В началото на пролетта на 1961 г. група геолози започват да пробиват дупка в морското дъно край тихоокеанския бряг на Баджа Калифорния. Експедицията, първата ако е такава, беше първоначалната фаза на проект, предназначен да пробие земната кора и да стигне до долната мантия. Малко знаеха, че усилията им скоро ще бъдат засенчени, когато през май същата година Джон Ф. Кенеди стартира надпреварата до Луната.
Свързано съдържание
- Вътрешната земя кипи от екзотични форми на живот
- Най-накрая знаем колко струва дино-убийственият астероид, преобразуван на Земята
- Ето една много добра причина да се пробие дълбоко в активна повреда
- Може да има втори масивен океан дълбоко под повърхността
В края на 1972 г., след изразходването на милиарди долари и чрез колективните усилия на хиляди учени и инженери, шест мисии Аполон кацнаха на орбиталния спътник на Земята и донесоха вкъщи повече от 841 килограма лунни скали и почва.
Междувременно земните геолози, които мечтаеха да видят вътрешните работи на Земята, бяха оставени с празни ръце с остатъците от различни програми, благодарение на съкращаването на бюджета.
От 60-те години на миналия век изследователите се опитват да пробият в мантията на Земята, но все още не са постигнали успех. Някои усилия се провалиха поради технически проблеми; други са станали плячка за различни видове лош късмет - включително, както беше открито след факта, избирането на неподходящи петна за пробиване. Независимо от това, тези усилия показаха, че технологията и експертният опит за пробиване на мантията съществуват. И сега първата фаза на най-скорошния опит за достигане до тази важна част от нашата планета е скучна през тънка част от океанската кора в югозападната част на Индийския океан.
Не се притеснявайте: Когато в крайна сметка пробивачите пробият мантията, горещата разтопена скала няма да изскочи дупката и да се разлее по морското дъно при изригване на вулкан. Въпреки че мантийните скали текат, те правят това със скорост, сходна със скоростта на растеж на нокътя, казва Холи Дайънс, геофизик от института по океанография на Scripps в Сан Диего.
Мантията е най-голямата част от тази планета, която наричаме дом, но учените знаят сравнително малко за нея чрез директен анализ. Тънката фурнирована кора, на която живеем, съставлява около един процент от обема на Земята. Вътрешното и външното ядро - твърди и течни маси, които в голяма степен са изработени от желязо, никел и други плътни елементи - заемат едва 15 процента от обема на планетата. Мантията, която се намира между външното ядро и кора, представлява приблизително 68 процента от масата на планетата и огромните 85 процента от нейния обем.
Мислете за мантията като за лава с лампа с размер на планетата, където материалът набира топлина на границата на ядрото на мантията, става по-малко плътен и се издига в плаващи потоци до долния ръб на земната кора и след това тече по този таван, докато изстине и потъне. обратно към сърцевината. Циркулацията в мантията е изключително слаба: Според една оценка, обиколката от кора до ядрото и обратно може да отнеме 2 милиарда години.
Получаването на девствена част от мантията е важно, защото би помогнало на планетарните учени да установят по-добре суровините, от които Земята се е акредирала, когато нашата Слънчева система е била млада. „Би било истинско основание за това, от което се състои светът“, казва Дани. Съставът му също ще предостави улики за това как Земята първоначално се е образувала и как еволюира в многопластовата кълба, която обитаваме днес, казва тя.
Учените могат да намерят много за мантията, дори и без проба. Скоростите и пътищата на сеизмични вълни, генерирани от земетресение, преминаващи през планетата, дават представа за плътността, вискозитета и общите характеристики на мантията, както и как тези свойства варират от място до място. Както и скоростта, с която земната кора извива нагоре, след като е претеглена от масивни ледени плоскости, които наскоро (в геологическо отношение) се стопиха.
Измерванията на магнитните и гравитационните полета на нашата планета дават още повече информация, стеснявайки видовете минерали, които могат да бъдат намерени в дълбочината, казва Валтер Мунк, физически океанограф от Скрипс. Ученият, който сега е на 98 години, беше част от малка група изследователи, които за първи път мечтаят за идеята да се пробият в мантията през 1957 г. Но тези косвени методи могат да кажат на учения само толкова много, отбелязва той. "Няма заместител да държиш в ръцете си това, което искаш да анализираш."
Изследователите имат проби от мантията в ръка, но те не са девствени. Някои от тях са парчета скала, пренесени на земната повърхност чрез изригване на вулкани. Други бяха повдигнати нагоре от смазващи се сблъсъци между тектонски плочи. Други обаче са се издигнали до морското дъно по бавно разпространяващите се хребети в средния океан, казват геолозите Хенри Дик и Крис Маклауд. Дик, от океанографската институция Woods Hole в Масачузетс, и MacLeod от Университета в Кардиф в Уелс са ко-лидери на експедицията за дълбоко сондиране, която едва сега се увива в югозападната част на Индийския океан.
Всички настоящи проби от мантия са променени от процесите, които са ги изнесли на повърхността на Земята, изложени на атмосферата или потопени в морска вода за продължителни периоди от време - вероятно всичко от горното. Тези проби от мантия, изложени на въздух и вода, вероятно са загубили част от по-лесно разтворимите си оригинални химически елементи.
Оттук идва и голямото желание да се получи неподправено парче мантия, казва Дик. След като бъдат налични, учените могат да анализират цялостния химичен състав на пробата, както и нейната минералогия, да оценят плътността на скалата и да определят колко лесно тя провежда топлинни и сеизмични вълни. Резултатите могат да бъдат сравнени със стойностите, получени от непреки измервания, валидиране или оспорване на тези техники.
Пробиването по целия път до мантията също ще даде на геолозите да разгледат за кратко това, което наричат прекъсване на Mohorovičić, или Moho. Над тази мистериозна зона, кръстена на хърватския сеизмолог, който я е открил през 1909 г., сеизмичните вълни пътуват с около 4, 3 мили в секунда, скорост, съответстваща на тези вълни, пътуващи през базалт или охладена лава. Под Мохо вълните се разкъсват по дължина с около 5 мили в секунда, подобно на скоростта, която преминават през бедрен от силициев тип магматична скала, наречена перидотит. Мохо обикновено се намира между 3 и 6 мили под дъното на океана и навсякъде между 12 до 56 мили под континентите.
Тази зона отдавна се смята за границата на коричната мантия, където материалът постепенно се охлажда и се придържа към горната кора. Но някои лабораторни проучвания предполагат, че е възможно Moho да представлява зоната, в която водата, изтичаща от горната кора, реагира с мантийни перидотити, за да създаде вид минерал, наречен серпентин. Тази възможност е вълнуваща, предполагат Дик и Маклеод. Геохимичните реакции, които генерират серпентин, също произвеждат водород, който след това може да реагира с морска вода, за да произведе метан, източник на енергия за някои видове бактерии. Или, отбелязват изследователите, Мохо може да бъде нещо съвсем непознато на науката.
Ключът към отключването на тайните на мантията е да намерите правилното място, на което да пробиете. Материалът на мантията се издига до океанското дъно по средата на океанските хребети, където тектонските плочи бавно се раздвижват. Но тези проби просто няма да направят. Работата през няколко мили кора под дъното на океана значително променя материала, което прави пробата на мантията непредставителна за онова, което е дълбоко в Земята. И пробиването по-дълбоко на един от тези гребени също е проблематично, казва Дик. „В океанския хребет или в непосредствените му странични кори кора е твърде гореща, за да пробие повече от около един или два километра.“
Така той и неговите колеги пробиват на място в югозападната част на Индийския океан, наречено Atlantis Bank, което се намира на около 808 мили югоизточно от Мадагаскар. Много фактори правят този локал отлично място за експедицията да тренира, казва Дик.
Структурният геолог Карлота Ферандо изследва някои ядра за счупвания и вени, които могат да й кажат дали скалите са били деформирани. (Бил Крофорд, IODP JRSO) 
Малките деформирани минерални зърна в тази проба от долната кора, нарязани тънко и сандвичирани между материали, така че да предава поляризирана светлина, хроника как частично разтопената скала се изстисква и разтяга, докато се издига към морското дъно на Атлантис Банк. (Бил Крофорд, Международна програма за откриване на океана) 
Геологът Джеймс Натланд (вляво) и съучениците на експедицията Хенри Дик (в средата) и Крис МакЛейд (вдясно) разглеждат това, което екипът смята за най-широкото ядро, възстановено някога от програмата за сондиране в океана. (Беноа Илдефонсе, IODP) От една страна, този пластир с размер на Денвър на морското дъно е разположен на върха на океана, който е на около 11 милиона години, което го прави достатъчно хладно, за да се впусне в него. За друго, върхът на банката е плато с дължина 9, 7 квадратни мили, което е на 2 300 фута от океанската повърхност. Това прави потупването на океанското дъно там, за разлика от 3, 7 мили дълбоко морско дъно наблизо, без никакъв мозък. Силните океански течения в района запазили седиментите от натрупване на морското дъно, поддържайки кора до голяма степен изложена. Освен това е сравнително тънък - предишно сеизмично проучване на района установи, че кора там е дебела само 1, 6 мили.
Освен това океанската кора под Атлантис Банк се е образувала на участък от средата на океанския хребет, където горните слоеве на зараждащата се кора се разпространяват в една посока от разстоянието, докато долните слоеве се движат в другата. Учените все още не са сигурни как или защо това се е случило. Но поради това така наречено асиметрично разпръскване, което вероятно се случва при значителна част от хребетите в средния океан в света, Atlantis Bank не е покрита с крехки слоеве на горната кора, които могат да се разрушат и да попаднат в дупка, докато се пробива, казва Дик. Такива отломки могат да повредят свредлото или да доведат до неговото изземване, както и да затруднят изхвърлянето на по-малки парчета скала и кал от дупката.
Въпреки предимствата на сондажите в Атлантис Банк, експедицията претърпя неуспехи, общи за много проекти за сондиране в океана. Проблеми с товаренето на кораба забавиха за един ден отпътуването на екипа от Коломбо, Шри Ланка. Веднъж на място екипът счупи бормашина, но преди да успеят да извадят парчетата от дупката си, те трябваше да се съберат и да откарат болен член на екипажа на север към Мавриций, за да се срещнат с бреговия хеликоптер за медицинска евакуация. Корабът, наречен Резолюцията JOIDES, се върна след близо седмица и след това трябваше да прекара няколко дни, използвайки силен магнит, за да опита да възстанови парчетата от счупеното си свредло.
Те никога не намериха тези липсващи парчета. Но по време на последно усилие, използващо силен вакуум, за да се опита да ги разруши, експедицията върна обратно най-големия диаметър от океанската кора, възстановена някога. Цилиндърът от тъмна, едрозърнеста скала, наречен габро, е 7 инча - три пъти по-голям от нормалния размер - и 20 инча дълъг.
Целевата дълбочина на екипа за тази експедиция беше 4, 265 фута в кората, едва по средата на мантията. За съжаление към 22 януари пробиването е достигнало само дълбочина от 2330 фута под морското дъно.
До момента на публикуването на тази статия в Атлантис банк ще приключат сондажните операции - за този етап от проекта. Втори, вече одобрен крак на мисията ще се надяваме да изпълним задачата и да влезем в мантията. Но това може да е от две до пет години от сега. Дик е конкуренция за корабно време от други екипи, които желаят да тренират другаде по света, казва Дик.
Научният екип няма да се измъкне от първата фаза на този проект с празни ръце, казва MacLeod. Възстановяването на проби от цялата земна кора също е важно. „Нямаме представа какъв е основният състав на океанската кора на всяко място на земното кълбо“, казва Дик. По-ниските скални скали, възстановени преди това от други места за дълбоко сондиране, не са нещо подобно на очакванията на изследователите, казва той.
Проектът на Atlantis Bank ще предостави поглед върху химичния състав на долната кора. Пълният профил през целия слой би помогнал на учените да разберат как магмите се трансформират химически и физически там - включително как мантийните скали кристализират и се прикрепят към долната повърхност на кора.
След като изследователите в крайна сметка получат пробата на мантията си, други екипи могат да направят игрите на проекта с техни собствени експерименти, казва MacLeod. „Бъдещите експедиции може да спускат инструменти надолу през дупката за години напред.“ Например, сеизмолозите могат да изпращат сензори надолу в дълбочината на дупката и след това директно да измерват скоростите на сеизмичните вълни, пулсиращи през земната кора, вместо да ги извеждат чрез лаборатория тестове на малки проби от скала. Изследователите също могат да свалят низ от температурни сензори в дупката, за да измерват топлинния поток от вътрешността на нашата планета.
Несъмнено пробите от океанска кора и мантия в крайна сметка, получени от Атлантис Банк - както и данните, събрани от дупката, останала след това - ще накарат геолозите и геофизиците да бъдат заети за десетилетия напред. Но търпението е добродетел и предлагането на време е това, което Дик, Маклеод и техните геофизични братя правят от десетилетия.
Бележка на редактора: Тази статия е актуализирана, за да коригира приписването на сеизмично проучване на банката Atlantis.
