Revolucionarno putovanje bušenjem stijena na dnu Atlantskog oceana dalo je znanstvenicima najbolji uvid u to kako bi Zemlja mogla izgledati ispod svoje kore.

Istraživači su prikupili gotovo neprekinuti 1268 metara dug uzorak zelene stijene nalik mramoru iz regije gdje je Zemljin omotač - debeli, unutarnji sloj koji čini više od 80% planeta - probio dno oceana. Probe koje se održavaju 8. kolovozaZnanostopisani pružaju neviđen uvid u procese koji dovode do stvaranja kore.

"Imali smo tu priču u glavi" o tome kako bi takvo kamenje trebalo izgledati, ali potpuno je drugačije kada ga "vidite tamo na stolu", kaže Natsue Abe, petrolog iz Japanske agencije za znanost i tehnologiju mora i zemlje u Yokohami.

Postignuća ekspedicije su "fantastična prekretnica", kaže Rosalind Coggon, morski geolog sa Sveučilišta Southampton, UK. "Bušenje oceana pruža jedini pristup uzorcima iz dubine Zemlje, koji su ključni za razumijevanje nastanka i evolucije našeg planeta."

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

Zemljin oceanski plašt - vrsta kore koja se primarno nalazi ispod Zemljinih mora, a ne ispod njenih kontinenata - sastoji se prvenstveno od guste, vulkanske stijene koja se naziva bazalt. Mnogo je tanja i mlađa od kontinentalne kore jer se stijene kontinuirano recikliraju kroz pomicanje tektonskih ploča.

Bazalt nastaje kada se magma gura prema gore kroz podmorske pukotine duž srednjooceanskih grebena. Sama magma dolazi iz procesa koji se naziva djelomično taljenje u plaštu - koji se uglavnom sastoji od prozirnih, zelenih minerala bogatih magnezijem. Kako se materijal diže u plašt, tlak iznad njega pada, uzrokujući topljenje nekih od ovih minerala i stvaranje mikroskopskih slojeva magme između kamenih kristala.

Obično samo magma izbija na dno oceana. Ali na nekim mjestima stijena plašta također dolazi do površine, gdje dolazi u kontakt s morskom vodom u reakciji koja se naziva serpentinizacija. To mijenja strukturu stijene - dajući joj izgled poput mramora - i oslobađa razne tvari, uključujući vodik.

Jednostavan za bušenje

Posjećen u svibnju 2023JOIDES Rezolucijamjesto gdje se to dogodilo: podvodna planina zvana Atlantis Massif, smještena zapadno od srednjooceanskog hrpta Atlantika. Brod dug 143 metra opremljen je dizalicom visokom 62 metra za podvodno bušenje.

Istraživači na brodu odlučili su Izgubljeni grad bušiti, lokacija na južnoj strani masiva. Regiju karakteriziraju hidrotermalni izvori u kojima mikrobni ekstremofili koriste vodik koji bježi.

“Planirali smo izbušiti samo 200 metara jer je to bilo najdublje mjesto na kojem su ljudi ikada uspjeli izbušiti stijenu plašta”, kaže Johan Lissenberg, petrolog sa Sveučilišta Cardiff, UK. Ali bušenje je bilo iznenađujuće lako i tri puta brže nego inače, i vratilo je duge, neprekinute cilindre stijene zvane jezgre. "Tako da smo jednostavno odlučili nastaviti", kaže Lissenberg. Tim je stao tek kada je ekspedicija završila prema rasporedu.

Istraživači su sada objavili svoje prve rezultate. "Ono što izvještavamo doslovno je ono što možete učiniti na brodu. Tim od 30 znanstvenika proučava jezgre dan i noć tijekom dva mjeseca, dokumentirajući, centimetar po centimetar, kako nastaju."

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

Kad su znanstvenici detaljno ispitali strukturu stijene, primijetili su "nagnute značajke", karakterističan potpis prevladavajuće teorije o tome kako se magma odvaja od plašta i postaje dio kore, kaže Lissenberg. Stijena plašta također je bila prošarana drugim vrstama stijena u jezgrama, što sugerira da granica plašta i kore nije tako oštra kao što seizmografski podaci obično sugeriraju, kaže Jessica Warren, geokemičarka sa Sveučilišta Delaware u Newarku. Ovi su rezultati zajedno "ključni za razumijevanje formiranja tektonskih ploča u oceanima", kaže ona.

Neizvjesna budućnost

Putovanje završava vrijednu karijeru dugu četiri desetljeća zaJOIDES Rezolucija, koju je američka Nacionalna zaklada za znanost (NSF) iznajmila od privatne tvrtke. No NSF je objavio da si više ne može priuštiti 72 milijuna dolara godišnje koliko košta upravljanje brodom nakon što ispuni svoje IODP obveze i da će program biti prekinut. Zbog toga su neki znanstvenici, osobito oni koji su na početku karijere, nesigurni u pogledu budućnosti ovog područja, kaže Aled Evans, morski geolog sa Sveučilišta Southampton.

Preostali "veliki izazov" za geoznanstvenike je bušenje kroz bazaltni sloj i preko granice kore i plašta - nazvan Mohorovičićev diskontinuitet ili "Moho". To bi im omogućilo pristup netaknutim stijenama plašta koje nisu reagirale s morskom vodom. "Još nismo probušili pravi plašt", kaže Abe. Iznenađujuće glatko bušenje u Lost Cityju dobar je znak za ove buduće pokušaje japanskog istraživačkog brodaChikyumoglo se provesti, dodaje ona. “Stijene plašta najčešći su dio cijelog našeg planeta”, kaže Evans. "Njihovo uzorkovanje bilo bi temeljno za razumijevanje od čega je naš planet sačinjen."