Ένα πρωτοποριακό ταξίδι για διάτρηση σε βράχους στον πυθμένα του Ατλαντικού Ωκεανού έδωσε στους επιστήμονες την καλύτερη ματιά τους στο πώς μπορεί να μοιάζει η Γη κάτω από το φλοιό της.

Οι ερευνητές συνέλεξαν ένα σχεδόν αδιάσπαστο δείγμα πράσινων πετρωμάτων μήκους 1.268 μέτρων από μια περιοχή όπου ο μανδύας της Γης - το παχύ, εσωτερικό στρώμα που αποτελεί περισσότερο από το 80% του πλανήτη - έχει διεισδύσει στον πυθμένα του ωκεανού. Οι πρόβες, που γίνονται στις 8 ΑυγούστουΕπιστήμηέχουν περιγραφεί παρέχουν μια άνευ προηγουμένου εικόνα για τις διαδικασίες που οδηγούν στο σχηματισμό φλοιού.

«Είχαμε αυτή την ιστορία στο μυαλό μας» για το πώς θα έπρεπε να μοιάζουν τέτοιοι βράχοι, αλλά είναι τελείως διαφορετικό όταν «το βλέπεις εκεί σε ένα τραπέζι», λέει ο Natsue Abe, πετρολόγος στην Ιαπωνική Υπηρεσία Επιστήμης και Τεχνολογίας της Θαλάσσιας Γης στη Γιοκοχάμα.

Τα επιτεύγματα της αποστολής είναι ένα «φανταστικό ορόσημο», λέει η Rosalind Coggon, θαλάσσια γεωλόγος στο Πανεπιστήμιο του Southampton, UK. «Η γεώτρηση στον ωκεανό παρέχει τη μόνη πρόσβαση σε δείγματα από βαθιά μέσα στη Γη, τα οποία είναι κρίσιμα για την κατανόηση του σχηματισμού και της εξέλιξης του πλανήτη μας».

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

Ο ωκεάνιος μανδύας της Γης - ο τύπος του φλοιού που βρίσκεται κυρίως κάτω από τις θάλασσες της Γης και όχι κάτω από τις ηπείρους της - αποτελείται κυρίως από πυκνό, ηφαιστειακό πέτρωμα που ονομάζεται βασάλτης. Είναι πολύ πιο λεπτό και νεότερο από τον ηπειρωτικό φλοιό επειδή τα πετρώματα ανακυκλώνονται συνεχώς μέσω των κινήσεων των τεκτονικών πλακών.

Ο βασάλτης σχηματίζεται όταν το μάγμα ωθείται προς τα πάνω μέσα από υποθαλάσσιες ρωγμές κατά μήκος των κορυφογραμμών του μέσου ωκεανού. Το ίδιο το μάγμα προέρχεται από μια διαδικασία που ονομάζεται μερική τήξη στο μανδύα - η οποία αποτελείται σε μεγάλο βαθμό από ημιδιαφανή, πράσινα, πλούσια σε μαγνήσιο μέταλλα. Καθώς το υλικό ανεβαίνει στον μανδύα, η πίεση πάνω από αυτό πέφτει, με αποτέλεσμα μερικά από αυτά τα ορυκτά να λιώσουν και να σχηματίσουν μικροσκοπικά φιλμ μάγματος μεταξύ των κρυστάλλων βράχου.

Κανονικά μόνο μάγμα εκρήγνυται στον πυθμένα του ωκεανού. Αλλά σε ορισμένα σημεία, ο βράχος του μανδύα βγαίνει επίσης στην επιφάνεια, όπου έρχεται σε επαφή με το θαλασσινό νερό σε μια αντίδραση που ονομάζεται σερπεντινοποίηση. Αυτό αλλάζει τη δομή του βράχου - δίνοντάς του μια όψη σαν μάρμαρο - και απελευθερώνει διάφορες ουσίες, συμπεριλαμβανομένου του υδρογόνου.

Εύκολο στο τρύπημα

Επισκέφτηκε τον Μάιο του 2023Ψήφισμα JOIDESένα μέρος όπου συνέβη αυτό: ένα υποθαλάσσιο βουνό που ονομάζεται Massif της Ατλαντίδας, που βρίσκεται δυτικά της μεσοωκεάνιας κορυφογραμμής του Ατλαντικού. Το πλοίο μήκους 143 μέτρων είναι εξοπλισμένο με γερανό ύψους 62 μέτρων για υποβρύχια γεώτρηση.

Οι ερευνητές στο πλοίο αποφάσισαν να Χαμένη Πόλη για διάτρηση, μια τοποθεσία στη νότια πλευρά του ορεινού όγκου. Η περιοχή χαρακτηρίζεται από υδροθερμικές οπές στις οποίες τα μικροβιακά ακραιόφιλα χρησιμοποιούν το υδρογόνο που διαφεύγει.

«Σχεδιάζαμε να τρυπήσουμε μόνο 200 μέτρα γιατί αυτό ήταν το βαθύτερο μέρος που είχαν καταφέρει ποτέ να τρυπήσουν οι άνθρωποι σε βράχο μανδύα», λέει ο Johan Lissenberg, πετρολόγος στο Πανεπιστήμιο του Κάρντιφ, στο Ηνωμένο Βασίλειο. Αλλά η διάτρηση ήταν εκπληκτικά εύκολη και τρεις φορές πιο γρήγορη από το συνηθισμένο, και επέστρεψε μακρούς, αδιάσπαστους κυλίνδρους βράχου που ονομάζονταν πυρήνες. «Έτσι απλά αποφασίσαμε να συνεχίσουμε», λέει ο Lissenberg. Η ομάδα σταμάτησε μόνο όταν η αποστολή τελείωσε σύμφωνα με το πρόγραμμά της.

Οι ερευνητές δημοσίευσαν τώρα τα πρώτα τους αποτελέσματα. "Αυτό που αναφέρουμε είναι κυριολεκτικά αυτό που μπορείτε να κάνετε στο πλοίο. Μια ομάδα 30 επιστημόνων κοιτάζει πάνω από τους πυρήνες μέρα και νύχτα για δύο μήνες, τεκμηριώνοντας, ίντσα προς ίντσα, πώς εμφανίζονται."

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

Όταν οι επιστήμονες εξέτασαν τη δομή του βράχου λεπτομερώς, παρατήρησαν "λοξά χαρακτηριστικά", μια χαρακτηριστική υπογραφή της επικρατούσας θεωρίας για το πώς το μάγμα διαχωρίζεται από τον μανδύα για να γίνει μέρος του φλοιού, λέει ο Lissenberg. Ο βράχος του μανδύα ήταν επίσης διάσπαρτος με άλλους τύπους πετρωμάτων στους πυρήνες, υποδηλώνοντας ότι το όριο μανδύα-φλοιού δεν είναι τόσο ευκρινές όσο υποδηλώνουν συνήθως τα σεισμογραφικά δεδομένα, λέει η Jessica Warren, γεωχημικός στο Πανεπιστήμιο του Delaware στο Newark. Αυτά τα αποτελέσματα μαζί «είναι ζωτικής σημασίας για το πώς κατανοούμε τον σχηματισμό τεκτονικών πλακών στους ωκεανούς», λέει.

Αβέβαιο μέλλον

Το ταξίδι κλείνει μια αξιόλογη καριέρα τεσσάρων δεκαετιών για τονΨήφισμα JOIDES, το οποίο το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών των ΗΠΑ (NSF) είχε νοικιάσει από ιδιωτική εταιρεία. Αλλά το NSF ανακοίνωσε ότι δεν μπορεί πλέον να αντέξει τα 72 εκατομμύρια δολάρια ετησίως που κοστίζει η λειτουργία του πλοίου μετά την εκπλήρωση των υποχρεώσεών του στο IODP και ότι το πρόγραμμα θα τερματιστεί. Αυτό αφήνει ορισμένους επιστήμονες, ιδιαίτερα εκείνους στην αρχή της καριέρας τους, αβέβαιοι για το μέλλον του πεδίου, λέει ο Aled Evans, θαλάσσιος γεωλόγος στο Πανεπιστήμιο του Southampton.

Μια εναπομείνασα «μεγάλη πρόκληση» για τους γεωεπιστήμονες είναι η διάτρηση μέσω του βασαλτικού στρώματος και πέρα ​​από το όριο του φλοιού-μανδύα - που ονομάζεται ασυνέχεια Mohorovičić ή «Moho». Αυτό θα τους επέτρεπε να έχουν πρόσβαση σε παρθένους βράχους μανδύα που δεν έχουν αντιδράσει με το θαλασσινό νερό. «Δεν έχουμε τρυπήσει ακόμα στον πραγματικό μανδύα», λέει ο Άμπε. Η εκπληκτικά ομαλή γεώτρηση στη Χαμένη Πόλη προμηνύει καλά αυτές τις μελλοντικές προσπάθειες του ερευνητικού σκάφους της ΙαπωνίαςChikyuθα μπορούσε να πραγματοποιηθεί, προσθέτει. «Οι βράχοι του μανδύα είναι το πιο κοινό μέρος ολόκληρου του πλανήτη μας», λέει ο Evans. «Η δειγματοληψία τους θα ήταν θεμελιώδης για την κατανόηση από τι αποτελείται ο πλανήτης μας».