Ocean vrtanje: Kaj znanstveniki so odkrili 50 let kasneje

Osupljiva je, vendar resnična, da vemo več o površini lune, kot o zemeljskem morskem dnu. Veliko tega, kar vemo, je prišlo iz znanstvenega vrtanja oceanov - sistematičnega zbiranja vzorcev jedra iz globokomorskega dna. Ta revolucionarni proces se je začel pred 50 leti, ko je vrtalno plovilo Glomar Challenger odplulo v Mehiški zaliv 11. avgusta 1968 na prvi odpravi projekta Deep Sea Drilling.

Leta 1980 sem šel na svojo prvo znanstveno ekspedicijo na morju in od takrat sem sodeloval na šestih dodatnih ekspedicijah na kraje, vključno s severnim Atlantikom in morjem Weddell v Antarktiki. V mojem laboratoriju delam z mojimi študenti z osnovnimi vzorci teh odprav. Vsaka od teh jeder, ki so cilindri dolgi 31 čevljev in široki 3 palca, je kot knjiga, katere informacije čakajo na prevod v besede. Držanje na novo odprtega jedra, napolnjenega s skalami in sedimenti z morskega dna Zemlje, je kot odpiranje redke skrinjice z zakladom, ki beleži čas v zgodovini Zemlje.

Glej tudi: Ekspedicija v potopljeno ‘izgubljeno celino’ Zealandia ”uspeh

Več kot pol stoletja je znanstveno vrtanje na morju dokazalo teorijo tektonike plošč, ustvarilo področje paleoceanografije in ponovno opredelilo, kako gledamo na življenje na Zemlji z razkrivanjem ogromne raznolikosti in obsega življenja v globoki morski biosferi. In še veliko več je treba naučiti.

Tehnološke inovacije

Dve ključni inovaciji sta omogočili raziskovalnim ladjam, da bi vzeli jedrne vzorce iz natančnih lokacij v globokih oceanih. Prva, znana kot dinamično pozicioniranje, omogoča, da 471-metrska ladja ostane pritrjena na mestu med vrtanjem in obnavljanjem jeder, enega na vrhu naslednjega, pogosto na več kot 12.000 metrov vode.

Sidranje na teh globinah ni izvedljivo. Namesto tega tehniki spustijo instrument v obliki torpeda, ki se imenuje transponder čez stran. Naprava, imenovana pretvornik, nameščena na ladijskem trupu, pošlje odzivniku zvočni signal, ki odgovarja. Računalniki na krovu izračunavajo razdaljo in kot te komunikacije. Potisniki na ladijskem trupu manevrirajo plovilo, da ostanejo na popolnoma enakem mestu, proti silam tokov, vetra in valov.

Še en izziv se pojavi, ko je treba vmesne svedre zamenjati. Oceanska skorja je sestavljena iz magmatske kamnine, ki nosi dolge koščke, preden je dosežena želena globina.

Ko se to zgodi, vrtalna posadka povleče celotno vrtalno cev na površino, montira nov sveder in se vrne v isto luknjo. To zahteva vodenje cevi v lijakasto oblikovan povratni stožec, širok manj kot 15 čevljev, nameščen na dnu oceana na ustju vrtalne luknje. Postopek, ki je bil prvič izveden leta 1970, je kot spuščanje dolgega špageta v četrtinčni širok lijak na globokem koncu olimpijskega bazena.

Potrjujoča tektonika plošč

Ko se je leta 1968 začelo znanstveno vrtanje na morju, je bila teorija tektonike plošč predmet aktivne razprave. Ena od ključnih idej je bila, da je bila nova morska skorja ustvarjena na grebenih v morskem dnu, kjer so se oceanske plošče med seboj odmaknile, med njimi pa je stekla magma iz zemeljske notranjosti. V skladu s to teorijo mora biti skorja nov material na grebenu oceanskih grebenov, njegova starost pa se mora povečevati z razdaljo od grebena.

Edini način, da to dokažemo, je analiza sedimentov in kamnin. V zimskem obdobju 1968-1969 je Glomar Challenger vrtel sedem krajev v južnem Atlantskem oceanu vzhodno in zahodno od sredozemskega grebena. Tako magmatske kamnine oceanskega dna kot tudi prekrivni sedimenti so stali v popolnem soglasju z napovedmi, kar potrjuje, da se je oceanska skorja oblikovala na grebenih in da je bila tektonika plošče pravilna.

Obnova zgodovine Zemlje

Oceanski zapis o zgodovini Zemlje je bolj neprekinjen kot geološke formacije na kopnem, kjer erozija in ponovna nasaditev z vetrom, vodo in ledom lahko motijo ​​rekord. V večini oceanskih lokacij se sediment nanese na delce, mikrofosil z mikrofosilom in ostane na mestu, sčasoma podleže pritisku in se spremeni v skalo.

Mikrofosili (plankton), ki so ohranjeni v sedimentu, so lepi in informativni, čeprav so nekateri manjši od širine človeškega las. Tako kot večji rastlinski in živalski fosili lahko znanstveniki uporabijo te občutljive strukture kalcija in silicija za rekonstrukcijo preteklih okolij.

Zahvaljujoč znanstvenemu vrtanju na morju vemo, da je po napadu asteroidov vseh ne-ptičjih dinozavrov pred 66 milijoni let novo življenje koloniziralo rob kraterja v nekaj letih in v 30.000 letih je bil uspešen celoten ekosistem. Nekaj ​​globokih oceanskih organizmov je živelo skozi meteorit.

Oceansko vrtanje je tudi pokazalo, da je deset milijonov let kasneje množično odvajanje ogljika - verjetno zaradi obsežne vulkanske aktivnosti in metana, ki se sprošča pri taljenju metanskih hidratov - povzročilo nenaden, intenziven segrevanje ali hipertermalno, imenovano paleocensko-eocenski termalni maksimum. V tej epizodi je celo Arktika dosegla več kot 73 stopinj Fahrenheita.

Posledično zakisljevanje oceana od sproščanja ogljika v ozračje in ocean je povzročilo množično raztapljanje in spremembo v globokem oceanskem ekosistemu.

Ta epizoda je impresiven primer vpliva hitrega segrevanja podnebja. Ocenjuje se, da je skupna količina ogljika, sproščenega med PETM, približno enaka količini, ki jo bodo ljudje sproščali, če bomo zažgali vse zaloge fosilnih goriv na Zemlji. Vendar pa je pomembna razlika v tem, da je bil ogljik, ki ga sproščajo vulkani in hidrati, veliko počasnejši, kot smo trenutno pri izpustu fosilnih goriv. Tako lahko pričakujemo še bolj dramatične spremembe podnebja in ekosistema, če ne bomo prenehali z izpuščanjem ogljika.

Iskanje življenja v oceanskih usedlinah

Znanstveno vrtanje na morju je tudi pokazalo, da je v morskem sedimentu približno toliko celic kot v oceanu ali v tleh. Ekspedicije so našle življenje v sedimentih na globinah več kot 8000 čevljev; v depozitih morskega dna, ki so stara 86 milijonov let; in pri temperaturah nad 140 stopinj Fahrenheita.

Danes znanstveniki iz 23 držav predlagajo in izvajajo raziskave v okviru Mednarodnega programa za odkrivanje oceana, ki uporablja znanstveno vrtanje oceanov za pridobivanje podatkov iz sedimentov in kamnin morskega dna in za spremljanje okolja pod oceanskim dnom. Coring proizvaja nove informacije o tektoniki plošč, kot so kompleksnost nastajanja oceanske skorje in raznolikost življenja v globokih oceanih.

Ta raziskava je draga, tehnološko in intelektualno intenzivna. Ampak samo z raziskovanjem globokih morij lahko izterjamo zaklade, ki jih ima, in bolje razumemo njegovo lepoto in kompleksnost.

Ta članek je bil prvotno objavljen na pogovoru Suzanne O'Connell. Preberite izvirni članek tukaj.