En banebrydende tur til at bore i klipper på bunden af ​​Atlanterhavet har givet forskerne deres bedste indblik i, hvordan Jorden kan se ud under sin skorpe.

Forskere har samlet en næsten ubrudt 1.268 meter lang prøve af grøn, marmorlignende sten fra et område, hvor Jordens kappe – det tykke, indre lag, der udgør mere end 80 % af planeten – er trængt ind i havbunden. Øvelserne, som finder sted den 8. augustVidenskaber blevet beskrevet giver hidtil uset indsigt i de processer, der fører til skorpedannelse.

"Vi havde denne historie i hovedet" om, hvordan sådanne sten skulle se ud, men det er helt anderledes, når "man ser det der på et bord," siger Natsue Abe, en petrolog ved Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology i Yokohama.

Ekspeditionens resultater er en "fantastisk milepæl," siger Rosalind Coggon, en marinegeolog ved University of Southampton, Storbritannien. "Havboring giver den eneste adgang til prøver fra dybt inde i Jorden, som er afgørende for at forstå dannelsen og udviklingen af ​​vores planet."

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

Jordens oceaniske kappe - den type skorpe, der primært findes under jordens have snarere end under dens kontinenter - består primært af tæt, vulkansk sten kaldet basalt. Den er meget tyndere og yngre end den kontinentale skorpe, fordi klipperne konstant genbruges gennem bevægelser af tektoniske plader.

Basalt dannes, når magma skubber op gennem undersøiske sprækker langs midten af ​​havets højdedrag. Selve magmaet kommer fra en proces, der kaldes delvis smeltning i kappen – som i høj grad består af gennemskinnelige, grønne, magnesiumrige mineraler. Når materialet stiger i kappen, falder trykket over det, hvilket får nogle af disse mineraler til at smelte og danne mikroskopiske film af magma mellem bjergkrystaller.

Normalt bryder kun magma ud på havbunden. Men nogle steder kommer kappesten også til overfladen, hvor den kommer i kontakt med havvand i en reaktion, der kaldes serpentinisering. Dette ændrer klippens struktur - giver den et marmorlignende udseende - og frigiver forskellige stoffer, herunder brint.

Let at bore

Besøgt i maj 2023JOIDES Opløsninget sted, hvor dette skete: et undervandsbjerg kaldet Atlantis-massivet, der ligger vest for Atlanterhavets midtocean-ryg. Det 143 meter lange skib er udstyret med en 62 meter høj kran til undervandsboring.

Det besluttede forskerne ombord Den tabte by at bore, en placering på sydsiden af ​​massivet. Regionen er karakteriseret ved hydrotermiske ventilationsåbninger, hvor mikrobielle ekstremofiler bruger det undslippende brint.

"Vi planlagde kun at bore 200 meter, fordi det var det dybeste sted, mennesker nogensinde havde formået at bore i kappesten," siger Johan Lissenberg, en petrolog ved Cardiff University, Storbritannien. Men boringen var overraskende let og tre gange hurtigere end normalt, og den returnerede lange, ubrudte cylindre af sten kaldet kerner. "Så vi besluttede bare at fortsætte," siger Lissenberg. Holdet stoppede først, da ekspeditionen sluttede i henhold til sin tidsplan.

Forskerne har nu offentliggjort deres første resultater. "Det, vi rapporterer, er bogstaveligt talt, hvad du kan gøre på skibet. Et hold på 30 videnskabsmænd ser på kernerne dag og nat i to måneder og dokumenterer, tomme for tomme, hvordan de kommer op."

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

Da forskere undersøgte klippens struktur i detaljer, bemærkede de "skrå træk", en karakteristisk signatur af den fremherskende teori om, hvordan magma adskilles fra kappen for at blive en del af skorpen, siger Lissenberg. Kappestenen var også blandet med andre typer sten i kernerne, hvilket tyder på, at kappe-skorpe-grænsen ikke er så skarp, som seismografiske data typisk antyder, siger Jessica Warren, en geokemiker ved University of Delaware i Newark. Disse resultater tilsammen "er afgørende for, hvordan vi forstår dannelsen af ​​tektoniske plader i havene," siger hun.

Uvis fremtid

Turen dækker over en værdig karriere på fire årtier forJOIDES Opløsning, som US National Science Foundation (NSF) havde lejet af et privat firma. Men NSF har meddelt, at den ikke længere har råd til de 72 millioner dollars om året, det koster at drive skibet efter at have opfyldt sine IODP-forpligtelser, og at programmet vil blive afsluttet. Det efterlader nogle forskere, især dem tidligt i deres karriere, usikre på feltets fremtid, siger Aled Evans, en marinegeolog ved University of Southampton.

En tilbageværende "stor udfordring" for geovidenskabsfolk er at bore gennem det basaltiske lag og på tværs af skorpe-mantel-grænsen - kaldet Mohorovičić-diskontinuiteten eller "Moho." Dette ville give dem adgang til jomfruelige kappeklipper, der ikke har reageret med havvand. "Vi har ikke boret i den rigtige kappe endnu," siger Abe. Den overraskende glatte boring ved Lost City lover godt for disse fremtidige forsøg fra Japans forskningsfartøjChikyukunne gennemføres, tilføjer hun. "Mantelsten er den mest almindelige del af hele vores planet," siger Evans. "At prøve dem ville være grundlæggende for at forstå, hvad vores planet er lavet af."