Prelomno potovanje z vrtanjem v skale na dnu Atlantskega oceana je znanstvenikom omogočilo najboljši vpogled v to, kako bi lahko izgledala Zemlja pod svojo skorjo.

Raziskovalci so zbrali skoraj nepretrgan 1268 metrov dolg vzorec zelene, marmorju podobne kamnine iz območja, kjer je Zemljin plašč – debela notranja plast, ki sestavlja več kot 80 % planeta – prodrl v oceansko dno. Vaje, ki bodo 8. avgustaZnanostso bili opisani in zagotavljajo vpogled brez primere v procese, ki vodijo do nastanka skorje.

"Imeli smo to zgodbo v glavi" o tem, kako naj bi bile takšne kamnine videti, vendar je popolnoma drugače, ko "to vidite tam na mizi," pravi Natsue Abe, petrolog pri japonski agenciji za morsko-zemeljsko znanost in tehnologijo v Jokohami.

Dosežki odprave so "fantastičen mejnik," pravi Rosalind Coggon, pomorska geologinja z Univerze v Southamptonu v Veliki Britaniji. "Vrtanje v ocean zagotavlja edini dostop do vzorcev iz globin Zemlje, ki so ključni za razumevanje nastanka in razvoja našega planeta."

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

Zemljin oceanski plašč – vrsta skorje, ki jo najdemo predvsem pod zemeljskimi morji in ne pod njenimi celinami – je sestavljen predvsem iz goste vulkanske kamnine, imenovane bazalt. Je veliko tanjša in mlajša od celinske skorje, ker se kamnine nenehno reciklirajo zaradi gibanja tektonskih plošč.

Bazalt nastane, ko magma potiska skozi podmorske razpoke vzdolž srednjeoceanskih grebenov. Sama magma izhaja iz procesa, imenovanega delno taljenje v plašču - ki je v veliki meri sestavljen iz prosojnih, zelenih mineralov, bogatih z magnezijem. Ko se material v plašču dvigne, tlak nad njim pade, kar povzroči, da se nekateri od teh mineralov stopijo in tvorijo mikroskopske filme magme med kamenimi kristali.

Običajno na oceansko dno izbruhne le magma. Toda ponekod kamnina plašča pride tudi na površje, kjer pride v stik z morsko vodo v reakciji, imenovani serpentinizacija. S tem se spremeni struktura kamnine – ta dobi videz marmorja – in sprošča različne snovi, vključno z vodikom.

Enostaven za vrtanje

Obiskano maja 2023JOIDES Resolucijakraj, kjer se je to zgodilo: podvodna gora, imenovana Atlantis Massif, ki se nahaja zahodno od srednjeoceanskega grebena Atlantika. 143 metrov dolga ladja je opremljena z 62 metrov visokim žerjavom za podvodno vrtanje.

Raziskovalci na krovu so se odločili Izgubljeno mesto vrtati, lokacija na južni strani masiva. Za regijo so značilni hidrotermalni vrelci, v katerih mikrobni ekstremofili uporabljajo uhajajoči vodik.

"Načrtovali smo vrtati le 200 metrov, ker je bilo to najgloblje mesto, kar je ljudem kdaj uspelo vrtati v kamnino plašča," pravi Johan Lissenberg, petrolog z univerze Cardiff v Veliki Britaniji. Toda vrtanje je bilo presenetljivo enostavno in trikrat hitrejše kot običajno, vrnilo pa je dolge, nepretrgane valje kamnine, imenovane jedra. "Zato smo se le odločili nadaljevati," pravi Lissenberg. Ekipa se je ustavila šele, ko se je ekspedicija končala po urniku.

Raziskovalci so zdaj objavili prve rezultate. "To, o čemer poročamo, je dobesedno tisto, kar lahko počnete na ladji. Ekipa 30 znanstvenikov dva meseca dan in noč brska po jedrih in dokumentira, centimeter za centimetrom, kako nastanejo."

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

Ko so znanstveniki podrobno preučili strukturo kamnine, so opazili "poševne poteze", značilen podpis prevladujoče teorije o tem, kako se magma loči od plašča in postane del skorje, pravi Lissenberg. Kamnina plašča je bila tudi prepletena z drugimi vrstami kamnin v jedrih, kar kaže na to, da meja plašč-skorja ni tako ostra, kot običajno kažejo seizmografski podatki, pravi Jessica Warren, geokemičarka na Univerzi Delaware v Newarku. Ti rezultati skupaj "so ključnega pomena za to, kako razumemo nastanek tektonskih plošč v oceanih," pravi.

Negotova prihodnost

Potovanje je zanj vredna štiri desetletja dolga karieraJOIDES Resolucija, ki ga je ameriška nacionalna znanstvena fundacija (NSF) najela od zasebnega podjetja. Toda NSF je sporočil, da si ne more več privoščiti 72 milijonov dolarjev na leto, kolikor stane upravljanje ladje po izpolnitvi obveznosti IODP, in da bo program prekinjen. Zaradi tega so nekateri znanstveniki, zlasti tisti na začetku svoje kariere, negotovi glede prihodnosti tega področja, pravi Aled Evans, morski geolog na Univerzi v Southamptonu.

Preostali "velik izziv" za geoznanstvenike je vrtanje skozi bazaltno plast in čez mejo skorja-plašč - imenovano Mohorovičićeva diskontinuiteta ali "Moho". To bi jim omogočilo dostop do deviških kamnin plašča, ki niso reagirale z morsko vodo. "Nismo še vrtali v pravi plašč," pravi Abe. Presenetljivo gladko vrtanje v Lost Cityju je dobra napoved za te prihodnje poskuse japonske raziskovalne ladjeChikyubi bilo mogoče izvesti, dodaja. "Kamnine plašča so najpogostejši del celotnega našega planeta," pravi Evans. "Njihovo vzorčenje bi bilo bistveno za razumevanje, iz česa je sestavljen naš planet."