Zgodaj spomladi 1961 je skupina geologov začela vrtati luknjo v morskem dnu ob pacifiški obali Baje v Kaliforniji. Ekspedicija, prva, če je bila takšna, je bila začetna faza projekta, ki naj bi se prebil skozi Zemljino skorjo in dosegel spodnji plašč. Malokdo je vedel, da bodo njihova prizadevanja kmalu zasenčena, ko je maja istega leta John F. Kennedy začel dirko na Luno.
Sorodne vsebine
- Notranje Zemlje je prežeto z eksotičnimi oblikami življenja
- Končno vemo, koliko Zemlje z dino-ubijajočim asteroidom preoblikuje Zemljo
- Tu je en zelo dober razlog za vrtanje globlje v aktivno napako
- Globoko pod površjem se lahko pojavi drugi masiven ocean
Konec leta 1972 je po porabi več milijard dolarjev in s skupnimi napori tisoč znanstvenikov in inženirjev šest Apolonovih misij pristalo na Zemljinem orbitalnem spremljevalcu in domov prineslo več kot 841 funtov lunskih kamnin in zemlje.
Medtem so zemeljski geologi, ki so sanjali o vpogledu v notranje delovanje Zemlje, zaradi praznih proračunskih sredstev ostali praznih rok z ostanki različnih programov.
Od šestdesetih let prejšnjega stoletja so raziskovalci poskušali vrtati v plašč Zemlje, vendar še niso bili uspešni. Nekateri napori niso uspeli zaradi tehničnih težav; drugi so postali plen za razne vrste slabe sreče - tudi, kot so odkrili po dejstvu, nabiranje neprimernih pik za vrtanje. Kljub temu so ta prizadevanja pokazala, da tehnologija in strokovno znanje za vrtanje v plašč obstajata. In prva faza zadnjega poskusa doseganja tega pomembnega dela našega planeta je dolgočasna skozi tanko odsek oceanske skorje na jugozahodu Indijskega oceana.
Brez skrbi: Ko vrtalniki sčasoma prebijejo plašč, vroče staljena skala ne bo prerasla luknje in se razlila na morsko dno v vulkanskih izbruhih. Kljub temu da se plaščeve kamnine pretakajo, to počnejo s hitrostjo, ki ustreza hitrosti rasti nohta, pravi Holly Given, geofizičarka iz Scripps Instituta za oceanografijo v San Diegu.
Ogrinjalo je največji del tega planeta, ki mu pravimo dom, vendar znanstveniki z neposrednimi analizami o njem vedo razmeroma malo. Tanek furnir skorje, na katerem živimo, predstavlja približno en odstotek prostornine Zemlje. Notranje in zunanje jedro - trdne in tekoče mase, ki so večinoma narejene iz železa, niklja in drugih gostih elementov - zavzemajo le 15 odstotkov obsega planeta. Ogrinjalo, ki leži med zunanjim jedrom in skorjo, predstavlja približno 68 odstotkov mase planeta in kar 85 odstotkov njegove prostornine.
Zamislite si plašč kot svetilko lava velikosti planeta, kjer material nabira toploto na meji jedra plašča, postane manj gosta in se dviga v bujnih plitih do spodnjega roba Zemljine skorje, nato pa teče vzdolž tega stropa, dokler se ne ohladi in potone nazaj proti jedru. Kroženje v plašču je izjemno dolgočasno: Po eni oceni lahko kroženje od skorje do jedra in nazaj traja kar dve milijardi let.
Pridobitev neokrnjenega koščka plašča je pomembna, saj bi planetarnim znanstvenikom pomagala, da bolje ugotovijo surovine, iz katerih se je nabiralo Zemljo, ko je bil naš sončni sistem mlad. "Za to, iz česa je sestavljen svet, bi bila resnična resnica, " pravi Given. Njegova sestava bi prav tako dala namige o tem, kako se je na začetku oblikovala Zemlja in kako se je razvila v večplastno kroglo, ki jo danes živimo, pravi.
Znanstveniki lahko o plašču sklepajo veliko, tudi brez vzorca. Hitrosti in poti potresnih valov, ki gredo skozi planet, omogočajo vpogled v gostoto, viskoznost in splošne značilnosti prevleke, pa tudi, kako se te lastnosti razlikujejo od kraja do kraja. Prav tako se hitrost Zemljine skorje dvigne navzgor, potem ko jo stehtajo masivne ledene plošče, ki so se pred kratkim (v geološkem smislu) stopile.
Meritve magnetnega in gravitacijskega polja našega planeta dajejo še več informacij in zožijo vrste mineralov, ki jih lahko najdemo v globini, pravi Walter Munk, fizični oceanograf pri Scrippsu. Znanstvenik, ki je danes star 98 let, je bil del majhne skupine raziskovalcev, ki so idejo vrtanja v plašč prvič zasanjali leta 1957. Toda te posredne metode lahko znanstveniku povedo le toliko, ugotavlja. "Ni nobenega nadomestila, če bi imeli v rokah kos tistega, kar želite analizirati."
Raziskovalci imajo v roki vzorce plašča, ki pa niso neokrnjeni. Nekateri od njih so koščki kamna, ki se na površje Zemlje prenašajo z izbruhom vulkanov. Druge so dvignile navzgor z drobljenjem trkov med tektonskimi ploščami. Še drugi so se povzpeli do morskega dna po počasi širijo grebeni srednjega oceana, pravijo geologi Henry Dick in Chris MacLeod. Dick, iz oceanografske ustanove Woods Hole v Massachusettsu, in MacLeod z univerze Cardiff v Walesu sta sovoditelja odprave za globoko vrtanje, ki se šele zavija v jugozahodni Indijski ocean.
Vsi trenutni vzorci plašč so bili spremenjeni s postopki, ki so jih pripeljali na zemeljsko površje, bili izpostavljeni atmosferi ali podolgovali v morsko vodo v daljšem časovnem obdobju - po možnosti vse zgoraj. Ti vzorci plašč, ki so bili izpostavljeni zraku in vodi, so verjetno izgubili nekaj lažje raztopljenih originalnih kemičnih elementov.
Iz tega izhaja velika želja, da bi dobili nezanesljiv kos odeje, pravi Dick. Ko so znanstveniki na voljo, so lahko analizirali celotno kemijsko sestavo vzorca, pa tudi njegovo mineralogijo, ocenili gostoto kamnine in določili, kako enostavno prenaša toploto in potresne valove. Rezultate lahko primerjamo z vrednostmi, ki izhajajo iz posrednih meritev, ki potrjujejo ali oporekajo teh tehnik.
Vrtanje vse do plašča bi tudi geologom omogočilo, da na kratko pogledajo, kaj imenujejo Mohorovičićeva diskontinuiteta ali Moho. Nad to skrivnostno cono, imenovano po hrvaškem seizmologu, ki jo je odkril leta 1909, potresajo potresni valovi s hitrostjo 4, 3 milje na sekundo, s hitrostjo, ki ustreza valovom, ki potujejo skozi bazalt ali ohlajeno lavo. Pod Moho se valovi raztrgajo s hitrostjo približno 5 milj na sekundo, podobno kot hitrost, ki jo potujejo skozi ogljično skalo vrsto ognjene skale, imenovano peridotit. Moho običajno leži od 3 do 6 milj pod oceanskim dnom in kjer koli med 12 do 56 milj pod celinami.
To območje že dolgo velja za mejo skorje, kjer se material postopoma ohlaja in prilepi na prekrivno skorjo. Toda nekatere laboratorijske študije kažejo, da je možno, da Moho predstavlja območje, kjer voda, ki steče iz zgornje skorje, reagira z mantilnimi peridotiti in ustvari vrsto minerala, imenovan serpentin. Dick in MacLeod predlagata, da je ta možnost vznemirljiva. Geokemijske reakcije, ki ustvarjajo serpentin, proizvajajo tudi vodik, ki lahko nato reagira z morsko vodo, da ustvari metan, vir energije za nekatere vrste bakterij. Ali pa, ugotavljajo raziskovalci, bi bil Moho lahko nekaj drugega, kar je znanosti povsem neznano.
Ključ do odkritja skrivnosti plašča je iskanje pravega mesta, na katerem lahko vrtate. Ogrinjalo se dviga do oceanskega dna na grebenih sredi oceana, kjer se tektonske plošče počasi potisnejo narazen. Toda ti vzorci preprosto ne bodo delovali. Delo skozi nekaj kilometrov skorje pod oceanskim dnom znatno spremeni material, zaradi česar vzorček plašča ne predstavlja, kaj vse je globoko v Zemlji. Tudi vrtanje globlje na enem od teh grebenov je problematično, pravi Dick. "Na oceanskem grebenu ali njegovih neposrednih bokih je skorja prevroča, da bi lahko vrtali več kot približno dva kilometra."
Tako s svojimi sodelavci vrta na mestu v jugozahodnem Indijskem oceanu, imenovanem Atlantis Bank, ki leži približno 808 milj jugovzhodno od Madagaskarja. Dick pravi, da je ta lokal odličen kraj za odpravo vaje, pravi Dick.
Strukturna geologinja Carlotta Ferrando pregleda nekaj jeder zaradi zlomov in žil, ki ji lahko povejo, ali so bile kamnine deformirane. (Bill Crawford, IODP JRSO) 
Drobna, deformirana mineralna zrna v tem vzorcu spodnje skorje, narezana tanko in nasuta med materiali, tako da oddaja polarizirano svetlobo, kronika, kako se je delno staljena kamnina stisnila in raztegnila, ko se je dvigala proti morskemu dnu Atlantis Bank. (Bill Crawford, Mednarodni program za odkrivanje oceanov) 
Geolog James Natland (levo) in souredni znanstvenik odprave Henry Dick (sredi) in Chris MacLeod (desno) preučujeta tisto, za kar ekipa meni, da je najširše jedro, ki ga je program vrtanja oceana doslej izbral. (Benoit Ildefonse, IODP) Prvič, ta obliž morskega dna v Denverju sedi na oceanski skorji, stari približno 11 milijonov let, zaradi česar je dovolj hladen, da se lahko vrti v njega. Na drugi strani je vrh brega planota dolžine 9, 7 kvadratnih kilometrov, ki je oddaljena 2300 metrov od gladine oceana. Zaradi tega se tam dotakne dna oceana, v nasprotju s 3, 7 kilometra globokim morskim dnom v bližini, ki ga ni treba zaznati. Močni oceanski tokovi na tem območju preprečujejo kopičenje sedimentov na morskem dnu, zaradi česar je tam skorja v veliki meri izpostavljena. Prav tako je razmeroma tanek - prejšnja potresna raziskava območja je pokazala, da je tam skorja debela le 1, 6 milje.
Poleg tega se je oceanska skorja pod obalo Atlantisa oblikovala na odseku sredoceanskega grebena, kjer so se zgornje plasti nastale skorje širile v eni smeri od razkola, spodnje plasti pa so se premikale v drugo. Znanstveniki še niso prepričani, kako ali zakaj se je to zgodilo. Toda zaradi tako imenovanega asimetričnega širjenja, ki se verjetno zgodi na precejšnjem delu svetovnega grebena srednjega oceana, Atlantis Bank ni zasut s krhkimi plastmi zgornje skorje, ki bi se lahko vrtale in padle v luknjo, pravi Dick. Takšni odpadki lahko poškodujejo vrtalnik ali povzročijo njegovo zasegovanje, prav tako pa otežijo izpiranje manjših kosov kamna in blata iz luknje.
Kljub prednostim vrtanja v Atlantis Bank je odprava utrpela zaostanek, ki je skupni mnogim projektom vrtanja oceanov. Težave z nakladanjem ladje so začasno odložile ekipni odhod iz Colomba na Šrilanko za en dan. Ko je ekipa na kraju samem razbila vajo, preden so lahko izlupili koščke iz svoje luknje, so se morali spakirati in odpeljati bolnega člana posadke proti severu Mauritiusa, da bi se srečali z obalnim helikopterjem za medicinsko evakuacijo. Ladja, poimenovana JOIDES Resolution, se je vrnila po skoraj enem tednu vožnje in nato morala preživeti nekaj dni z močnim magnetom, da je poskušala povrniti koščke svojega polomljenega svedra.
Nikoli niso našli teh manjkajočih kosov. Toda med zadnjim trudom, ki je uporabil močan vakuum, da bi jih poskusil raztrgati, je odprava prinesla nazaj tisto, kar je morda največjega premera korita oceanske skorje. Jeklenka temne, grobozrnate kamnine, imenovana gabro, je dolga 7 centimetrov - trikrat večja od običajne velikosti - in 20 cm dolga.
Ciljna globina ekipe za to ekspedicijo je bila 4.265 čevljev v skorjo, komaj na polovici plašča. Na žalost je 22. januarja vrtanje pod morsko dno doseglo le globino 2.330 čevljev.
Ko bo ta članek objavljen, se bodo v banki Atlantis zaključile vrtalne operacije - za ta del projekta. Drugi, že odobreni del misije, upa, da bi nalogo dokončal in se zataknil v plašč. Toda to bi lahko bilo od dve do pet let od zdaj. Dick je močan konkurenčni čas za druge ladje, ki želijo vrtati drugje po svetu.
MacLeod pravi, da se znanstvena ekipa prve faze tega projekta ne bo odpravila s praznimi rokami. Pomembno je tudi pridobivanje vzorcev iz celotne Zemljine skorje. "Nimamo pojma, kakšen je osnovni sestavek oceanske skorje kjer koli na svetu, " pravi Dick. Spodnje skorje, ki so bile prej pridobljene z drugih globinskih vrtanj, niso nič takega, kot so raziskovalci pričakovali, pravi.
Projekt Atlantis Bank bi omogočil pregled kemične sestave spodnje skorje. Celoten profil skozi celoten sloj bi pomagal znanstvenikom, da razumejo, kako se magme kemično in fizično preoblikujejo tam - vključno s tem, kako se plaščenje kristalizira in pritrdi na spodnjo površino skorje.
Ko raziskovalci na koncu dobijo svoj vzorec plašč, lahko druge ekipe pri projektu pošljejo z lastnimi eksperimenti, pravi MacLeod. "Prihodnje odprave bodo morda leta, ki spustijo instrumente, v luknjo spustile." Na primer, seizmologi lahko pošljejo senzorje dol v globoko luknjo in nato neposredno izmerijo hitrosti potresnih valov, ki pulzirajo po Zemljini skorji, namesto da bi jih laboratorijsko sklepali testi na majhnih vzorcih kamna. Raziskovalci lahko spustijo tudi niz temperaturnih senzorjev v luknjo za merjenje pretoka toplote iz notranjosti našega planeta.
Nedvomno bodo vzorci oceanske skorje in ogrinjala, ki so bili sčasoma odstranjeni iz banke Atlantis, pa tudi podatki, zbrani iz luknje za seboj, geologe in geofizike še naprej zaposlovali v prihodnjih desetletjih. Toda potrpežljivost je vrlina, in Dick, MacLeod in njihovi geofizični bratje počnejo že desetletja.
Opomba urednika: Ta članek je bil posodobljen, da bi popravil dodelitev potresne raziskave banke Atlantis.
