U rano proljeće 1961. godine skupina geologa započela je s bušenjem rupa u morskom dnu kraj pacifičke obale Baje u Kaliforniji. Ekspedicija, prva ako bude takve vrste, bila je početna faza projekta koji je imao namjeru probiti se kroz Zemljinu koru i stići do ispod nje. Malo su znali da će njihovi napori uskoro biti zasjenjeni kada je John F. Kennedy u svibnju te godine pokrenuo utrku na Mjesec.
Povezani sadržaj
- Unutarnja je zemlja ispunjena egzotičnim oblicima života
- Konačno znamo koliko je Zemlje preoblikovanih dino ubijanja
- Evo jednog vrlo dobrog razloga za bušenje duboko u aktivnu grešku
- Može postojati drugi masivni ocean duboko ispod površine
Krajem 1972., nakon što su potrošili milijarde dolara i zajedničkim naporima tisuća znanstvenika i inženjera, šest Apolonovih misija sletjelo je na Zemljinu orbitalnu pratnju i donijelo kući više od 841 kilograma mjesečevih stijena i tla.
U međuvremenu, zemljopisni geolozi koji su sanjali da uvide u Zemljinu unutarnju obradu ostali su praznih ruku s ostacima različitih programa zahvaljujući smanjenju proračuna.
Od 1960-ih, istraživači su pokušali izbušiti na Zemljinom plaštu, ali još uvijek nisu postigli uspjeh. Neki napori nisu uspjeli zbog tehničkih problema; drugi su postali plijen raznih vrsta loše sreće - uključujući, kako je otkriveno nakon činjenice, branje neprimjerenih mjesta za bušenje. Unatoč tome, ti su napori pokazali da tehnologija i stručnost za bušenje na plaštu postoje. A sada je prva faza najnovijeg pokušaja postizanja ovog važnog dijela naše planete dosadna kroz tanki dio oceanske kore na jugozapadu Indijskog oceana.
Ne brinite: Kad bušilice na kraju probiju plašt, vruća stijena stijena neće probušiti rupu i proliti se na morsko dno u vulkanskoj erupciji. Iako stijene plašta teku, one to rade brzinom sličnom brzini rasta nokta, kaže Holly Given, geofizičarka iz Scripps Instituta za oceanografiju u San Diegu.
Ogrtač je najveći dio ovog planeta koji nazivamo domom, ali znanstvenici o njemu znaju relativno malo izravnom analizom. Tanki furnir kore na kojem živimo čini oko jedan posto volumena Zemlje. Unutarnja i vanjska jezgra - čvrste i tekuće mase koje su velikim dijelom izrađene od željeza, nikla i drugih gustih elemenata - zauzimaju tek 15 posto volumena planete. Plašt koji leži između vanjske jezgre i kore čini oko 68 posto mase planeta i nevjerojatnih 85 posto njegovog volumena.
Zamislite plašt kao lava-svjetiljka veličine planeta gdje materijal skuplja toplinu na granici plašta jezgre, postaje manje gust i diže se uz plutajuće plutove do donjeg ruba Zemljine kore, a onda teče duž tog stropa dok se ne ohladi i ne potone natrag prema jezgri. Kruženje u plaštu izuzetno je tromo: prema jednoj procjeni, povratno kretanje od kore do jezgre i natrag može potrajati čak dvije milijarde godina.
Dobivanje netaknutog komadića plašta važno je jer će to pomoći planetarnim znanstvenicima da bolje utvrde sirovine iz kojih se Zemlja akreditirala kada je naš Sunčev sustav bio mlad. "Bilo bi temeljna istina od čega se svijet sastoji", kaže Given. Njezin će sastav također pružiti tragove o tome kako se Zemlja u početku formirala i kako se razvila u višeslojnu kuglu u kojoj danas živimo, kaže ona.
Znanstvenici mogu zaključiti puno o plaštu, čak i bez uzorka. Brzine i putovi potresnih valova nastalih zemljotresom koji prolaze planetom pružaju uvid u gustoću, viskoznost i ukupne karakteristike plašta, kao i na to kako se ta svojstva razlikuju od mjesta do mjesta. I brzina kojom se Zemljina kora izdiže nagore nakon što je bila opterećena masivnim ledenim plohama koje su se nedavno (u geološkom pogledu) rastopile.
Mjerenja magnetskog i gravitacijskog polja našeg planeta daju još više informacija, sužavajući vrste minerala koji se mogu naći u dubini, kaže Walter Munk, fizički oceanograf iz Scrippsa. Znanstvenik, koji sada ima 98 godina, bio je dio male skupine istraživača koji su prvi put sanjali o ideji bušenja u plašt 1957. No, ove neizravne metode mogu naučniku reći toliko puno, napominje. "Nema zamjene za to što u ruke imaš komad onoga što želiš analizirati."
Istraživači imaju u ruci uzorke plašta, ali oni nisu netaknuti. Neki od njih su komadići kamenja nošeni na Zemljinu površinu erupcijom vulkana. Ostali su podizani prema gore padom sudara između tektonskih ploča. Ipak, drugi su se uzdizali do morskog dna usporeno raširenim grebenima u srednjem okeanu, kažu geolozi Henry Dick i Chris MacLeod. Dick, s oceanografske ustanove Woods Hole u Massachusettsu, i MacLeod sa Sveučilišta Cardiff u Walesu su suvoditelji ekspedicije za duboko bušenje koja se upravo završava u jugozapadnom Indijskom oceanu.
Svi trenutni uzorci plašta promijenjeni su postupcima koji su ih doveli do Zemljine površine, bili izloženi atmosferi ili potopili u morsku vodu duži vremenski period - možda sve gore navedeno. Ti uzorci plašta izloženi zraku i vodi vjerojatno su izgubili neke od svojih lako otopljenih izvornih kemijskih elemenata.
Otuda proizlazi velika želja da se dobije nepouzdan komad plašta, kaže Dick. Nakon što su dostupni, znanstvenici su mogli analizirati ukupni kemijski sastav uzorka kao i njegovu mineralogiju, procijeniti gustoću stijena i utvrditi koliko lako provodi toplotni i seizmički valovi. Rezultati se mogu usporediti s vrijednostima dobivenim iz neizravnih mjerenja, potvrđivanjem ili osporavanjem tih tehnika.
Bušenje sve do plašta također bi geologima dalo uvid u ono što nazivaju Mohorovičićevim diskontinuitetom ili Moho, ukratko. Iznad te misteriozne zone, nazvane po hrvatskom seizmologu koji ju je otkrio 1909., seizmički valovi putuju brzinom od 4, 3 milje u sekundi, brzinom koja je u skladu s onim valovima koji prolaze kroz bazalt ili hlađenu lavu. Ispod Mohoa valovi se vrte brzinom od oko 5 milja u sekundi, slično brzini kojom prolaze kroz sigastu stijenu magnetske stijene nazvane peridotit. Moho obično leži između 3 do 6 milja ispod oceanskog dna i bilo gdje između 12 do 56 milja ispod kontinenata.
Ova se zona od davnina smatra granicom plašta gdje se materijal postupno hladi i zalijepi za gornju koru. No neke laboratorijske studije sugeriraju da je moguće da Moho predstavlja zonu u kojoj voda koja prodire iz gornje kore reagira s peridotitima plašta kako bi stvorila vrstu minerala zvanog serpentin. Ova je mogućnost uzbudljiva, predlažu Dick i MacLeod. Geokemijske reakcije koje stvaraju serpentin također stvaraju vodik, koji tada može reagirati s morskom vodom, čime se proizvodi metan, izvor energije za neke vrste bakterija. Ili, napominju istraživači, Moho bi mogao biti nešto sasvim potpuno nepoznato znanosti.
Ključ za otključavanje tajni plašta je pronalazak pravog mjesta na kojem ćete bušiti. Materijal ogrtača izdiže se do dna oceana na grebenima srednjeg okeana, gdje se tektonske ploče polako razdvajaju. Ali ti uzorci jednostavno neće uspjeti. Prolazeći kroz nekoliko kilometara kore ispod oceanskog dna znatno mijenja materijal, čineći uzorak plašta nepristojnim onim što je duboko u Zemlji. I bušenje dublje na jednom od tih grebena također je problematično, kaže Dick. "Na oceanskom grebenu ili u njegovim neposrednim bočnim dijelovima kora je previše vruća da bi se mogla bušiti više od otprilike jednog ili dva kilometra."
Stoga on i njegove kolege buše na mjestu u jugozapadnom Indijskom oceanu pod nazivom Atlantis Bank, koje leži oko 808 kilometara jugoistočno od Madagaskara. Dick kaže da je ovaj lokalitet izvrsno mjesto za vježbe u ekspediciji, kaže Dick.
Strukturna geologinja Carlotta Ferrando ispituje neke jezgre zbog lomova i vena koje joj mogu reći jesu li stijene deformirane. (Bill Crawford, IODP JRSO) 
Sićušna, deformirana mineralna zrnca u ovom uzorku donje kore, tanko narezana narezan na sendvič između materijala, tako da propušta polarizirano svjetlo, kronika kako se djelomično rastopljena stijena istisnula i ispružila dok se uspinjala prema morskom dnu Atlantidanske obale. (Bill Crawford, Međunarodni program otkrića okeana) 
Geolog James Natland (lijevo) i znanstveni suradnici ekspedicije Henry Dick (sredina) i Chris MacLeod (desno) pregledavaju ono što tim smatra najvećom jezgrom koju je program bušenja okeana ikad pronašao. (Benoit Ildefonse, IODP) Za jednu, ovaj mrlja morskog dna veličine Denvera nalazi se na gornjoj oceanskoj kore staroj oko 11 milijuna godina, što ga čini dovoljno hladnim da se u njega uvuče. Za drugo, vrh obale je visoravan veličine 9, 7 četvornih kilometara, koji se nalazi na oko 2300 metara od površine oceana. Zbog toga je tamno dno oceana, za razliku od dubokog morskog dna u dužini od 3, 7 milja, bez imalo smisla. Snažne oceanske struje u tom području sprečavale su sedimente da se nakupljaju na morskom dnu, održavajući tamošnju kore u velikoj mjeri. Također je relativno tanak - prethodnim seizmičkim pregledom područja utvrđeno je da je tamošnja kora debela samo 1, 6 kilometara.
Štoviše, oceanska kora ispod obale Atlantis formirala se na dijelu srednjo-oceanskog grebena gdje su se gornji slojevi matične kore širili u jednom smjeru od pukotine, dok su se donji slojevi kretali u drugom. Znanstvenici još nisu sigurni kako se ili zašto se to dogodilo. No, zbog takozvanog asimetričnog širenja, koje se vjerojatno događa na znatnom dijelu svjetskog grebena na srednjem okeanu, Atlantis banka nije prekrivena krhkim slojevima gornje kore koji se mogu raspasti i pasti u rupu dok se buši., kaže Dick. Takve krhotine mogu oštetiti bušilicu ili otežati njeno sakupljanje, kao i otežati istjeranje manjih komada stijene i blata iz rupe.
Unatoč prednostima bušenja u Atlantis banci, ekspedicija je pretrpjela zaostatke uobičajene za mnoge projekte bušenja u oceanima. Problemi s utovarom broda odgodili su odlazak tima iz Colomba na Šri Lanku za jedan dan. Jednom kada je tim srušio mjesto za bušenje, ali prije nego što su mogli izvaditi komade iz svoje rupe, morali su se spakirati i odvesti bolesnog člana posade sjeverno prema Mauricijusu kako bi se upoznali s obalnim helikopterom za medicinsku evakuaciju. Brod, nazvan JOIDES Rezolucija, vratio se nakon gotovo tjedan dana vožnje, a zatim je morao provesti nekoliko dana koristeći snažni magnet kako bi pokušao vratiti komade svoje slomljene bušilice.
Nikada nisu pronašli te nedostajuće komade. Ali tijekom pokušaja posljednjeg rova koristeći jak vakuum kako bi ih pokušao progutati, ekspedicija je vratila ono što je možda bio oporavak najvećeg promjera oceanske kore ikad oporavljen. Cilindar tamne, grubozrnate stijene, nazvan gabro, širok je 7 inča - tri puta više od normalne veličine - i dugačak je 20 inča.
Timska dubina cilja za ovu ekspediciju bila je 4.265 stopa u koru, jedva na pola puta do plašta. Nažalost, od 22. siječnja bušenje je doseglo dubinu od 2.330 metara ispod morskog dna.
Do trenutka objavljivanja ovog članka, operacije bušenja bit će završene u Atlantis banci - za ovaj dio projekta. Nadamo se da će drugi, već odobreni dio misije dovršiti zadatak i upasti u plašt. Ali to bi moglo biti od dvije do pet godina od sada. Dick je jaka konkurencija brodskih vremena drugih timova koji žele vježbati drugdje u svijetu.
Znanstveni tim ipak neće otići iz prve faze ovog projekta praznih ruku, kaže MacLeod. Važno je i prikupljanje uzoraka iz Zemljine kore. "Nemamo pojma koliki je najveći sastav okeanske kore bilo gdje na svijetu", kaže Dick. Stijene niže kore prethodno oporavljene s drugih nalazišta dubokog bušenja nisu ništa slično onome što su istraživači očekivali, kaže on.
Projekt Atlantis banke omogućio bi sagledavanje kemijskog sastava donje kore. A cjelovit profil kroz cijeli sloj pomogao bi znanstvenicima da shvate kako se magme kemijski i fizički transformiraju - uključujući to kako se plašteve stijene kristaliziraju i pričvršćuju na donju površinu kore.
Nakon što istraživači konačno dobiju uzorak plašta, drugi timovi mogu poslati svoje projekte eksperimentima, kaže MacLeod. „Buduće ekspedicije možda će godinama spuštati instrumente kroz rupu.“ Na primjer, seizmolozi mogu poslati senzore u dubinu od milja i zatim izravno izmjeriti brzine seizmičkih valova koji pulsiraju kroz Zemljinu koru, umjesto da ih zaključuju laboratorijskim putem testovi na malim uzorcima stijena. Istraživači također mogu spustiti niz senzora temperature u rupu kako bi izmjerili protok topline iz unutrašnjosti našeg planeta.
Nesumnjivo, uzorci oceanske kore i plašta na kraju dohvaćeni iz banke Atlantis - kao i podaci prikupljeni iz rupe za sobom - geolozi i geofizičari će ostati zaokupljeni desetljećima koja će uslijediti. Ali strpljenje je vrlina, a danje vrijeme nude ono što Dick, MacLeod i njihova geofizička braća rade desetljećima.
Napomena urednika: Ovaj je članak ažuriran kako bi ispravio atribuciju seizmičkog pregleda Atlantis banke.
