Στις αρχές της άνοιξης του 1961, μια ομάδα γεωλόγων άρχισε να τρυπά μια τρύπα στο θαλασσινό νερό από την ακτή του Ειρηνικού της Baja California. Η αποστολή, η πρώτη, αν ήταν το είδος της, ήταν η αρχική φάση ενός έργου που αποσκοπούσε στη διάσπαση της γήινης φλούδας και την επίτευξη του υποκείμενου μανδύα. Λίγες ήξεραν ότι οι προσπάθειές τους σύντομα θα επισκιάστηκαν όταν ο Ιωάννης Φ. Κέννεντυ ξεκίνησε τον αγώνα για το φεγγάρι τον Μάιο του ίδιου έτους.
σχετικό περιεχόμενο
- Η εσωτερική γη μοιάζει με εξωτικές μορφές ζωής
- Τελικά γνωρίζουμε πόσο ο Αστεροειδής που σκοτώνει το Dino ανασχηματίζει τη Γη
- Εδώ είναι ένας πολύ καλός λόγος να δουλέψετε βαθιά σε ένα ενεργό σφάλμα
- Μπορεί να είναι ένας δεύτερος μαζικός ωκεανός βαθιά κάτω από την επιφάνεια
Μέχρι το τέλος του 1972, μετά από την εξόρυξη δισεκατομμυρίων δολαρίων και μέσω της συλλογικής προσπάθειας χιλιάδων επιστημόνων και μηχανικών, έξι αποστολές Απόλλων προσγειώθηκαν στον τροχιακό σύντροφο της Γης και έφεραν στο σπίτι πάνω από 841 λίβρες πετρώματα φεγγαριών και χώμα.
Εν τω μεταξύ, οι γεωλόγοι της γης που ονειρεύτηκαν να πάρουν μια γεύση της εσωτερικής λειτουργίας της Γης έμειναν άδειοι με τα υπόλοιπα διαφόρων προγραμμάτων χάρη σε περικοπές του προϋπολογισμού.
Από τη δεκαετία του 1960, οι ερευνητές προσπάθησαν να διεισδύσουν στο μανδύα της Γης αλλά δεν έχουν ακόμη συναντήσει επιτυχία. Κάποιες προσπάθειες απέτυχαν λόγω τεχνικών προβλημάτων. άλλοι έχουν πέσει θύματα διάφορων τύπων κακής τύχης -συμπεριλαμβανομένων, όπως ανακαλύφθηκε μετά το γεγονός, να πάρουν ακατάλληλα σημεία για να γυρίσουν. Παρ 'όλα αυτά, αυτές οι προσπάθειες έχουν δείξει ότι υπάρχει η τεχνολογία και η τεχνογνωσία για τη διάνοιξη του μανδύα. Και τώρα η πρώτη φάση της πιο πρόσφατης προσπάθειας να φτάσουμε σε αυτό το σημαντικό μέρος του πλανήτη μας είναι βαρετό μέσα από ένα λεπτό τμήμα του ωκεάνιου φλοιού στον νοτιοδυτικό Ινδικό Ωκεανό.
Μην ανησυχείτε: Όταν οι πιστολέτες διαπερνούν τελικά το μανδύα, ο θερμός λειωμένος βράχος δεν θα επιταχύνει την τρύπα και θα πέσει πάνω στο θαλασσινό νερό σε μια ηφαιστειακή έκρηξη. Αν και οι βράχοι των μανδύων κυλούν, το κάνουν με ταχύτητα παρόμοια με την ταχύτητα ανάπτυξης ενός νυχιού, λέει ο Holly Given, ένας γεωφυσικός στο ίδρυμα Ωκεανογραφίας Scripps στο Σαν Ντιέγκο.
Το μανδύα είναι το μεγαλύτερο μέρος αυτού του πλανήτη που ονομάζουμε σπίτι, αλλά οι επιστήμονες ξέρουν σχετικά λίγα για αυτό μέσω άμεσης ανάλυσης. Ο λεπτός καπλαμάς του φλοιού στον οποίο ζούμε, αποτελεί περίπου το ένα τοις εκατό του όγκου της Γης. Οι εσωτερικές και εξωτερικές πυρήνες-στερεές και υγρές μάζες που κατασκευάζονται σε μεγάλο βαθμό από σίδηρο, νικέλιο και άλλα πυκνά στοιχεία-καταλαμβάνουν μόνο το 15% του όγκου του πλανήτη. Ο μανδύας, που βρίσκεται μεταξύ του εξωτερικού πυρήνα και του φλοιού, αποτελεί το 68% της μάζας του πλανήτη και το 85% του όγκου του.
Σκεφτείτε το μανδύα ως λάμπα λάβα με μέγεθος πλανήτη, όπου το υλικό συλλέγει θερμότητα στο όριο του πυρήνα-μανδύα, γίνεται λιγότερο πυκνό και αυξάνεται σε φουσκωτά λοφίσματα στο κατώτερο άκρο της γήινης φλούδας και στη συνέχεια ρέει κατά μήκος αυτής της οροφής μέχρι να κρυώσει και να βυθιστεί πίσω προς τον πυρήνα. Η κυκλοφορία στο μανδύα είναι εξαιρετικά μαλακή: Σύμφωνα με μια εκτίμηση, μια στρογγυλή εκδρομή από την κρούστα στον πυρήνα και πάλι πίσω μπορεί να διαρκέσει μέχρι και 2 δισεκατομμύρια χρόνια.
Η απόκτηση ενός παρθένου κομματιού του μανδύα είναι σημαντική επειδή θα βοηθούσε τους πλανητικούς επιστήμονες να διαπιστώσουν καλύτερα τις πρώτες ύλες από τις οποίες η γη προσέλκυσε όταν το ηλιακό μας σύστημα ήταν νεανικό. "Θα ήταν αλήθεια για το τι είναι φτιαγμένο ο κόσμος", λέει ο Given. Η σύνθεσή του θα παρείχε επίσης ενδείξεις για το πώς σχηματίστηκε αρχικά η Γη και πώς εξελίχθηκε στην πολυστρωματική σφαίρα που ζούμε σήμερα, λέει.
Οι επιστήμονες μπορούν να συμπεράνουν πολλά για το μανδύα, ακόμη και χωρίς δείγμα. Οι ταχύτητες και τα μονοπάτια των σεισμικών κυμάτων που διέρχονται από τον πλανήτη, παρέχουν πληροφορίες για την πυκνότητα, το ιξώδες και τα γενικά χαρακτηριστικά του μανδύα, καθώς και για το πώς οι ιδιότητες αυτές ποικίλλουν από τόπο σε τόπο. Το ίδιο ισχύει και για το ρυθμό με τον οποίο το φλοιό της Γης ανάγεται προς τα πάνω, αφού ζυγίζεται από μαζικούς πίνακες πάγου που έχουν λιώσει πρόσφατα (σε γεωλογικούς όρους).
Οι μετρήσεις των μαγνητικών και βαρυτικών πεδίων του πλανήτη μας δίνουν ακόμα περισσότερες πληροφορίες, περιορίζοντας τους τύπους ορυκτών που βρίσκονται στο βάθος, λέει ο Walter Munk, ένας φυσικός ωκεανογράφος στο Scripps. Ο επιστήμονας, τώρα 98 ετών, ήταν μέρος μιας μικρής ομάδας ερευνητών που ονειρευόταν την ιδέα της γεώτρησης στο μανδύα το 1957. Αλλά αυτές οι έμμεσες μέθοδοι μπορούν να πούνε σε έναν επιστήμονα μόνο τόσα πολλά, σημειώνει. "Δεν υπάρχει υποκατάστατο για να έχετε ένα κομμάτι από αυτό που θέλετε να αναλύσετε στα χέρια σας".
Οι ερευνητές έχουν δείγματα του μανδύα στο χέρι, αλλά δεν είναι παρθένα. Ορισμένα από αυτά είναι κομμάτια βράχου που μεταφέρονται στην επιφάνεια της Γης με έκρηξη ηφαιστείων. Κάποιοι άλλοι είχαν ανυψωθεί προς τα επάνω με τη διάλυση των συγκρούσεων μεταξύ των τεκτονικών πλακών. Ωστόσο, άλλοι έχουν ανέβει στο θαλασσινό νερό κατά μήκος των βραχώδεις ακτές του μέσου ωκεανού, λένε οι γεωλόγοι Χένρι Ντικ και Chris MacLeod. Ο Dick, του Ωκεανογραφικού Ινστιτούτου Woods Hole στη Μασαχουσέτη και ο MacLeod του Πανεπιστημίου του Κάρντιφ στην Ουαλία, είναι συνιδρυτές της εκστρατείας με βαθιά γεωτρήσεις, η οποία μόλις τώρα ολοκληρώνεται στον νοτιοδυτικό Ινδικό Ωκεανό.
Όλα τα σημερινά δείγματα μανδύα έχουν τροποποιηθεί από τις διαδικασίες που τους έφεραν στην επιφάνεια της Γης, εκτίθενται στην ατμόσφαιρα ή βυθίστηκαν στο θαλασσινό νερό για παρατεταμένες χρονικές περιόδους - πιθανώς όλα τα παραπάνω. Αυτά τα δείγματα μανδύα που εκτίθενται στον αέρα και στο νερό έχουν χάσει πιθανώς μερικά από τα πιο εύκολα διαλυμένα αρχικά χημικά στοιχεία τους.
Εξ ου και η μεγάλη επιθυμία να αποκτήσετε ένα αηδιασμένο κομμάτι μανδύα, λέει ο Dick. Όταν είναι διαθέσιμα, οι επιστήμονες θα μπορούσαν να αναλύσουν τη συνολική χημική σύνθεση του δείγματος καθώς και την ορυκτολογία του, να εκτιμήσουν την πυκνότητα του βράχου και να προσδιορίσουν πόσο εύκολα διεξάγει θερμότητα και σεισμικά κύματα. Τα αποτελέσματα μπορούν να συγκριθούν με τις τιμές που προκύπτουν από έμμεσες μετρήσεις, επικύρωση ή αμφισβήτηση αυτών των τεχνικών.
Η γεώτρηση σε όλη τη διαδρομή προς το μανδύα θα έδινε επίσης τη δυνατότητα σε γεωλόγους να δουν τι λένε ως ασυνέχεια Mohorovičić, ή Moho, για συντομία. Πάνω από αυτή τη μυστηριώδη ζώνη, που ονομάστηκε για τον Κροατικό σεισμολόγο που το ανακάλυψε το 1909, τα σεισμικά κύματα ταξιδεύουν σε περίπου 4, 3 μίλια ανά δευτερόλεπτο, ποσοστό που αντιστοιχεί σε εκείνα τα κύματα που διέρχονται από βασάλτη ή ψυχρή λάβα. Κάτω από το Moho, τα κύματα σχίζονται κατά περίπου 5 μίλια ανά δευτερόλεπτο, παρόμοια με την ταχύτητα που ταξιδεύουν μέσω ενός πυριτίου τύπου φλεγμονώδους βράχου που ονομάζεται περιδοτίτη. Το Moho βρίσκεται συνήθως μεταξύ 3 έως 6 μιλίων κάτω από τον ωκεάνιο πάτο και οπουδήποτε μεταξύ 12 έως 56 μιλίων κάτω από τις ηπείρους.
Αυτή η ζώνη έχει εδώ και πολύ καιρό θεωρηθεί ως το όριο του φλοιού του φλοιού, όπου το υλικό βαθμιαία κρυώνει και κολλάει στο υπερκείμενο κρούστα. Αλλά μερικές εργαστηριακές μελέτες υποδεικνύουν ότι είναι πιθανό ότι ο Moho αντιπροσωπεύει τη ζώνη όπου το νερό που καταβυθίζεται από την υπερκείμενη φλούδα αντιδρά με περιδολίτες μανδύα για να δημιουργήσει ένα είδος ορυκτού που ονομάζεται σερπεντίνη. Αυτή η δυνατότητα είναι συναρπαστική, προτείνουν οι Dick και MacLeod. Οι γεωχημικές αντιδράσεις που παράγουν σερπεντίνη παράγουν επίσης υδρογόνο, το οποίο μπορεί στη συνέχεια να αντιδράσει με το θαλασσινό νερό για να παράγει μεθάνιο, πηγή ενέργειας για ορισμένους τύπους βακτηρίων. Ή, σημειώνουν οι ερευνητές, ο Moho μπορεί να είναι κάτι άλλο εντελώς άγνωστο στην επιστήμη.
Το κλειδί για να ξεκλειδώσετε τα μυστικά του μανδύα είναι να βρείτε τη σωστή τοποθεσία στην οποία θα τρυπήσετε. Το υλικό του μανδύα ανεβαίνει στο πάτωμα των ωκεανών στις κορυφογραμμές των ωκεανών, όπου οι τεκτονικές πλάκες απομακρύνονται σιγά-σιγά. Αλλά αυτά τα δείγματα απλά δεν θα το κάνουν. Η εργασία μέσα σε λίγα μίλια από κρούστα κάτω από το δάπεδο του ωκεανού αλλάζει σημαντικά το υλικό, καθιστώντας το δείγμα του μανδύα μη αντιπροσωπευτικό του τι είναι βαθιά μέσα στη Γη. Και η διάτρηση βαθύτερα σε μια από αυτές τις κορυφογραμμές είναι επίσης προβληματική, λέει ο Dick. "Σε μια κορυφογραμμή των ωκεανών ή στις άμεσες πλευρές της, η φλούδα είναι πολύ ζεστή για να τρυπήσει περισσότερο από περίπου ένα ή δύο χιλιόμετρα."
Έτσι, μαζί με τους συναδέλφους του, τρυπούν σε ένα σημείο στο νοτιοδυτικό Ινδικό Ωκεανό, το Atlantis Bank, το οποίο βρίσκεται περίπου 808 μίλια νοτιοανατολικά της Μαδαγασκάρης. Πολλοί παράγοντες καθιστούν αυτή την τοπική θέση ένα εξαιρετικό μέρος για την εκστρατεία για να τρυπάνι, λέει ο Dick.
Ο δομικός γεωλόγος Carlotta Ferrando εξετάζει μερικούς πυρήνες για κατάγματα και φλέβες που μπορεί να του πει εάν οι βράχοι έχουν παραμορφωθεί. (Bill Crawford, IODP JRSO) 
Οι μικροσκοπικοί, παραμορφωμένοι κόκκοι ορυκτών σε αυτό το δείγμα της κατώτερης κρούστας, κομμένοι σε λεπτότατο κομμάτι και σάντουιτς μεταξύ των υλικών έτσι ώστε να μεταδίδουν πολωμένο φως, χρονολογούν πως το μερικώς λιωμένο βράχο συμπιέστηκε και τεντώθηκε καθώς ανέβαινε προς το θαλασσινό έδαφος της Atlantis Bank. (Bill Crawford, Πρόγραμμα Διεθνούς Ανακάλυψης του Ωκεανού) 
Ο γεωλόγος James Natland (αριστερά) και οι επικεφαλής επιστημόνων επιστήμονες Henry Dick (μεσαίος) και Chris MacLeod (δεξιά) εξετάζουν τι πιστεύει η ομάδα ότι είναι ο ευρύτερος πυρήνας που ανακτήθηκε ποτέ από το πρόγραμμα γεωτρήσεων του ωκεανού. (Benoit Ildefonse, IODP) Για ένα, αυτό το μπαλκόνι θαλασσοπούλου μεγέθους του Ντένβερ κάθεται στην κορυφή του ωκεάνιου φλοιού που έχει ηλικία περίπου 11 εκατομμυρίων ετών, καθιστώντας το αρκετά δροσερό για να τρυπήσει. Για μια άλλη, η κορυφή της όχθης είναι ένα οροπέδιο 9, 7 τετραγωνικών μιλίων που βρίσκεται σε απόσταση 2.300 ποδιών από την επιφάνεια του ωκεανού. Αυτό κάνει κτύπημα στον πυθμένα των ωκεανών εκεί, σε αντίθεση με το 3, 7 μίλι βαθύ θαλασσινό νερό γύρω από το ξενοδοχείο, ένα μη-brainer. Τα ισχυρά ρεύματα των ωκεανών στην περιοχή έχουν κρατήσει τα ιζήματα από τη συσσώρευση στο θαλασσινό νερό, διατηρώντας την κρούστα εκεί εκτεθειμένη σε μεγάλο βαθμό. Είναι επίσης σχετικά λεπτό - μια προηγούμενη σεισμική έρευνα της περιοχής διαπίστωσε ότι η κρούστα είναι μόλις 1, 6 μίλια.
Επιπλέον, η ωκεάνια κρούστα κάτω από την Ατλαντίδα Bank σχηματίστηκε σε ένα τμήμα της κορυφογραμμής του ωκεανού, όπου τα ανώτερα στρώματα του εκκολαπτόμενου φλοιού εξαπλώθηκαν σε μια κατεύθυνση από τη ρήξη, ενώ τα χαμηλότερα στρώματα μετακινήθηκαν στο άλλο. Οι επιστήμονες δεν είναι ακόμη σίγουροι για το πώς ή γιατί συνέβη αυτό. Όμως, λόγω της αποκαλούμενης ασύμμετρης εξάπλωσης, η οποία πιθανότατα συμβαίνει σε ένα σημαντικό τμήμα των κορυφογραμμών του πλανήτη του πλανήτη, η Atlantis Bank δεν είναι καλυμμένη με εύθραυστα στρώματα ανώτερου φλοιού που μπορεί να θρυμματιστούν και να πέσουν σε μια τρύπα καθώς αυτή τρυπιέται, λέει ο Dick. Τέτοια συντρίμμια μπορεί να προκαλέσουν βλάβη στο τρυπάνι ή να την αναγκάσουν να καταλάβει, καθώς και να δυσκολέψει να ξεπλύνετε μικρότερα κομμάτια βράχου και λάσπης από την τρύπα.
Παρά τα οφέλη από τη γεώτρηση στην Ατλαντίδα Bank, η αποστολή έχει υποστεί οπισθοδρομήσεις κοινές σε πολλά έργα γεωτρήσεων στον ωκεανό. Τα ζητήματα με τη φόρτωση του πλοίου καθυστέρησαν την αποχώρηση της ομάδας από το Colombo της Σρι Λάνκα κατά μία ημέρα. Μόλις βρεθεί στην περιοχή η ομάδα έσπασε ένα τρυπάνι, αλλά πριν μπορέσουν να βγάλουν τα κομμάτια από την τρύπα τους, έπρεπε να συσκευάσουν και να πάρουν ένα άρρωστο μέλος του πληρώματος βόρεια προς τον Μαυρίκιο για να συναντήσουν ένα ελικόπτερο με βάση την ακτή για ιατρική εκκένωση. Το πλοίο, που ονομάστηκε ψήφισμα JOIDES, επέστρεψε μετά από περίπου μια εβδομάδα μακριά και στη συνέχεια χρειάστηκε να περάσει μερικές μέρες χρησιμοποιώντας έναν ισχυρό μαγνήτη για να προσπαθήσει να ανακτήσει τα κομμάτια του σπασμένου τρυπανιού τους.
Ποτέ δεν βρήκαν αυτά τα κομμάτια που λείπουν. Αλλά κατά τη διάρκεια μιας τελευταίας προσπάθειας, χρησιμοποιώντας ένα ισχυρό κενό για να τα δοκιμάσετε, η αποστολή επέστρεψε αυτό που μπορεί να είναι το μεγαλύτερο κομμάτι του ωκεάνιου φλοιού που ανακτήθηκε ποτέ. Ο κύλινδρος του σκοτεινού, χονδρόκοκκου βράχου, που ονομάζεται gabbro, είναι 7 ίντσες απέναντι - τρεις φορές το κανονικό μέγεθος - και 20 ίντσες μακρύς.
Το βάθος στόχου της ομάδας για αυτή την αποστολή ήταν 4.265 πόδια στο φλοιό, μόλις στα μισά του δρόμου μέχρι το μανδύα. Δυστυχώς, από τις 22 Ιανουαρίου, η διάτρηση είχε φθάσει μόνο σε βάθος 2.330 ποδιών κάτω από το θαλασσό.
Μέχρι τη δημοσίευση αυτού του άρθρου, οι εργασίες γεώτρησης θα ολοκληρωθούν στο Atlantis Bank-για αυτό το σκέλος του έργου. Ένα δεύτερο, ήδη εγκεκριμένο σκέλος της αποστολής θα ελπίζουμε να ολοκληρώσει το έργο και να βγάλει το μανδύα. Αλλά αυτό θα μπορούσε να είναι οπουδήποτε από δύο έως πέντε χρόνια από τώρα. Ο ανταγωνισμός για το χρόνο των πλοίων από άλλες ομάδες που επιθυμούν να τρυπάνι αλλού στον κόσμο είναι έντονος, λέει ο Dick.
Η ομάδα επιστημών δεν θα βγει από την πρώτη φάση του έργου με άδειο χέρι, όμως, λέει ο MacLeod. Η ανάκτηση δειγμάτων από ολόκληρη τη γήινη φλούδα είναι επίσης σημαντική. "Δεν έχουμε ιδέα ποια είναι η ογκώδης σύνθεση του ωκεάνιου φλοιού σε οποιαδήποτε θέση του πλανήτη", λέει ο Dick. Οι χαμηλότεροι βράχοι φλοιού που ανακτήθηκαν προηγουμένως από άλλες τοποθεσίες με βαθιά γεωτρήσεις δεν ήταν τίποτα σαν αυτό που περίμεναν οι ερευνητές, λέει.
Το έργο της Ατλαντικής Τράπεζας θα έδινε μια ματιά στη χημική σύνθεση του κατώτερου φλοιού. Και ένα πλήρες προφίλ μέσα από ολόκληρο το στρώμα θα βοηθούσε τους επιστήμονες να κατανοήσουν πώς μετασχηματίζονται χημικά και φυσικά εκεί τα μάγματα-συμπεριλαμβανομένου του τρόπου κρυστάλλωσης των πετρωμάτων του μανδύα και της προσκόλλησης στην κάτω επιφάνεια του φλοιού.
Μόλις οι ερευνητές πάρουν τελικά το δείγμα του μανδύα τους, άλλες ομάδες μπορούν να ασχοληθούν με το έργο με δικά τους πειράματα, λέει ο MacLeod. «Για παράδειγμα, οι σεισμολόγοι μπορούν να στείλουν τους αισθητήρες στην βαθειά τρύπα και στη συνέχεια να μετρήσουν άμεσα τις ταχύτητες των σεισμικών κυμάτων που παλμούν μέσα από το φλοιό της Γης, παρά να τα συμπεράνουν μέσω εργαστηρίου δοκιμές σε μικρά δείγματα βράχου. Οι ερευνητές μπορούν επίσης να χαμηλώσουν μια σειρά από αισθητήρες θερμοκρασίας στην τρύπα για να μετρήσουν τη ροή θερμότητας από το εσωτερικό του πλανήτη μας.
Αναμφισβήτητα, τα δείγματα ωκεάνιας κρούστας και μανδύα που ανακτήθηκαν τελικά από την Atlantis Bank-καθώς και δεδομένα που συγκεντρώθηκαν από την τρύπα που άφησε πίσω - θα κρατήσουν τους γεωλόγους και τους γεωφυσικούς απασχολημένους για τις επόμενες δεκαετίες. Αλλά η υπομονή είναι μια αρετή και ο χρόνος που βιώνουν είναι ο Dick, ο MacLeod και οι γεωφυσικοί αδελφοί τους εδώ και δεκαετίες.
Σημείωση του συντάκτη: Αυτό το άρθρο έχει ενημερωθεί για να διορθώσει την απόδοση μιας σεισμικής έρευνας της Atlantis Bank.
