ne abitano le regioni più remote.

La carriera astronautica mi offre a volte la straordinaria opportunità di interagire con ambienti estremi, per addestrare me e i miei colleghi a lavorare in condizioni molto critiche come quelle in cui è possibile trovarsi durante le operazioni nello spazio.

Una di queste opportunità si è concretizzata nella partecipazione al programma CAVES (audace acronimo di Cooperative Adventure for Valuing and Exercising human behaviour and performance Skills), una spedizione speleologica dell’ESA nelle profondità delle grotte carsiche nel nordest della Sardegna.

Non siamo abituati a pensare a un deserto in termini tridimensionali, ma è semplice mancanza di immaginazione ed esperienza. Inoltre, normalmente associamo l’idea di deserto a quella di grandi spazi aperti: ma neanche questa è una condizione necessaria.

Ricordo con estrema chiarezza un passaggio per me particolarmente impegnativo, in una delle grotte nella quale ci siamo addestrati. Noti in gergo come “squeeze”, letteralmente strettoie, questo tipo di passaggi richiede uno sforzo particolare –fisico, certamente, ma forse ancora di più mentale. Quello di cui scrivo era talmente stretto che non ero per niente sicuro di potervi entrare, e ancor meno passare attraverso. Di fatto, per poter fare passare le mie spalle, avevo un braccio rivolto in avanti e l’altro rivolto indietro per minimizzare la mia superficie frontale mentre strisciavo, spingendomi con la punta dei piedi e con le dita, avanzando di pochi centimetri alla volta. Non era possibile vedere l’uscita, perché il budello, scavato in modo naturale dall’acqua, era abbastanza tortuoso. In quel momento ero estremamente consapevole delle centinaia metri di roccia sopra di me, migliaia di tonnellate di terra e pietra che mi sovrastavano. Ogni mio senso cercava una possibile distrazione per allontanare quella consapevolezza: ma la pressione su ogni lato del mio corpo, il leggero sentore di terra umida, la luce confinata tra la roccia, il suono attutito del mio respiro e il grattare del vestiario contro le pareti, tutto mi riportava innegabilmente alla mia condizione. Incuriosito, ho spento la luce: mi sono ritrovato completamente solo e bloccato, assolutamente insignificante e umile. La consapevolezza ulteriormente intensificata.

Dopo alcuni minuti, brevi e interminabili, giungo al di là della strettoia: mi aspettava un lago sotterraneo, l’acqua perfettamente nera e immobile, trasparente non appena illuminata da un fascio di luce. Il premio del mio sforzo è la memoria di questo luogo così difficile da raggiungere. E se non lo fosse stato, avrebbe perso molto del suo fascino.

Altrettanto sorprendente, ma per ragioni del tutto opposte, è trovarsi in ambienti sotterranei di dimensioni enormi. Una montagna è sinonimo di concretezza e solidità: ma al suo interno può nascondere spazi segreti, nascosti, inimmaginabili.

Il penultimo giorno di spedizione stavo avanzando in ricognizione, cercando possibili percorsi da seguire – un ruolo che a turno tutti i membri della squadra hanno ricoperto. Ricordo benissimo il momento in cui, passando tra alcune rocce incastrate l’una sull’altra, sono sbucato in un nuovo ambiente, separato da quello dal quale provenivo da una barriera di rocce di grosse dimensioni. Sottoterra, il buio gioca con i nostri sensi: sapevo inconsciamente che il nero intorno a me era diverso, che le pareti si erano allontanate. L’eco del mio respiro si era fatto più distante, come se un pesante coperchio fosse stato sollevato da sopra la mia testa. Ma non potevo immaginare l’ambiente che mi circondava. Fino a che non abbiamo acceso tutte le luci che avevamo a disposizione non avremmo potuto comprendere l’ampiezza della sala nella quale ci trovavamo. Di fronte a noi, perfettamente levigata e verticale, si stagliava una muraglia di pietra, alta oltre cinquanta metri. Tutto intorno a noi, il crollo che l’ha creata è visibile nella confusionaria frana di pietre di tutte le dimensioni. La parete è immediatamente battezzata “Gerico”, e racconta una storia: di infinita pazienza, di tempo in scale non umane, di movimenti impercettibili ma ineluttabili, di acqua che lavora la pietra fino a trasformarla, a dominarla, a frantumarla. Nonostante l’immobilità dell’aria, percepiamo una sensazione di temporaneità: tutto sembrerebbe poter crollare da un momento all’altro.

Perché esplorare questo deserto? La storia che queste caverne raccontano, e che i geologi interpretano per noi, è scienza: la Terra è un pianeta vivente, in continua trasformazione, e comprenderne i meccanismi evolutivi significa prevederne effetti e conseguenze. Le quali possono essere disastrose se non prese in considerazione, ad esempio nella pianificazione urbana. Inoltre abbiamo accennato sopra che esiste vita dentro questi luoghi perennemente bui. In questi ambienti essa si è specializzata, mostrandoci un’evoluzione particolarissima: animali che hanno abbandonato organi inutili come gli occhi, per dotarsi di altri sensi. Dove non c’è luce, che senso ha il colore? Insetti, aracnidi e crostacei qui sono bianchi o semi trasparenti, per conservare la poca energia a loro disposizione in un ambiente estremamente avverso.

Qui gli astronauti possono praticare tecniche di esplorazione extraplanetaria per evitare la contaminazione dell’ambiente, specialmente durante la raccolta dei campioni di terreno, suolo, acqua e fauna. Lavorare in ambiente isolato, con difficoltà operative di recupero (a causa della distanza dal campo base all’esterno, aumentata dalla complessità dell’ambiente tridimensionale) e logistiche (tutto il materiale deve essere trasportato a spalla, e i rifiuti, organici e non, devono essere riportati in superficie) è molto simile a quello che incontreremo quando un giorno le future generazioni di astronauti esploreranno ambienti simili su altri sistemi planetari.

Gli astronauti devono avere confidenza con il deserto, perché i mondi al di là del nostro ne sono completamente ricoperti.

Ogni deserto ha un suo linguaggio, che permette agli scienziati di raccontarne la storia. Solo una piccola percentuale degli astronauti ha un background professionale che li ha avvicinati alla geofisica o alla geologia: per poter permettere a tutti di avere accesso a questo linguaggio, gli astronauti del futuro dovranno addestrarsi a riconoscere gli ambienti nei quali si troveranno ad agire, per poter rispondere alle condizioni locali con cognizione di causa. Dovranno essere in grado di comunicare le loro scoperte, e se necessario dovranno essere anche in grado di dare una prima interpretazione, in modo da poter compiere delle scelte intelligenti.

PANGAEA, il corso di geologia planetaria dell’ESA, si pone come obbiettivo di portare gli astronauti a un livello operativo di geologia sul campo, immergendoli direttamente in ambienti particolari dove affinare le proprie capacità di osservazione e comunicazione.

Diviso in vari segmenti, il secondo di questi è quello che mi ha colpito particolarmente, anche grazie alle straordinarie bellezze dell’Isola di Lanzarote, che ci ha ospitati per una settimana di esplorazione di superficie. Lanzarote presenta fenomeni geologici e fisici unici, che hanno generato nel tempo una serie di formazioni laviche estremamente variegate, facilmente raggiungibili e concentrate in una regione relativamente piccola: è possibile passare da un tubo lavico di vari chilometri di lunghezza, alle vestigia di antichi vulcani, la cui presenza e dimensione è quasi impossibile da comprendere; o ancora da un campo di lapilli nerissimi sottili come polvere a una vallata ricoperta di pietre multicolori, dal rosso al porpora al viola, fino a trasformarsi in antichissima sabbia al livello del mare. Un astronauta può allora cimentarsi a cercare una spiegazione; ma forse è molto più importante per lui porsi delle domande: quale storia racconta, sulla Terra, un luogo così? E se esiste una natura simile su un altro pianeta, qual è la storia sottintesa? Come dimostrato nelle ultime spedizioni sulla Luna, una delle opportunità di scoperta più importanti è data dal vedere un paesaggio estremamente conforme e riconoscere la deviazione, l’anomalia. E solo provandolo sul campo si può comprendere il fascino quasi ipnotico di un ambiente dai colori uniformi, che però nascondono misteri che l’occhio non addestrato non sa riconoscere come tali, perché ha quasi paura di deviare dal conosciuto.

Quel colore rosso riempie ancora i miei occhi e i miei ricordi quando penso alle traversate esplorative su Lanzarote. E mi fa pensare a un futuro, non lontanissimo, quando la visiera dorata sul casco di un esploratore interplanetario rifletterà lo stesso colore, di deserto arido e inospitale. Dietro quella visiera, gli occhi di un giovane terrestre si riempiranno di quella visione, desolata e gloriosa, mentre si muoverà all’interno del suo scafandro alla ricerca del prossimo mistero, della prossima domanda, del prossimo viaggio.

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