Novatoriška kelionė gręžti uolienas Atlanto vandenyno dugne leido mokslininkams kol kas geriausią žvilgsnį į tai, kaip Žemė gali atrodyti po savo pluta.

Tyrėjai surinko beveik nesulaužytą 1 268 metrų ilgio žalios, į marmurą panašios uolienos pavyzdį iš regiono, kuriame Žemės mantija – storas vidinis sluoksnis, kuris sudaro daugiau nei 80 % planetos – prasiskverbė į vandenyno dugną. Repeticijos, kurios vyks rugpjūčio 8 dMokslasaprašyti, suteikia precedento neturinčią įžvalgą apie procesus, lemiančius plutos susidarymą.

„Mūsų galvoje buvo ši istorija“ apie tai, kaip turėtų atrodyti tokios uolienos, bet visiškai kitaip, kai „matai jas ant stalo“, – sako Natsue Abe, Japonijos jūrų ir žemės mokslo ir technologijų agentūros Jokohamoje petrologas.

Ekspedicijos pasiekimai yra „fantastinis įvykis“, – sako Sautamptono universiteto (JK) jūrų geologė Rosalind Coggon. „Vandenyno gręžimas suteikia vienintelę prieigą prie mėginių iš giliai Žemės, kurie yra labai svarbūs norint suprasti mūsų planetos formavimąsi ir evoliuciją.

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

Žemės vandenyno mantija – pluta, randama daugiausia po Žemės jūromis, o ne po jos žemynais – daugiausia sudaryta iš tankios vulkaninės uolienos, vadinamos bazaltu. Jis yra daug plonesnis ir jaunesnis nei žemyninė pluta, nes uolienos nuolat perdirbamos judant tektoninėms plokštėms.

Bazaltas susidaro, kai magma veržiasi į viršų per povandeninius plyšius išilgai vandenyno vidurio keterų. Pati magma atsiranda dėl proceso, vadinamo daliniu lydymosi mantijoje, kurią daugiausia sudaro permatomi, žali, daug magnio turintys mineralai. Medžiagai kylant mantijoje, virš jos esantis slėgis krinta, todėl dalis šių mineralų išsilydo ir tarp akmens kristalų susidaro mikroskopinės magmos plėvelės.

Paprastai tik magma išsiveržia į vandenyno dugną. Tačiau kai kuriose vietose mantijos uoliena taip pat patenka į paviršių, kur susiliečia su jūros vandeniu reakcijos, vadinamos serpentinizacija, metu. Tai pakeičia uolienų struktūrą – suteikia jai marmurinę išvaizdą – ir išskiria įvairias medžiagas, įskaitant vandenilį.

Lengva gręžti

Lankytasi 2023 gegužęJOIDES rezoliucijavieta, kur tai atsitiko: povandeninis kalnas, vadinamas Atlantidos masyvu, esantis į vakarus nuo Atlanto vandenyno vidurio keteros. 143 metrų ilgio laive sumontuotas 62 metrų aukščio kranas, skirtas povandeniniam gręžimui.

Laive buvę tyrėjai nusprendė Prarastas miestas gręžti, vieta pietinėje masyvo pusėje. Regionui būdingos hidroterminės angos, kuriose mikrobų ekstremofilai naudoja išbėgantį vandenilį.

„Mes planavome gręžti tik 200 metrų, nes tai buvo giliausia vieta, kur žmonėms kada nors pavyko įsigręžti į mantijos uolieną“, – sako Kardifo universiteto (JK) petrologas Johanas Lissenbergas. Tačiau gręžimas buvo stebėtinai lengvas ir tris kartus greitesnis nei įprastai, todėl buvo grąžinti ilgi, nesulaužyti uolienų cilindrai, vadinami šerdimis. „Taigi mes tiesiog nusprendėme tęsti“, - sako Lissenbergas. Komanda sustojo tik tada, kai pagal grafiką baigėsi ekspedicija.

Dabar mokslininkai paskelbė savo pirmuosius rezultatus. "Mes pranešame apie tai, ką jūs galite padaryti laive. 30 mokslininkų komanda du mėnesius dieną ir naktį tyrinėjo branduolius, po colio dokumentuodami, kaip jie atsiranda."

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

Kai mokslininkai išsamiai ištyrė uolienos struktūrą, jie pastebėjo „pasvirusius bruožus“, būdingą vyraujančios teorijos, kaip magma atsiskiria nuo mantijos, tapdama plutos dalimi, požymį, sako Lissenbergas. Mantijos uoliena taip pat buvo įsiterpusi į kitų rūšių uolienas šerdyje, o tai rodo, kad mantijos ir plutos riba nėra tokia ryški, kaip paprastai rodo seismografiniai duomenys, sako Jessica Warren, geochemikė iš Delavero universiteto Niuarke. Šie rezultatai kartu „yra labai svarbūs norint suprasti tektoninių plokščių susidarymą vandenynuose“, - sako ji.

Neaiški ateitis

Kelionė užbaigia vertą keturių dešimtmečių karjerąJOIDES rezoliucija, kurį JAV Nacionalinis mokslo fondas (NSF) išsinuomojo iš privačios įmonės. Tačiau NSF paskelbė, kad ji nebegali sau leisti 72 mln. Dėl to kai kurie mokslininkai, ypač tie, kurie pradeda savo karjerą, nėra tikri dėl šios srities ateities, sako Aledas Evansas, Sautamptono universiteto jūrų geologas.

Likęs „didysis iššūkis“ geomokslininkams yra gręžimas per bazalto sluoksnį ir per plutos ir mantijos ribą, vadinamas Mohorovičić pertrauka arba „Moho“. Tai leistų jiems pasiekti neapdorotas mantijos uolienas, kurios nereagavo su jūros vandeniu. „Mes dar nesigilinome į tikrąją mantiją“, - sako Abe. Stebėtinai sklandus gręžimas Lost City yra geras šių būsimų Japonijos tyrimų laivo bandymų pranašumasChikyugalėtų būti atlikta, priduria ji. „Mantijos uolienos yra labiausiai paplitusi visos mūsų planetos dalis“, - sako Evansas. „Jų mėginių ėmimas būtų labai svarbus norint suprasti, iš ko sudaryta mūsų planeta.