Murranguline reis Atlandi ookeani põhjas asuvatesse kividesse puurimiseks on andnud teadlastele seni parima ülevaate sellest, milline võib Maa oma maakoore all välja näha.

Teadlased on kogunud peaaegu katkematu 1268 meetri pikkuse rohelise, marmoritaolise kivimi proovi piirkonnast, kus Maa vahevöö – paks sisekiht, mis moodustab enam kui 80% planeedist – on tunginud ookeanipõhja. Proovid, mis toimuvad 8. augustilTeaduskirjeldatud, annavad enneolematu ülevaate protsessidest, mis viivad kooriku moodustumiseni.

"Meil oli see lugu peas" selle kohta, millised sellised kivid peaksid välja nägema, kuid see on täiesti erinev, kui "näete seda seal laua peal," ütleb Natsue Abe, Jaapani mere- ja maateaduste teaduse ja tehnoloogia agentuuri Petroloog Yokohamas.

Ekspeditsiooni saavutused on "fantastiline verstapost", ütleb Ühendkuningriigi Southamptoni ülikooli meregeoloog Rosalind Coggon. "Ookeani puurimine annab ainsa juurdepääsu sügavalt Maa seest pärit proovidele, mis on meie planeedi kujunemise ja evolutsiooni mõistmiseks kriitilise tähtsusega."

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

Maa ookeaniline vahevöö – seda tüüpi maakoor, mida leidub peamiselt Maa merede, mitte selle mandrite all – koosneb peamiselt tihedast vulkaanilisest kivimist, mida nimetatakse basaldiks. See on palju õhem ja noorem kui mandriline maakoor, kuna kivimid taaskasutatakse pidevalt tektooniliste plaatide liikumise kaudu.

Basalt tekib siis, kui magma trügib mööda merealuste lõhesid piki ookeani keskahelikke. Magma ise pärineb protsessist, mida nimetatakse vahevöö osaliseks sulamiseks – mis koosneb suures osas poolläbipaistvatest rohelistest magneesiumirikastest mineraalidest. Kui materjal mantlis tõuseb, langeb rõhk selle kohal, mistõttu osa neist mineraalidest sulavad ja moodustavad mäekristallide vahele mikroskoopilisi magma kilesid.

Tavaliselt purskab ookeanipõhja ainult magma. Kuid mõnes kohas jõuab vahevöö kivim ka maapinnale, kus see reaktsioonis, mida nimetatakse serpentiniseerumiseks, puutub kokku mereveega. This changes the structure of the rock - giving it a marble-like appearance - and releases various substances, including hydrogen.

Lihtne puurida

Külastatud mais 2023JOIDES Resolutsioonkoht, kus see juhtus: veealune mägi nimega Atlantis Massif, mis asub Atlandi ookeani keskharjast läänes. 143 meetri pikkune laev on varustatud 62 meetri kõrguse kraanaga veealuseks puurimiseks.

Pardal olnud teadlased otsustasid Kadunud linn puurida, asukoht massiivi lõunaküljel. Piirkonda iseloomustavad hüdrotermilised õhuavad, milles mikroobsed ekstremofiilid kasutavad välja pääsevat vesinikku.

"Kavatsesime puurida ainult 200 meetrit, sest see oli sügavaim koht, kus inimestel on kunagi õnnestunud vahevöökivisse puurida," ütleb Ühendkuningriigi Cardiffi ülikooli naftaloog Johan Lissenberg. Kuid puurimine oli üllatavalt lihtne ja kolm korda kiirem kui tavaliselt ning see andis tagasi pikad, katkematud kivisilindrid, mida nimetatakse südamikeks. "Nii et me lihtsalt otsustasime jätkata, " ütleb Lissenberg. Meeskond peatus alles siis, kui ekspeditsioon oma ajakava kohaselt lõppes.

Teadlased on nüüd avaldanud oma esimesed tulemused. "See, mida me teatame, on sõna otseses mõttes see, mida saate laeval teha. 30 teadlasest koosnev meeskond uuris kaks kuud päeval ja öösel tuumade üle, dokumenteerides tollide kaupa, kuidas need välja tulevad."

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

Kui teadlased uurisid kivimi struktuuri üksikasjalikult, märkasid nad "kaldusid jooni", mis on iseloomulik tunnus valitsevale teooriale, kuidas magma eraldub vahevööst, et saada maakoore osaks, ütleb Lissenberg. Vahevöö kivim oli ka südamikest põimitud teist tüüpi kivimitega, mis viitab sellele, et vahevöö ja maakoore piir ei ole nii terav, kui seismograafilised andmed tavaliselt näitavad, ütleb Newarki Delaware'i ülikooli geokeemik Jessica Warren. Need tulemused koos "on otsustava tähtsusega, kuidas mõistame tektooniliste plaatide moodustumist ookeanides," ütleb ta.

Ebakindel tulevik

Reis piirab tema jaoks väärilist nelja kümnendi pikkust karjääriJOIDES Resolutsioon, mille USA riiklik teadusfond (NSF) oli rentinud eraettevõttelt. Kuid NSF on teatanud, et ta ei saa enam lubada endale 72 miljonit dollarit aastas, mis maksab laeva käitamiseks pärast IODP-kohustuste täitmist, ja et programm lõpetatakse. See jätab mõned teadlased, eriti need, kes on oma karjääri alguses, ebakindlad valdkonna tuleviku suhtes, ütleb Southamptoni ülikooli meregeoloog Aled Evans.

Järelejäänud "suur väljakutse" geoteadlastele on puurimine läbi basaltikihi ja üle maakoore ja vahevöö piiri – seda nimetatakse Mohorovičići katkestuseks või "Moho". See võimaldaks neil pääseda ligi esmase mantli kivimitele, mis pole mereveega reageerinud. "Me pole veel päris mantlisse puurinud," ütleb Abe. Üllatavalt sujuv puurimine Lost Citys ennustab Jaapani uurimislaeva tulevastele katsetele headChikyuvõiks läbi viia, lisab ta. "Mantlikivid on kogu meie planeedi kõige levinum osa," ütleb Evans. "Nende proovide võtmine oleks ülioluline, et mõista, millest meie planeet koosneb."