Na začátku roku 1961 začala skupina geologů vrtat díru do mořského dna u tichomořského pobřeží Baja California. Expedice, první, pokud svého druhu, byla počáteční fází projektu, jehož cílem bylo prorazit zemskou kůru a dosáhnout základního pláště. Věděli jen málo, že jejich úsilí bude brzy zastíněno, když John F. Kennedy zahájil závod na Měsíc v květnu téhož roku.
Související obsah
- Vnitřní Země se hemží exotickými formami života
- Konečně víme, kolik Země přetvořilo asteroidy zabíjející dino
- Zde je jeden velmi dobrý důvod k tomu, abyste se do hloubky aktivního problému vyvrtali
- Může být druhá masivní oceán hluboko pod povrchem
Na konci roku 1972, po vynaložení miliard dolarů a prostřednictvím kolektivního úsilí tisíců vědců a techniků, šest misí Apolla přistálo na orbitální společnici Země a přineslo domů více než 841 liber měsíčních hornin a půdy.
Mezitím zemští geologové, kteří snili o zahlédnutí vnitřních funkcí Země, zůstali díky škrty v rozpočtu prázdné zbytky různých programů.
Od šedesátých let se vědci pokoušejí vrtat do zemského pláště, ale dosud se nesetkali s úspěchem. Některé snahy selhaly kvůli technickým problémům; jiní padli na kořist k různým druhům smůly - včetně toho, jak bylo zjištěno poté, vybírání nevhodných míst k vrtání. Nicméně toto úsilí ukázalo, že technologie a odborné znalosti pro vrtání do pláště existují. A nyní první fáze posledního pokusu dosáhnout této důležité části naší planety nudí tenkou částí oceánské kůry v jihozápadním Indickém oceánu.
Nedělejte si starosti: Když vrtačky nakonec proniknou pláštěm, horká roztavená hornina nevnikne do díry a nevysype se na mořské dno při sopečné erupci. Ačkoli pláště horniny proudí, dělají tak rychlostí podobnou rychlosti růstu nehtu, říká Holly Given, geofyzik z Scripps Institution of Oceanography v San Diegu.
Plášť je největší částí této planety, kterou nazýváme domovem, ale vědci o ní vědí relativně málo přímou analýzou. Tenká dýha kůry, na které žijeme, tvoří asi jedno procento zemského objemu. Vnitřní a vnější jádro - pevné a kapalné hmoty, které jsou převážně vyrobeny ze železa, niklu a dalších hustých prvků - zabírá pouze 15 procent objemu planety. Plášť, který leží mezi vnějším jádrem a kůrou, tvoří odhadem 68 procent hmotnosti planety a neuvěřitelných 85 procent jejího objemu.
Představte si plášť jako lávovou lampu velikosti planety, kde materiál shromažďuje teplo na rozhraní jádro-plášť, stává se méně hustým a stoupá vznášejícími se oblaky k spodnímu okraji zemské kůry, a pak teče podél tohoto stropu, dokud neochladí a neklesne zpět k jádru. Cirkulace v plášti je výjimečně mizerná: Podle jednoho odhadu může cesta kolem krust do jádra a zpět trvat až 2 miliardy let.
Získání nedotčeného kusu pláště je důležité, protože by pomohlo planetárním vědcům lépe zjistit suroviny, ze kterých Země nahromadila, když byla naše sluneční soustava mladá. "Byla by to pozemní pravda, z čeho je svět vyroben, " říká Given. Její složení by také poskytlo vodítka o tom, jak se Země původně vytvořila a jak se vyvinula ve vícevrstvou kouli, kterou dnes obýváme.
Vědci mohou vyvozovat hodně o plášti i bez vzorku. Rychlosti a cesty seismických vln generovaných při zemětřesení procházejících planetou poskytují informace o hustotě, viskozitě a celkových charakteristikách pláště a také o tom, jak se tyto vlastnosti liší od místa k místu. Stejně tak se rychlost, při které zemská kůra pramení vzhůru poté, co byla vážena masivními ledovými pláty, které se nedávno (v geologickém vyjádření) roztavila.
Měření magnetických a gravitačních polí naší planety poskytuje ještě více informací a zužuje typy minerálů, které se nacházejí v hlubinách, říká Walter Munk, fyzikální oceánograf společnosti Scripps. Vědec, nyní 98, byl součástí malé skupiny vědců, kteří poprvé vysnili myšlenku vrtání do pláště v roce 1957. Ale tyto nepřímé metody mohou vědci říct tolik, poznamenává. "Neexistuje žádná náhrada za to, že máte kus toho, co chcete analyzovat ve svých rukou."
Vědci mají v ruce vzorky pláště, ale nejsou nedotčeni. Některé z nich jsou kusy skály nesené na zemský povrch erupcí sopek. Ostatní byli vytaženi vzhůru zmačkáním kolizí mezi tektonickými deskami. Ještě jiní se zvedli k mořskému dnu podél pomalu se rozšiřujících hřebenů středního oceánu, říkají geologové Henry Dick a Chris MacLeod. Dick, z oceánografického ústavu Woods Hole v Massachusetts, a MacLeod z Cardiffské univerzity ve Walesu jsou spoluzakladateli hluboce vrtné expedice, která se právě nyní nachází v jihozápadním Indickém oceánu.
Všechny současné vzorky plášťů byly změněny procesy, které je přivedly na zemský povrch, byly vystaveny atmosféře nebo ponořeny do mořské vody po dlouhou dobu - pravděpodobně všechny výše uvedené. Vzorky pláště vystavené vzduchu a vodě pravděpodobně ztratily některé ze svých snadněji rozpuštěných původních chemických prvků.
Proto je velká touha získat neskutečný kus pláště, říká Dick. Jakmile budou k dispozici, mohou vědci analyzovat celkové chemické složení vzorku i jeho mineralogii, posoudit hustotu horniny a určit, jak snadno vede teplo a seismické vlny. Výsledky by mohly být porovnány s hodnotami odvozenými z nepřímých měření, která tyto techniky validují nebo zpochybňují.
Vrtání až k plášti by také geologům umožnilo podívat se na to, čemu říkají Mohorovičićova diskontinuita neboli Moho. Nad touto tajemnou zónou, pojmenovanou pro chorvatského seismologa, který ji objevil v roce 1909, putují seismické vlny rychlostí kolem 4, 3 mil za sekundu, což odpovídá rychlosti vln procházejících čedičem nebo chlazenou lávou. Pod Moho se vlny vlnily rychlostí kolem 5 mil za sekundu, podobně jako rychlost, kterou prochází typem vyvřelé horniny zvané peridotit. Moho obvykle leží mezi 3 až 6 mil pod mořským dnem a kdekoli mezi 12 až 56 mil pod kontinenty.
Tato zóna byla dlouho považována za hranici kůrového pláště, kde materiál postupně ochlazuje a přilne k překrývající se kůře. Ale některé laboratorní studie naznačují, že je možné, že Moho představuje zónu, kde voda prosakující z nadložní kůry reaguje s plášťovými peridotity za vzniku určitého druhu minerálu zvaného serpentin. Tato možnost je vzrušující, navrhují Dick a MacLeod. Geochemické reakce, které vytvářejí serpentin, také produkují vodík, který pak může reagovat s mořskou vodou za vzniku metanu, zdroje energie pro některé typy bakterií. Nebo vědci poznamenávají, že Moho může být vědou něco úplně neznámého.
Klíčem k odemknutí tajemství pláště je najít správné místo, do kterého se vrtat. Materiál pláště stoupá k mořskému dnu u středních oceánských hřebenů, kde se tektonické desky pomalu tlačí. Ale ty vzorky to prostě neudělají. Práce přes několik kilometrů kůry pod mořským dnem podstatně mění materiál, takže vzorek pláště nereprezentuje to, co je hluboko uvnitř Země. A vrtání hlouběji do jednoho z těchto hřebenů je také problematické, říká Dick. "Na oceánském hřebeni nebo jeho bezprostředních bokech je kůra příliš horká na to, aby mohla vyvrtat více než jeden nebo dva kilometry."
Takže on a jeho kolegové vrtají na místě v jihozápadním Indickém oceánu zvaném Atlantis Bank, které leží asi 808 mil jihovýchodně od Madagaskaru. Řekl Dick, že díky mnoha faktorům je toto umístění výborným místem pro vrtání výpravy.
Strukturální geolog Carlotta Ferrando zkoumá některá jádra na zlomeniny a žíly, které jí mohou říct, zda byly skály zdeformovány. (Bill Crawford, IODP JRSO) 
Drobná, deformovaná minerální zrna v tomto vzorku spodní kůry se nakrájela na tenké vrstvy a vložila se mezi materiály tak, že propouští polarizované světlo, kroniku, jak se částečně roztavená hornina vymačkávala a protahovala, když stoupala směrem k mořskému dnu v Atlantis Bank. (Bill Crawford, mezinárodní program pro objevování oceánů) 
Geolog James Natland (vlevo) a vedoucí vědec expedice Henry Dick (uprostřed) a Chris MacLeod (vpravo) se dívají na to, co tým věří, že je nejširším jádrem, jaké kdy program oceánských vrtů získal. (Benoit Ildefonse, IODP) Zaprvé, tento dno mořské dna velikosti Denveru leží na vrcholku oceánské kůry, která je asi 11 milionů let stará, takže je dostatečně cool, aby se do ní vrtaly. Na druhé straně je vrcholem náhorní plošiny 9, 7 čtverečních kilometrů, která je ve výšce 2 300 stop od hladiny oceánu. Díky tomu je klepání na dno oceánu na rozdíl od hlubinného mořského dna 3, 7 mil poblíž. Silné mořské proudy v této oblasti zabránily hromadění usazenin na mořském dně a udržovaly kůru do značné míry odkrytou. Je také relativně tenký - předchozí seismický průzkum oblasti zjistil, že kůra je tlustá jen 1, 6 mil.
Kromě toho se oceánská kůra pod Atlantidou vytvořila v části hřebene střední části oceánu, kde se horní vrstvy vznikající kůry šířily v jednom směru od trhliny, zatímco spodní vrstvy se pohybovaly ve druhém. Vědci si zatím nejsou jisti, jak a proč k tomu došlo. Ale kvůli tomuto tak zvanému asymetrickému šíření, ke kterému pravděpodobně dochází u podstatné části světových středomořských hřebenů, Atlantis Bank není zahalena křehkými vrstvami horní kůry, které se mohou při vrtání roztříštit a spadnout do díry, říká Dick. Takové trosky mohou vrták poškodit nebo způsobit jeho zabavení a ztěžovat vypláchnutí menších kousků horniny a bláta z díry.
I přes výhody vrtání v Atlantis Bank, expedice utrpěla překážky společné mnoha projektům oceánských vrtů. Problémy s naložením lodi zpozdily týmový odjezd z Colomba na Srí Lance o den. Jakmile na místě tým zlomil vrták, ale předtím, než mohli chytit kousky z jejich díry, museli se sbalit a vzít nemocného člena posádky na sever směrem na Mauricius, aby se setkali s vrtulníkem na pobřeží pro lékařskou evakuaci. Loď s názvem JOIDES Resolution se vrátila po téměř týdnu pryč a pak musela strávit pár dní pomocí silného magnetu, aby se pokusila získat zpět kousky jejich zlomeného vrtáku.
Ty chybějící kousky nikdy nenašli. Ale během posledního pokusu o vytržení pomocí silného vakua, aby se je pokusila uklidnit, expedice přinesla zpět to, co může být kus největšího oceánu, který se kdy zotavil. Válec temné, hrubozrnné horniny, zvané gabbro, je 7 palců napříč - trojnásobek normální velikosti - a 20 palců dlouhý.
Cílová hloubka týmu pro tuto expedici byla 4 265 stop do kůry, stěží na půl cesty k plášti. Bohužel, od 22. ledna, vrtání dosáhlo pouze hloubky 2330 stop pod mořským dnem.
Než bude tento článek publikován, budou vrtné operace zabaleny v Atlantis Bank - pro tuto část projektu. Druhá, již schválená část mise by doufala dokončila úkol a pronikla do pláště. Ale to by mohlo být od dvou do pěti let. Soutěž o čas lodi od ostatních týmů, které chtějí vrtat jinde na světě, je tvrdá, říká Dick.
Vědecký tým však neodejde z první fáze tohoto projektu s prázdnou rukou, říká MacLeod. Rovněž je důležité získat vzorky z celé zemské kůry. "Nemáme tušení, jaké je celkové složení oceánské kůry kdekoli na světě, " říká Dick. Horniny s nižší krustou, které byly dříve získány z jiných míst s hlubokým vrtem, nebyly nic, co vědci očekávali.
Projekt Atlantis Bank by poskytl pohled na chemické složení spodní kůry. A celý profil v celé vrstvě by vědcům pomohl pochopit, jak se tam magie chemicky a fyzicky transformují - včetně toho, jak krystaly pláštních krystalů a přichycení ke spodnímu povrchu kůry.
Jakmile vědci nakonec získají vzorek svého pláště, další týmy se mohou na projektu doprovázet vlastními experimenty, říká MacLeod. „Budoucí výpravy mohou být pro nadcházející roky pádem nástroje dolů do díry.“ Například seismologové mohou poslat senzory dolů do díry hlubokých kilometrů a pak přímo měřit rychlosti seismických vln pulzujících přes zemskou kůru, než je odvodit prostřednictvím laboratoře zkoušky na malých vzorcích horniny. Vědci mohou do otvoru zavést také řadu teplotních senzorů, aby změřili tok tepla z vnitřku naší planety.
Bezpochyby vzorky oceánské kůry a pláště, které byly nakonec získány z Atlantis Bank - stejně jako data shromážděná z díry, která zůstala pozadu - budou geologové a geofyzici zaneprázdněni na další desetiletí. Trpělivost je však ctnost a jejich čas je tím, co Dick, MacLeod a jejich geofyzikální bratři dělají po celá desetiletí.
Poznámka editora: Tento článek byl aktualizován, aby opravil přiřazení seismického průzkumu Atlantis Bank.
