Průkopnická cesta k vrtání do skal na dně Atlantského oceánu poskytla vědcům dosud nejlepší pohled na to, jak by Země mohla vypadat pod její kůrou.

Výzkumníci shromáždili téměř neporušený 1268 metrů dlouhý vzorek zelené horniny podobné mramoru z oblasti, kde zemský plášť - silná vnitřní vrstva, která tvoří více než 80 % planety - pronikla dnem oceánu. Zkoušky, které se konají 8. srpnaVědabyly popsány poskytují bezprecedentní pohled na procesy, které vedou k tvorbě kůry.

„Měli jsme v hlavě tenhle příběh“ o tom, jak takové kameny měly vypadat, ale úplně jiné je, když „to vidíte tam na stole,“ říká Natsue Abe, petrolog z Japonské agentury pro vědu a technologii Marine-Earth v Jokohamě.

Úspěchy expedice jsou „fantastickým milníkem,“ říká Rosalind Coggonová, mořská geoložka z University of Southampton ve Spojeném království. "Oceánské vrty poskytují jediný přístup ke vzorkům z hlubin Země, které jsou zásadní pro pochopení formování a vývoje naší planety."

Scientists in hard hats and face masks examine core samles in a lab on board JOIDES Resolution research vessel

Oceánský plášť Země – typ kůry, který se nachází především pod zemskými moři spíše než pod jejími kontinenty – se skládá především z husté sopečné horniny zvané čedič. Je mnohem tenčí a mladší než kontinentální kůra, protože horniny jsou neustále recyklovány prostřednictvím pohybů tektonických desek.

Čedič se tvoří, když se magma tlačí vzhůru podmořskými trhlinami podél středooceánských hřbetů. Samotné magma pochází z procesu zvaného částečné tání v plášti – který je z velké části tvořen průsvitnými, zelenými minerály bohatými na hořčík. Jak materiál stoupá v plášti, tlak nad ním klesá, což způsobuje, že se některé z těchto minerálů roztaví a vytvoří mikroskopické filmy magmatu mezi skalními krystaly.

Normálně na dno oceánu vytryskne pouze magma. Na některých místech se ale plášťová hornina dostává na povrch, kde se dostává do kontaktu s mořskou vodou v reakci zvané serpentinizace. Tím se mění struktura horniny – dává jí mramorový vzhled – a uvolňují se různé látky, včetně vodíku.

Snadné vrtání

Navštíveno v květnu 2023Rozlišení JOIDESmísto, kde se to stalo: podmořská hora zvaná Atlantis Massif, která se nachází západně od středooceánského hřbetu Atlantiku. 143 metrů dlouhá loď je vybavena 62 metrů vysokým jeřábem pro podvodní vrtání.

Výzkumníci na palubě se rozhodli Ztracené město vrtat, lokalita na jižní straně masivu. Oblast je charakterizována hydrotermálními průduchy, ve kterých mikrobiální extrémofilové využívají unikající vodík.

"Plánovali jsme pouze vrtání 200 metrů, protože to bylo nejhlubší místo, jaké se kdy lidem podařilo navrtat do horniny pláště," říká Johan Lissenberg, petrolog z Cardiffské univerzity ve Velké Británii. Ale vrtání bylo překvapivě snadné a třikrát rychlejší než obvykle a vrátilo dlouhé, neporušené válce horniny zvané jádra. "Takže jsme se rozhodli pokračovat," říká Lissenberg. Tým se zastavil, až když expedice skončila podle svého plánu.

Vědci nyní zveřejnili své první výsledky. "To, co hlásíme, je doslova to, co můžete na lodi dělat. Tým 30 vědců zkoumal jádra dnem i nocí po dobu dvou měsíců a dokumentoval centimetr po centimetru, jak k nim došlo."

Deep-sea drilling: Diagram showing how researchers on a ship drilled into rock that originated in the Earth's mantle.

Když vědci podrobně prozkoumali strukturu horniny, všimli si „šikmých rysů“, charakteristického podpisu převládající teorie o tom, jak se magma odděluje od pláště, aby se stalo součástí kůry, říká Lissenberg. Plášťová hornina byla v jádrech také rozptýlena s jinými typy hornin, což naznačuje, že hranice mezi pláštěm a kůrou není tak ostrá, jak seismografická data obvykle naznačují, říká Jessica Warren, geochemička z University of Delaware v Newarku. Tyto výsledky společně „jsou zásadní pro to, jak chápeme tvorbu tektonických desek v oceánech,“ říká.

Nejistá budoucnost

Výlet završí důstojnou čtyři desetiletí kariéryRozlišení JOIDES, kterou si americká National Science Foundation (NSF) pronajala od soukromé společnosti. NSF však oznámila, že si již nemůže dovolit 72 milionů dolarů ročně, které stojí provoz lodi po splnění svých závazků IODP, a že program bude ukončen. To způsobuje, že někteří vědci, zejména ti, kteří jsou na začátku své kariéry, jsou nejistí ohledně budoucnosti oboru, říká Aled Evans, mořský geolog z University of Southampton.

Zbývající „velkou výzvou“ pro geovědce je vrtání přes čedičovou vrstvu a přes hranici kůry a pláště – nazývané Mohorovičićova diskontinuita nebo „Moho“. To by jim umožnilo přístup k panenským horninám pláště, které nereagovaly s mořskou vodou. "Ještě jsme nevrtali do skutečného pláště," říká Abe. Překvapivě hladké vrty ve Lost City jsou dobrým znamením pro tyto budoucí pokusy japonské výzkumné lodiChikyumohla být provedena, dodává. "Plášťové skály jsou nejběžnější částí celé naší planety," říká Evans. "Jejich odběr vzorků by byl zásadní pro pochopení toho, z čeho se naše planeta skládá."