Varhain keväällä 1961 ryhmä geologeja aloitti reikien poraamisen merenpohjaan Kalifornian Baja-Tyynenmeren rannikolta. Ensimmäinen laatuaan oleva retkikunta oli hankkeen alkuvaihe, jonka tarkoituksena oli lävistää maankuoren läpi ja päästä alla olevaan vaippaan. Juuri he tiesivät, että heidän pyrkimyksensä varjoon pian, kun John F. Kennedy käynnisti kilpailun kuuhun kyseisen vuoden toukokuussa.
Asiaan liittyvä sisältö
- Sisämaa on täynnä eksoottisia elämänmuotoja
- Viimeinkin tiedämme, kuinka paljon dino-tappaminen asteroidi muutti maata
- Tässä on yksi erittäin hyvä syy porata syvä aktiiviseen vikaan
- Siellä voi olla toinen massiivinen valtameri syvällä pinnan alla
Vuoden 1972 loppuun mennessä, kuluttaen miljardeja dollareita ja tuhansien tutkijoiden ja insinöörien kollektiivisella ponnisteella, kuusi Apollo-operaatiota laskeutui maan kiertoradalle ja toi kotiin yli 841 kiloa kuukiviä ja maaperää.
Samaan aikaan maapallon geologit, jotka haaveilivat saavansa näkemyksen Maan sisäisestä toiminnasta, jätettiin budjettileikkausten ansiosta tyhjiksi käsiksi erilaisten ohjelmien jäännösten kanssa.
1960-luvulta lähtien tutkijat ovat yrittäneet porata maan vaipan, mutta eivät ole vielä tavanneet menestystä. Jotkut ponnistelut epäonnistuivat teknisten ongelmien takia; toiset ovat joutuneet saaliin monenlaisille huonoille onnoille - kuten, kuten tosiasiassa todettiin, poimimattomien pisteiden poiminta. Siitä huolimatta nämä pyrkimykset ovat osoittaneet, että vaipan poraamiseen tarvittava tekniikka ja asiantuntemus ovat olemassa. Ja nyt ensimmäinen vaihe viimeisimmässä yrityksessä päästä tähän tärkeään osaan planeettamme on tylsää ohuen merilevyn läpi Intian valtameren lounaisosassa.
Älä huoli: Kun poraimet lopulta lävistävät vaipan, kuuma sula sulakivi ei kasva reikään ja valuu merenpohjaan tulivuorenpurkauksen yhteydessä. Vaikka vaippakivet virtaavat, ne tekevät sen kynnen kasvunopeudella vastaavalla nopeudella, sanoo San Diegon Scrippsin merentutkimuslaitoksen geofysiikko Holly Given.
Vaippa on suurin osa tätä planeettaa, jota kutsumme kotiin, mutta tutkijat tietävät siitä suhteellisen vähän suoran analyysin avulla. Ohuen kuoren viilu, jossa elämme, muodostaa noin yhden prosentin maapallon tilavuudesta. Sisäinen ja ulkoinen ydin - kiinteät ja nestemäiset massat, jotka ovat pääosin rautaa, nikkeliä ja muita tiheitä elementtejä - vievät vain 15 prosenttia planeetan tilavuudesta. Vaippa, joka sijaitsee uloimman ytimen ja kuoren välissä, muodostaa arviolta 68 prosenttia planeetan massasta ja mahtava 85 prosenttia sen tilavuudesta.
Ajattele vaippaa planeettakokoisena laavavalaisimena, jossa materiaali kerää lämpöä ytimen vaipan rajalla, muuttuu vähemmän tiheäksi ja nousee vilkkuvissa plumeissa maankuoren alareunaan ja virtaa sitten kattoa pitkin, kunnes se jäähtyy ja uppoaa takaisin kohti ydintä. Kiertäminen vaipassa on poikkeuksellisen hiljaa: Yhden arvion mukaan edestakainen kulku kuoresta ytimeen ja takaisin voi kestää jopa 2 miljardia vuotta.
Vaiheen turmeltumattoman kappaleen hankkiminen on tärkeää, koska se auttaisi planeettatutkijoita paremmin selvittämään raaka-aineet, joista maapallo käytti aurinkojärjestelmämme ollessa nuori. "Se olisi perusteellista, mistä maailma on tehty", sanoo Given. Sen koostumus tarjoaisi myös vihjeitä siitä, miten Maa alun perin muodostui ja miten se kehittyi monikerroksiseksi palloksi, jossa nykyään asumme, hän sanoo.
Tutkijat voivat päätellä paljon vaipasta, jopa ilman näytettä. Maanjäristyksen aiheuttamien seismisten aaltojen nopeudet ja polut, jotka kulkevat planeetan läpi, antavat käsityksen vaipan tiheydestä, viskositeetista ja kokonaisominaisuuksista, samoin kuin kuinka nämä ominaisuudet vaihtelevat paikasta toiseen. Samoin nopeus, jolla maapallonkuori nousee ylöspäin sen jälkeen kun punnitaan massiivisilla jäälevyillä, jotka ovat viime aikoina (geologisessa mielessä) sulanut.
Maapallomme magneettikentän ja painovoimakentän mittaukset antavat vielä enemmän tietoa, mikä kaventaa mineraalityyppejä, joita syvyydessä voi olla, sanoo Scrippsin fyysinen valtameri, Walter Munk. Tutkija, nyt 98, oli osa pientä ryhmää tutkijoita, jotka haaveilivat ensin vaipan poraamisesta vuonna 1957. Mutta nämä epäsuorat menetelmät voivat kertoa tutkijalle vain niin paljon, hän toteaa. "Ei voida korvata sitä, että sinulla on käsissäsi sellainen kappale, jota haluat analysoida."
Tutkijoilla on näytteitä vaipasta kädessä, mutta he eivät ole koskemattomia. Jotkut heistä ovat kiviarttuja, jotka kulkeutuvat maanpintaan tulivuorenpurkaamalla. Muita nostettiin ylöspäin ryppyisillä törmäyksillä tektonisten levyjen välillä. Toiset ovat nousseet merenpohjaan pitkin hitaasti leviäviä keskimeren harjuja, sanovat geologit Henry Dick ja Chris MacLeod. Dick, Massachusettsin Woods Hole -meteorologisesta instituutista, ja MacLeod, Walesin Cardiffin yliopistosta, ovat syvän porausmatkan johtajaita, jotka ovat juuri kääntymässä Intian valtameren lounaisosaan.
Kaikkia nykyisiä vaipanäytteitä on muutettu prosesseilla, joiden avulla ne saatettiin maan pinnalle, altistettiin ilmakehään tai upotettiin meriveteen pitkään - mahdollisesti kaikki edellä mainitut. Ne ilmalle ja vedelle altistetut vaippanäytteet ovat todennäköisesti menettäneet osan helpommin liukenevista alkuperäisistä kemiallisista alkuaineistaan.
Tästä syystä suuri halu saada tyhjennetty vaipan vaippa, Dick sanoo. Saatuaan tutkijat voivat analysoida näytteen yleisen kemiallisen koostumuksen ja sen mineralogian, arvioida kallion tiheyden ja määrittää, kuinka helposti se johtaa lämpöä ja seismisiä aaltoja. Tuloksia voitaisiin verrata arvoihin, jotka on johdettu epäsuorista mittauksista, validoimalla tai kiistämällä kyseiset tekniikat.
Poraaminen vaippaan asti antaisi myös geologeille katsoa, mitä he kutsuvat lyhytaikaisesti Mohorovičić-epäjatkuvuudeksi tai Mohoksi. Tämän salaperäisen vyöhykkeen yläpuolella, joka nimettiin kroattiselle seismologille, joka löysi sen vuonna 1909, seismiset aallot kulkevat noin 4, 3 mailia sekunnissa, nopeudella, joka vastaa basaltin tai jäähdytetyn laavan läpi kulkevia aaltoja. Mohon alapuolella aallot räpyvät noin 5 mailia sekunnissa, samalla nopeudella kuin ne kulkevat piidioksidin huonon tyyppisen magneettikallion läpi, nimeltään peridotiitti. Moho on tyypillisesti 3–6 mailia merenpohjan alapuolella ja missä tahansa välillä 12–56 mailia mantereiden alapuolella.
Tätä vyöhykettä on pitkään pidetty kuoren vaipan rajana, jossa materiaali jäähtyy vähitellen ja tarttuu päällä olevaan kuoreen. Mutta jotkut laboratoriotutkimukset viittaavat siihen, että on mahdollista, että Moho edustaa vyöhykettä, jolla päällekuoresta imemässä oleva vesi reagoi vaipan peridotiittien kanssa muodostaen serpentiiniksi kutsutun mineraalityypin. Tämä mahdollisuus on jännittävä, Dick ja MacLeod ehdottavat. Seropentiiniä tuottavat geokemialliset reaktiot tuottavat myös vetyä, joka voi sitten reagoida meriveden kanssa tuottaa metaania, energialähde tietyntyyppisille bakteereille. Tai, tutkijat huomauttavat, Moho voi olla jotain muuta täysin tuntematonta tieteelle.
Vaipan salaisuuksien avaamisen avain on löytää oikea paikka, johon porata. Vaippamateriaali nousee merenpohjaan valtameren puolivälissä, missä tektoniset levyt hitaasti toisistaan. Mutta nuo näytteet eivät vain tee. Muutaman mailin kuoren läpi merenpohjan alla tapahtuva muutos muuttaa materiaalia huomattavasti, jolloin vaipanäyte ei edusta sitä, mikä on maan sisällä. Ja poraus syvemmälle yhteen näistä harjuista on myös ongelmallista, Dick sanoo. "Valtameren harjanteella tai sen välittömillä kyljillä kuori on liian kuuma poratakseen yli yhden tai kaksi kilometriä."
Joten hän ja hänen kollegansa poraavat paikalla Intian valtameren lounaisosassa nimeltään Atlantis Bank, joka sijaitsee noin 808 mailia kaakkoon Madagaskarista. Monet tekijät tekevät tästä paikasta erinomaisen paikan retkikunnan poraamiseen, Dick sanoo.
Rakennegeologi Carlotta Ferrando tutkii joitain sydämiä murtumien ja suonien suhteen, mikä voi kertoa hänelle, ovatko kivet muodonmuutos. (Bill Crawford, IODP JRSO) 
Pienet, epämuodostuneet mineraalijyvät tässä alakuoren näytteessä, viipaloidut ohuiksi ja kerrostettuina materiaalien väliin siten, että se välittää polarisoitunutta valoa, kuvaamaan kuinka osittain sula kivi puristettiin ja venytettiin, kun se nousi kohti Atlantin pankin merenpohjaa. (Bill Crawford, kansainvälinen valtameren etsintäohjelma) 
Geologi James Natland (vas.) Ja retkikunnan päätutkijat Henry Dick (keskellä) ja Chris MacLeod (oikealla) tarkastelevat sitä, mitä joukkue uskoo olevan kaikkien aikojen laajin ydin, jonka valtamerten porausohjelma on hyödyntänyt. (Benoit Ildefonse, IODP) Yksi, tämä Denverin kokoinen merenpohjan laastari istuu valtamerenkuoren huipulla, joka on noin 11 miljoonaa vuotta vanha, joten se on tarpeeksi viileä poratakseen. Toisaalta rannan yläosa on 9, 7-neliö mailin tasangolla, joka sijaitsee 2 300 metrin päässä valtameren pinnasta. Se tekee merenpohjan napauttamisesta siellä, toisin kuin lähellä olevan 3, 7 mailin syvän merenpohjan, ei-braineri. Alueen voimakkaat merivirrat ovat estäneet sedimenttien kasaantumisen merenpohjaan pitäen siellä olevan kuoren paljolti paljaana. Se on myös suhteellisen ohut - edellisessä alueen seismisessä tutkimuksessa todettiin, että kuore on vain 1, 6 mailin paksuinen.
Lisäksi Atlantis-pankin alla sijaitseva valokuori muodostui valtameren harjanteen keskikohdasta, jossa syntyvän kuoren ylemmät kerrokset levisivät yhteen suuntaan raon kohdalta, kun taas alakerrokset liikkuivat toisessa. Tutkijat eivät ole vielä varmoja kuinka tai miksi näin tapahtui. Mutta johtuen tästä ns. Epäsymmetrisestä leviämisestä, jota todennäköisesti esiintyy huomattavassa osassa maailman keskimeren harjuja, Atlantis-pankkia ei peitetä haurailla yläkuoren kerroksilla, jotka voivat särkyä ja pudota reikään, kun sitä porataan, Dick sanoo. Tällaiset roskat voivat vaurioittaa poranterää tai aiheuttaa sen tarttumisen, samoin kuin vaikeuttaa pienempien kivi- ja mutaerien huuhtelua reiästä.
Huolimatta Atlantis-pankin porauksen eduista, retkikunta on kärsinyt takaiskuja, jotka ovat yhteisiä monille valtamertenporausprojekteille. Laivan lastaamiseen liittyvät ongelmat viivästyttivät ryhmän lähtöä Colombosta, Sri Lankasta, päivällä. Paikalla paikan päällä joukkue rikkoi poran, mutta ennen kuin he pystyivät kalastamaan palat aukostaan, heidän piti pakata ja viedä sairas miehistön jäsen pohjoiseen Mauritiuksen suuntaan tapaamaan rannalla sijaitsevaa helikopteria lääketieteellistä evakuointia varten. Laiva, nimeltään JOIDES-päätöslauselma, palasi melkein viikon kuluttua ja joutui sitten viettämään pari päivää vahvalla magnetilla yrittääkseen palauttaa rikki poranteränsä.
He eivät koskaan löytäneet niitä puuttuvia kappaleita. Mutta viimeisen ojan ponnistelujen aikana voimakkaan tyhjiön avulla yrittäessään hieroa niitä ylöspäin, retkikunta toi takaisin sen, mikä voi olla valtamerenkuoreen suurin halkaisijaltaan oleva palo, joka koskaan on toipunut. Tumman, karkean jyvän kalliosylinteri, nimeltään gabbro, on 7 tuumaa poikki - kolme kertaa normaalikokoinen - ja 20 tuumaa pitkä.
Joukkueen tavoitesyvyys tähän retkikuntaan oli 4 265 jalkaa kuoreen, tuskin puolivälissä vaipan päähän. Valitettavasti 22. tammikuuta alkaen poraus oli saavuttanut vain 2330 metrin syvyyden merenpohjan alla.
Tämän artikkelin julkaisemiseen mennessä poraustoimenpiteet tehdään Atlantis-pankissa - tätä projektin osaa varten. Toinen, jo hyväksytty operaation osa, toivottavasti suorittaa tehtävän ja napata vaippaan. Mutta se voi olla missä tahansa kahdesta viiteen vuoteen. Dick toteaa, että kilpailu muiden maiden joukkueiden, jotka haluavat porata muualla maailmassa, laiva-aikaa.
Tiederyhmä ei kuitenkaan pääse tämän projektin ensimmäisestä vaiheesta tyhjin käsin, MacLeod sanoo. Näytteiden talteenotto koko maankuoresta on myös tärkeää. "Meillä ei ole aavistustakaan, mikä valtamerenkuoren suurin koostumus on missä tahansa maapallon kohdassa", Dick sanoo. Muista syväporauspaikoista aiemmin talteen otetut alakuorekivet eivät ole olleet mikään tutkijoiden odottama, hän sanoo.
Atlantis Bank -hanke tarjoaisi katsauksen alakuoren kemialliseen koostumukseen. Ja täydellinen profiili koko kerroksen läpi auttaisi tutkijoita ymmärtämään, kuinka magmat muuttuvat siellä kemiallisesti ja fysikaalisesti - mukaan lukien miten vaippakivet kiteytyvät ja kiinnittyvät kuoren alapintaan.
Kun tutkijat lopulta saavat vaipanäytteen, muut ryhmät voivat takaapäin projektiin omilla kokeilla, MacLeod sanoo. "Tulevat retkikunnat saattavat pudottaa instrumentteja reikään tulevina vuosina." Esimerkiksi seismologit voivat lähettää anturit mailin syvyyteen, ja sitten mitata suoraan maankuoren läpi virtaavien seismisten aaltojen nopeudet sen sijaan, että johdattaa niitä laboratorion kautta. testit pienillä kivinäytteillä. Tutkijat voivat myös laskea lämpötilan antureiden sarjan reikään mittaamaan lämpövirtausta planeettamme sisätiloista.
Epäilemättä Atlantin pankista lopulta otetut valtamerenkuoren ja -vaipanäytteet - samoin kuin jäljelle jääneestä reiästä kerätyt tiedot - pitävät geologit ja geofysiikot kiireisenä tulevina vuosikymmeninä. Mutta kärsivällisyys on hyve, ja heidän aikansa sitominen on mitä Dick, MacLeod ja heidän geofysikaaliset veljensä ovat tehneet vuosikymmenien ajan.
Toimittajan huomautus: Tämä artikkeli on päivitetty korjaamaan Atlantis Bankin seismisen tutkimuksen määrittely.
