Uraauurtava matka kivien poraamiseksi Atlantin valtameren pohjalla on antanut tutkijoille heidän tähän mennessä parhaan kuvan siitä, miltä maapallo voi näyttää kuoren alla.

Tutkijat ovat keränneet lähes katkeamattoman 1 268 metriä pitkän näytteen vihreää, marmorimaista kiveä alueelta, jossa Maan vaippa - paksu, sisäkerros, joka muodostaa yli 80 % planeetan pinta-alasta - on tunkeutunut valtameren pohjaan. Harjoitukset, jotka pidetään 8. elokuutaTiedekuvatut tarjoavat ennennäkemättömän käsityksen prosesseista, jotka johtavat kuoren muodostumiseen.

"Meillä oli mielessämme tämä tarina" siitä, miltä tällaisten kivien piti näyttää, mutta se on täysin erilaista, kun "näet sen siellä pöydällä", sanoo Natsue Abe, petrologi Japanin meren ja maapallon tiede- ja teknologiavirastosta Yokohamassa.

Tutkimusmatkan saavutukset ovat "fantastinen virstanpylväs", sanoo Rosalind Coggon, merigeologi Southamptonin yliopistosta Iso-Britanniasta. "Valtameren poraus tarjoaa ainoan pääsyn syvältä maan sisältä oleviin näytteisiin, jotka ovat kriittisiä planeettamme muodostumisen ja evoluution ymmärtämisessä."

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

Maan valtameren vaippa - kuorityyppi, joka löytyy ensisijaisesti Maan merien alta eikä sen mantereiden alta - koostuu pääasiassa tiheästä, vulkaanisesta kivestä, jota kutsutaan basaltiksi. Se on paljon ohuempi ja nuorempi kuin mannerkuori, koska kivet kierrätetään jatkuvasti tektonisten levyjen liikkeiden kautta.

Basaltti muodostuu, kun magma työntyy ylös merenalaisten halkeamien läpi pitkin valtameren keskiharjuja. Itse magma tulee prosessista, jota kutsutaan osittaiseksi sulamiseksi vaipassa - joka koostuu suurelta osin läpikuultavista, vihreistä, magnesiumpitoisista mineraaleista. Kun materiaali kohoaa vaipassa, paine sen yläpuolella laskee, jolloin osa näistä mineraaleista sulaa ja muodostaa mikroskooppisia magmakalvoja vuorikiteiden väliin.

Normaalisti vain magma purkautuu merenpohjaan. Mutta joissakin paikoissa vaippakivi pääsee myös pintaan, jossa se joutuu kosketuksiin meriveden kanssa reaktiossa, jota kutsutaan serpentinisoitumiseksi. Tämä muuttaa kiven rakennetta - antaen sille marmorisen ulkonäön - ja vapauttaa erilaisia ​​aineita, mukaan lukien vetyä.

Helppo porata

Vieraillut toukokuussa 2023JOIDES-resoluutiopaikka, jossa tämä tapahtui: vedenalainen vuori nimeltä Atlantis Massif, joka sijaitsee länteen Atlantin valtameren keskiharjanteesta. 143 metriä pitkä laiva on varustettu 62 metriä korkealla nosturilla vedenalaiseen poraukseen.

Aluksella olleet tutkijat päättivät Kadonnut kaupunki porata, paikka massiivin eteläpuolella. Alueelle on tunnusomaista hydrotermiset aukot, joissa mikrobien extremofiilit käyttävät poistuvaa vetyä.

"Aioimme porata vain 200 metriä, koska se oli syvin paikka, jonka ihmiset olivat koskaan onnistuneet poraamaan vaippakiveen", sanoo Johan Lissenberg, petrologi Cardiffin yliopistosta Iso-Britanniasta. Mutta poraus oli yllättävän helppoa ja kolme kertaa nopeampi kuin tavallisesti, ja se palautti pitkiä, rikkoutumattomia kivisylintereitä, joita kutsutaan ytimiksi. "Joten päätimme jatkaa", Lissenberg sanoo. Ryhmä pysähtyi vasta, kun tutkimusmatka päättyi aikataulunsa mukaisesti.

Tutkijat ovat nyt julkaisseet ensimmäiset tulokset. "Raportoimme kirjaimellisesti sitä, mitä voit tehdä laivalla. 30 tutkijan ryhmä tutki ytimiä päivin ja öin kahden kuukauden ajan ja dokumentoi tuuma tuumalta, kuinka ne tulevat esiin."

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

Kun tutkijat tutkivat kiven rakennetta yksityiskohtaisesti, he huomasivat "vinoja piirteitä", jotka ovat tunnusomaisia ​​​​allekirjoituksia vallitsevalle teorialle siitä, kuinka magma erottuu vaipasta tullakseen osaksi kuorta, Lissenberg sanoo. Vaippakiveä oli myös sekaantunut ytimissä muun tyyppisen kiven kanssa, mikä viittaa siihen, että vaipan ja kuoren raja ei ole niin terävä kuin seismografiset tiedot tyypillisesti antavat ymmärtää, sanoo Jessica Warren, geokemisti Delawaren yliopistosta Newarkissa. Nämä tulokset yhdessä "ovat ratkaisevan tärkeitä sille, kuinka ymmärrämme tektonisten levyjen muodostumisen valtamerissä", hän sanoo.

Epävarma tulevaisuus

Matka rajoittaa arvokkaan neljän vuosikymmenen uranJOIDES-resoluutio, jonka US National Science Foundation (NSF) oli vuokrannut yksityiseltä yritykseltä. Mutta NSF on ilmoittanut, että sillä ei ole enää varaa 72 miljoonaan dollariin vuodessa, joka maksaa aluksen käytöstä IODP-velvoitteidensa täyttämisen jälkeen, ja että ohjelma lopetetaan. Tämä jättää jotkut tutkijat, etenkin uransa alkuvaiheessa olevat, epävarmoiksi alan tulevaisuudesta, sanoo Southamptonin yliopiston merigeologi Aled Evans.

Jäljellä oleva "suuri haaste" geotieteilijöille on poraaminen basalttikerroksen läpi ja maankuoren ja vaipan rajan yli – jota kutsutaan Mohorovičićin epäjatkuvuudeksi tai "Mohoksi". Tämä antaisi heille mahdollisuuden päästä käsiksi neitseellisiin vaippakiviin, jotka eivät ole reagoineet meriveden kanssa. "Emme ole vielä perehtyneet todelliseen vaippaan", Abe sanoo. Yllättävän sujuva poraus Lost Cityssä lupaa hyvää näille Japanin tutkimusaluksen tuleville yrityksilleChikyuvoitaisiin toteuttaa, hän lisää. "Vaippakivet ovat yleisin osa koko planeettamme", Evans sanoo. "Näytteiden ottaminen olisi olennaista ymmärtääksemme, mistä planeettamme koostuu."