Ocean Drilling: Co naukowcy odkryli 50 lat później

To oszałamiające, ale prawdziwe, że wiemy więcej o powierzchni księżyca niż o dnie oceanu. Wiele z tego, co wiemy, pochodzi z naukowych odwiertów oceanicznych - systematycznego zbierania próbek rdzeniowych z głębokiego dna morskiego. Ten rewolucyjny proces rozpoczął się 50 lat temu, kiedy statek wiertniczy Glomar Challenger popłynął do Zatoki Meksykańskiej 11 sierpnia 1968 r. Podczas pierwszej ekspedycji finansowanego przez federację projektu Deep Sea Drilling Project.

Poszedłem na moją pierwszą naukową ekspedycję wiertniczą oceaniczną w 1980 r. I od tego czasu uczestniczyłem w sześciu kolejnych wyprawach do miejsc, w tym na dalekie Północne Atlantyk i Morze Antarktyczne Weddella. W moim laboratorium studenci i ja pracujemy z próbkami z tych wypraw. Każdy z tych rdzeni, o długości 31 stóp i szerokości 3 cali, jest jak książka, której informacje czekają na przetłumaczenie na słowa. Trzymanie nowo otwartego rdzenia, wypełnionego skałami i osadami z dna oceanu Ziemi, jest jak otwarcie rzadkiej skrzyni skarbów, która rejestruje upływ czasu w historii Ziemi.

Zobacz także: Wyprawa do zatopionego „Zaginionego kontynentu” Zealandia „Sukces”

Przez ponad pół wieku naukowe odwierty oceaniczne dowiodły teorii tektoniki płyt, stworzyły pole paleoceanografii i przedefiniowały sposób, w jaki postrzegamy życie na Ziemi, ujawniając ogromną różnorodność i objętość życia w głębokiej morskiej biosferze. I jeszcze wiele pozostaje do nauczenia się.

Innowacje technologiczne

Dwie kluczowe innowacje umożliwiły statkom badawczym pobieranie próbek rdzeniowych z dokładnych miejsc w głębokich oceanach. Pierwszy, znany jako dynamiczne pozycjonowanie, umożliwia statkowi o długości 471 stóp pozostawanie na miejscu podczas wiercenia i odzyskiwania rdzeni, jeden na drugim, często w ponad 12 000 stóp wody.

Kotwienie nie jest możliwe na tych głębokościach. Zamiast tego technicy upuszczają na bok instrument w kształcie torpedy zwany transponderem. Urządzenie zwane przetwornikiem, zamontowane na kadłubie statku, wysyła sygnał akustyczny do transpondera, który odpowiada. Komputery na pokładzie obliczają odległość i kąt tej komunikacji. Silniki sterujące na kadłubie statku manewrują statkiem, aby pozostać w dokładnie tym samym miejscu, przeciwdziałając siłom prądów, wiatru i fal.

Kolejne wyzwanie pojawia się, gdy wiertła muszą zostać wymienione w trakcie pracy. Skorupa oceanu składa się z magmowej skały, która nosi kawałki na długo przed osiągnięciem pożądanej głębokości.

Gdy tak się stanie, załoga wiertnicza przenosi całą rurę wiertniczą na powierzchnię, montuje nowe wiertło i powraca do tego samego otworu. Wymaga to prowadzenia rury do stożka wlotowego o kształcie lejka o szerokości mniejszej niż 15 stóp, umieszczonego w dnie oceanu przy ujściu otworu wiertniczego. Proces, który po raz pierwszy został zrealizowany w 1970 roku, jest jak obniżenie długiego pasma spaghetti do ćwierć calowego lejka na głębokim końcu olimpijskiego basenu.

Potwierdzająca tektonika płyt

Gdy w 1968 r. Rozpoczęto naukowe odwierty oceaniczne, teoria tektoniki płyt była przedmiotem aktywnej debaty. Jedną z kluczowych idei było stworzenie nowej skorupy oceanicznej na grzbietach dna morskiego, gdzie płyty oceaniczne odsuwały się od siebie, a magma z wnętrza ziemi wyrastała między nimi. Zgodnie z tą teorią skorupa powinna być nowym materiałem na grzbiecie grzbietów oceanicznych, a jej wiek powinien wzrastać wraz z odległością od szczytu.

Jedynym sposobem na udowodnienie tego było przeanalizowanie osadów i rdzeni skalnych. Zimą 1968-1969 Glomar Challenger wywiercił siedem stanowisk w południowym Oceanie Atlantyckim na wschód i zachód od grzbietu środkowoatlantyckiego. Zarówno magmowe skały dna oceanicznego, jak i osady leżące nad nimi, uległy doskonałej zgodzie z przewidywaniami, potwierdzając, że skorupa oceanu tworzyła się na grzbietach, a tektonika płyt była prawidłowa.

Rekonstrukcja historii Ziemi

Rekord oceaniczny historii Ziemi jest bardziej ciągły niż formacje geologiczne na lądzie, gdzie erozja i ponowne osadzanie przez wiatr, wodę i lód mogą zakłócić zapis. W większości miejsc oceanicznych osady są osadzane przez cząsteczki po cząstkach, mikroskamienia przez mikroskamienia i pozostają na miejscu, ostatecznie ulegając naciskowi i zamieniając się w skałę.

Mikroskamieniałości (plankton) zachowane w osadach są piękne i pouczające, chociaż niektóre są mniejsze niż szerokość ludzkiego włosa. Podobnie jak większe skamieniałości roślin i zwierząt, naukowcy mogą wykorzystać te delikatne struktury wapnia i krzemu do rekonstrukcji przeszłych środowisk.

Dzięki naukowym wierceniom oceanicznym wiemy, że po uderzeniu asteroidy zabito wszystkie nie ptasie dinozaury 66 milionów lat temu, nowe życie skolonizowało krater w ciągu kilku lat, aw ciągu 30 000 lat kwitł pełny ekosystem. Kilka organizmów głębokiego oceanu żyło przez uderzenie meteorytu.

Odwierty oceaniczne wykazały również, że dziesięć milionów lat później masowe zrzuty węgla - prawdopodobnie z rozległej aktywności wulkanicznej i metanu uwolnionego z topnienia hydratów metanu - spowodowały nagłe, intensywne ocieplenie lub hipertermiczne, zwane maksymalnym paleocenowo-eocenowym maksimum. Podczas tego epizodu nawet Arktyka osiągnęła ponad 73 stopnie Fahrenheita.

Powstałe zakwaszenie oceanu z uwolnienia węgla do atmosfery i oceanu spowodowało masowe rozpuszczenie i zmianę ekosystemu głębinowego oceanu.

Ten epizod jest imponującym przykładem wpływu szybkiego ocieplenia klimatu. Szacuje się, że całkowita ilość węgla uwolnionego podczas PETM jest w przybliżeniu równa ilości, którą ludzie uwolnią, jeśli spalimy wszystkie rezerwy paliw kopalnych Ziemi. Jednak istotna różnica polega na tym, że węgiel uwalniany przez wulkany i hydraty był znacznie wolniejszy niż obecnie uwalniamy paliwo kopalne. W ten sposób możemy spodziewać się jeszcze bardziej dramatycznych zmian klimatu i ekosystemów, chyba że przestaniemy emitować węgiel.

Znajdowanie życia w osadach oceanicznych

Naukowe odwierty oceaniczne wykazały również, że w osadach morskich istnieje mniej więcej tyle samo komórek, co w oceanie lub w glebie. Ekspedycje znalazły życie w osadach na głębokości ponad 8000 stóp; w złożach dna morskiego, które mają 86 milionów lat; iw temperaturach powyżej 140 stopni Celsjusza.

Dziś naukowcy z 23 krajów proponują i prowadzą badania w ramach programu International Ocean Discovery, który wykorzystuje naukowe odwierty oceaniczne do odzyskiwania danych z osadów i skał dna morskiego oraz do monitorowania środowiska pod dnem oceanu. Coring opracowuje nowe informacje na temat tektoniki płyt, takie jak złożoność formowania się skorupy oceanicznej i różnorodność życia w głębokich oceanach.

Badania te są kosztowne i intensywne technologicznie i intelektualnie. Ale tylko poprzez eksplorację głębin morskich możemy odzyskać skarby, które posiada, i lepiej zrozumieć ich piękno i złożoność.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w rozmowie Suzanne O’Connell. Przeczytaj oryginalny artykuł tutaj.