Revolucionārais ceļojums, lai urbtu akmeņus Atlantijas okeāna dibenā, ir devis zinātniekiem līdz šim labāko ieskatu par to, kā Zeme varētu izskatīties zem tās garozas.

Pētnieki ir savākuši gandrīz neplīstu 1268 metrus garu zaļu, marmoram līdzīgu iežu paraugu no reģiona, kur Zemes mantija - biezais iekšējais slānis, kas veido vairāk nekā 80% planētas - ir iekļuvis okeāna dibenā. Mēģinājumi, kas notiek 8. augustāZinātneir aprakstītas, sniedz nebijušu ieskatu procesos, kas izraisa garozas veidošanos.

"Mums bija šis stāsts mūsu galvā" par to, kā vajadzētu izskatīties šādiem akmeņiem, taču tas ir pavisam savādāk, ja "jūs to redzat uz galda," saka Natsue Abe, Japānas Jūras un zemes zinātnes un tehnoloģiju aģentūras Jokohamā petrologs.

Ekspedīcijas sasniegumi ir "fantastisks pavērsiens", saka Rozalinda Kogona, jūras ģeoloģe no Sauthemptonas universitātes Apvienotajā Karalistē. "Okeāna urbšana nodrošina vienīgo piekļuvi paraugiem no Zemes dziļumiem, kas ir būtiski, lai izprastu mūsu planētas veidošanos un evolūciju."

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

Zemes okeāna mantija — garozas veids, kas galvenokārt atrodams zem Zemes jūrām, nevis zem tās kontinentiem — galvenokārt sastāv no blīviem vulkāniskiem iežiem, ko sauc par bazaltu. Tā ir daudz plānāka un jaunāka par kontinentālo garozu, jo ieži tiek nepārtraukti pārstrādāti tektonisko plākšņu kustībās.

Bazalts veidojas, kad magma virzās uz augšu pa zemūdens plaisām gar okeāna vidus grēdām. Pati magma rodas no procesa, ko sauc par daļēju kušanu apvalkā, kas lielākoties sastāv no caurspīdīgiem, zaļiem, ar magniju bagātiem minerāliem. Materiālam paceļoties apvalkā, spiediens virs tā pazeminās, izraisot dažu šo minerālu kušanu un veidojot mikroskopiskas magmas plēves starp kalnu kristāliem.

Parasti tikai magma izplūst uz okeāna dibena. Bet dažās vietās mantijas iezis nonāk arī virspusē, kur tas saskaras ar jūras ūdeni reakcijā, ko sauc par serpentinizāciju. Tas maina iežu struktūru – piešķirot tam marmoram līdzīgu izskatu – un izdala dažādas vielas, tostarp ūdeņradi.

Viegli urbt

Apmeklēja 2023. gada maijāJOIDES Izšķirtspējavieta, kur tas notika: zemūdens kalns, ko sauc par Atlantīdas masīvu, kas atrodas uz rietumiem no Atlantijas okeāna vidus grēdas. 143 metrus garais kuģis ir aprīkots ar 62 metrus augstu celtni zemūdens urbšanai.

Pētnieki uz kuģa nolēma Pazudušā pilsēta urbt, vietu masīva dienvidu pusē. Reģionam ir raksturīgas hidrotermālās atveres, kurās mikrobu ekstremofili izmanto izplūstošo ūdeņradi.

"Mēs plānojām urbt tikai 200 metrus, jo tā bija dziļākā vieta, kur cilvēkiem jebkad bija izdevies urbt mantijas klintī," saka Johans Lisenbergs, Kārdifas universitātes, Apvienotās Karalistes, petrologs. Bet urbšana bija pārsteidzoši vienkārša un trīs reizes ātrāka nekā parasti, un tā atgrieza garus, nesalauztus iežu cilindrus, ko sauc par serdeņiem. "Tāpēc mēs vienkārši nolēmām turpināt," saka Lissenbergs. Komanda apstājās tikai tad, kad ekspedīcija beidzās saskaņā ar tās grafiku.

Pētnieki tagad ir publicējuši savus pirmos rezultātus. "Tas, ko mēs ziņojam, burtiski ir tas, ko jūs varat darīt uz kuģa. 30 zinātnieku komanda divus mēnešus dienu un nakti pētīja kodolus, collu pa collai dokumentējot, kā tie rodas."

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

Kad zinātnieki sīki izpētīja iežu struktūru, viņi pamanīja "slīpas iezīmes", kas ir raksturīgs dominējošās teorijas paraksts par to, kā magma atdalās no mantijas, lai kļūtu par garozas daļu, saka Lissenbergs. Mantijas iezis bija arī mijas ar cita veida iežiem serdeņos, kas liecina, ka mantijas un garozas robeža nav tik asa, kā parasti liecina seismogrāfiskie dati, saka Džesika Vorena, ģeoķīmiķe no Delavēras universitātes Ņūarkā. Šie rezultāti kopā "ir izšķiroši svarīgi, kā mēs saprotam tektonisko plākšņu veidošanos okeānos," viņa saka.

Neskaidra nākotne

Ceļojums ierobežo četru gadu desmitu cienīgu karjeruJOIDES Izšķirtspēja, ko ASV Nacionālais zinātnes fonds (NSF) bija iznomājis no privāta uzņēmuma. Taču NSF ir paziņojis, ka vairs nevar atļauties 72 miljonus ASV dolāru gadā, kas izmaksā kuģa ekspluatācijai pēc IODP saistību izpildes, un ka programma tiks pārtraukta. Tas atstāj dažus zinātniekus, īpaši tos, kuri ir savas karjeras sākumā, neziņā par šīs jomas nākotni, saka Aleds Evanss, Sauthemptonas universitātes jūras ģeologs.

Atlikušais "lielais izaicinājums" ģeozinātniekiem ir urbšana cauri bazalta slānim un pāri garozas un mantijas robežai, ko sauc par Mohorovičić pārtraukumu vai "Moho". Tas ļautu viņiem piekļūt neapstrādātiem mantijas akmeņiem, kas nav reaģējuši ar jūras ūdeni. "Mēs vēl neesam iedziļinājušies īstajā apvalkā," saka Abe. Pārsteidzoši gludā urbšana Lost City liecina par labu šiem Japānas pētniecības kuģa turpmākajiem mēģinājumiemČikjuvarētu veikt, viņa piebilst. "Mantijas ieži ir visizplatītākā mūsu planētas daļa," saka Evans. "To paraugu ņemšana būtu ļoti svarīga, lai saprastu, no kā sastāv mūsu planēta."