Tidlig våren 1961 begynte en gruppe geologer å bore et hull i havbunnen utenfor stillehavskysten i Baja California. Ekspedisjonen, den første i sitt slag, var den innledende fasen av et prosjekt som var ment å slå gjennom jordskorpen og nå den underliggende mantelen. Lite visste de at innsatsen snart ville bli overskygget da John F. Kennedy lanserte løpet til månen i mai samme år.
Relatert innhold
- Den indre jorden myldrer av eksotiske livsformer
- Vi vet endelig hvor mye den dino-drapende asteroiden har omformet jorden
- Her er en veldig god grunn til å bore dypt inn i en aktiv feil
- Det kan være et annet massivt hav dypt under overflaten
Mot slutten av 1972, etter å ha brukt ut milliarder av dollar og via den kollektive innsatsen fra tusenvis av forskere og ingeniører, landet seks Apollo-oppdrag på Jordens orbital følgesvenn og brakte hjem mer enn 841 kilo måneberg og jord.
I mellomtiden ble de jordbundne geologene som drømte om å få et glimt av jordas indre arbeid, satt tomhendte med restene av forskjellige programmer takket være budsjettkutt.
Siden 1960-tallet har forskere forsøkt å bore i jordens mantel, men har ennå ikke møtt suksess. Noen anstrengelser mislyktes på grunn av tekniske problemer; andre har falt byttedyr for forskjellige slags uflaks - inkludert, som oppdaget etter faktum, å plukke uopplagte flekker for å bore. Likevel har denne innsatsen vist at teknologien og ekspertisen for å bore til mantelen eksisterer. Og nå er den første fasen av det siste forsøket på å nå denne viktige delen av planeten vår kjedelig gjennom et tynt parti av havskorpen i det sørvestlige Indiahavet.
Ikke bekymre deg: Når borerne til slutt stikker hull på mantelen, vil ikke smeltet stein bøye opp hullet og søle på havbunnen i et vulkanutbrudd. Selv om mantelbergarter flyter, gjør de det i en hastighet som tilsvarer veksthastigheten til en negl, sier Holly Given, geofysiker ved Scripps Institution of Oceanography i San Diego.
Mantelen er den største delen av denne planeten vi kaller hjem, men likevel vet forskere relativt lite om den gjennom direkte analyse. Den tynne fineren av jordskorpen vi lever på utgjør omtrent en prosent av jordas volum. Den indre og ytre kjerne - faste og flytende masser som stort sett er laget av jern, nikkel og andre tette elementer - opptar bare 15 prosent av planetens volum. Mantelen, som ligger mellom den ytre kjerne og jordskorpen, utgjør anslagsvis 68 prosent av planetens masse og hele 85 prosent av volumet.
Tenk på mantelen som en planetstørrelse lavalampe der materiale tar opp varme ved kjernemantellens grense, blir mindre tett og stiger i flytende lodd til nedre kant av jordskorpen, og flyter deretter langs det taket til det kjøler ned og synker tilbake mot kjernen. Sirkulasjonen i mantelen er usedvanlig treg: I følge et anslag kan en rundtur fra skorpe til kjerne og tilbake igjen ta så lang tid som 2 milliarder år.
Det er viktig å skaffe seg en uberørt del av mantelen fordi det ville hjelpe planetforskere med å finne frem til råstoffene som Jorden tiltrengte seg da solsystemet vårt var ung. "Det ville være grunnsannhet for hva verden er laget av, " sier Given. Sammensetningen vil også gi ledetråder om hvordan Jorden opprinnelig dannet seg og hvordan den utviklet seg til den flerlags-kulen vi bor i dag, sier hun.
Forskere kan utlede mye om mantelen, selv uten en prøve. Hastighetene og stiene for jordskjelvgenererte seismiske bølger som passerer gjennom planeten gir innsikt om tettheten, viskositeten og de overordnede egenskapene til mantelen, samt hvordan disse egenskapene varierer fra sted til sted. Det samme gjør at jordskorpen fjærer oppover etter å ha blitt veid ned av massive isark som nylig (i geologiske termer) har smeltet.
Målinger av planetens magnetiske og gravitasjonsfelt gir enda mer informasjon og begrenser de typer mineraler som kan bli funnet i dypet, sier Walter Munk, en fysisk oseanograf ved Scripps. Forskeren, nå 98 år, var en del av en liten gruppe forskere som først drømte opp ideen om å bore inn i mantelen i 1957. Men disse indirekte metodene kan bare fortelle en forsker, sier han. "Det er ingen erstatning for å ha en bit av hva du vil analysere i hendene."
Forskere har prøver av mantelen i hånden, men de er ikke uberørte. Noen av dem er biter av stein som føres til jordens overflate ved å utbrudd vulkaner. Andre ble hevet oppover ved sammenkjøring av kollisjoner mellom tektoniske plater. Enda andre har steget til havgulvet langs langsomme spredning av havhavsryggene, sier geologene Henry Dick og Chris MacLeod. Dick, fra Woods Hole Oceanographic Institution i Massachusetts, og MacLeod, fra Cardiff University i Wales, er medledere for den dypborende ekspedisjonen som akkurat nå pakker seg opp i det sørvestlige Indiahavet.
Alle dagens mantelprøver er blitt endret av prosessene som brakte dem til jordoverflaten, utsatt for atmosfæren eller nedsenket i sjøvann i lengre perioder - muligens alt dette. Disse mantelprøvene som er utsatt for luft og vann, har sannsynligvis mistet noen av de lettere oppløste originale kjemiske elementene.
Derav det store ønsket om å skaffe seg en usumlet del av mantelen, sier Dick. Når de var tilgjengelige, kunne forskere analysere en prøves samlede kjemiske sammensetning samt mineralogien, vurdere bergets tetthet og bestemme hvor lett den leder varme og seismiske bølger. Resultatene kan sammenlignes med verdiene som ble utledet fra indirekte målinger, validering eller tvist om disse teknikkene.
Boring helt til mantelen ville også gi geologer en titt på det de kaller Mohorovičić-diskontinuiteten, eller Moho, for kort. Over denne mystiske sonen, oppkalt etter den kroatiske seismologen som oppdaget den i 1909, reiser seismiske bølger rundt 4, 3 miles per sekund, en hastighet som stemmer overens med de bølgene som ferdes gjennom basalt, eller avkjølt lava. Under Moho ripper bølgene med rundt 5 mil per sekund, omtrent som hastigheten de reiser gjennom en silikafattig type stollberg som kalles peridotitt. Moho ligger typisk mellom 3 og 6 mil under havbunnen og hvor som helst mellom 12 og 56 mil under kontinentene.
Denne sonen har lenge blitt betraktet som skorpemantellgrensen, der materialet gradvis avkjøles og festes til den overliggende skorpen. Men noen laboratoriestudier antyder at det er mulig at Moho representerer sonen der vann som siver ned fra den overliggende skorpen reagerer med mantelperidotitter for å lage en type mineral som kalles serpentin. Denne muligheten er spennende, antyder Dick og MacLeod. De geokjemiske reaksjonene som genererer serpentin produserer også hydrogen, som deretter kan reagere med sjøvann for å produsere metan, en energikilde for noen typer bakterier. Eller, sier forskerne, Moho kan være noe helt annet ukjent for vitenskapen.
Nøkkelen til å låse opp hemmelighetene til mantelen er å finne riktig sted å bore der. Mantelmateriale stiger til havbunnen ved kysten midt i havet, der tektoniske plater sakte skyves fra hverandre. Men de prøvene vil bare ikke gjøre det. Å jobbe gjennom noen mil med jordskorpe under havbunnen endrer materialet betraktelig, og gjør mantelprøven ikke representativ for hva som er dypt inne i Jorden. Og det er også problematisk å bore dypere ved en av disse åsene, sier Dick. "Ved en havrygg eller dens umiddelbare flanker er jordskorpen for varm til å bore mer enn omtrent en eller to kilometer."
Så han og kollegene borer på et sted i det sørvestlige Indiahavet kalt Atlantis Bank, som ligger omtrent 808 mil sørøst for Madagaskar. Mange faktorer gjør denne lokaliteten til et utmerket sted for ekspedisjonen å bore, sier Dick.
Strukturgeolog Carlotta Ferrando undersøker noen kjerner for brudd og årer som kan fortelle henne om bergartene har blitt deformert. (Bill Crawford, IODP JRSO) 
De bittesmå, deformerte mineralkornene i denne prøven av den nedre jordskorpen, skiver tynn og klemt mellom materialene slik at den overfører polarisert lys, kronikk hvordan den delvis smeltede steinen ble presset og strukket mens den steg opp mot havbunnen ved Atlantis Bank. (Bill Crawford, International Ocean Discovery Program) 
Geologen James Natland (til venstre) og ekspedisjonsmedsjefforskerne Henry Dick (midten) og Chris MacLeod (til høyre) ser på hva teamet mener er den bredeste kjernen som noen gang er blitt frisk etter boreprogrammet for havet. (Benoit Ildefonse, IODP) For det første sitter denne Denver-størrelsen på havbunnen oppå havskorpen som er rundt 11 millioner år gammel, noe som gjør den kjølig nok til å bore i. For en annen er toppen av bredden et 9, 7 kvadratkilometer stort platå som er innenfor 2300 fot fra havoverflaten. Det gjør at man tapper havbunnen der, i motsetning til den 3, 7 mil dype havgulvet i nærheten, uten hjerner. Sterke havstrømmer i området har hindret at sedimenter hoper seg opp på havbunnen, og holder skorpen der stort sett utsatt. Det er også relativt tynt - en tidligere seismisk undersøkelse av området fant at jordskorpen bare er 1, 6 mil tykk.
Dessuten dannet havskorpen under Atlantis Bank seg ved et utsnitt av midthavsrygg der de øvre lagene av den begynnende skorpen spredte seg i den ene retningen fra riftet, mens de nedre lag beveget seg i den andre. Forskere er ennå ikke sikre på hvordan eller hvorfor dette skjedde. Men på grunn av denne såkalte asymmetriske spredningen, som antagelig forekommer ved en betydelig brøkdel av verdens midthavsrygger, er Atlantis Bank ikke tildekket med sprø lag av øvre skorpe som kan knuses og falle ned i et hull når den bores, sier Dick. Slike avfall kan skade borkronen eller føre til at den griper seg opp, i tillegg til at det blir vanskelig å spyle mindre biter av stein og gjørme fra hullet.
Til tross for fordelene med boring i Atlantis Bank, har ekspedisjonen fått tilbakeslag som er felles for mange havboringsprosjekter. Problemer med lasting av skipet forsinket lagets avgang fra Colombo, Sri Lanka med en dag. En gang på stedet brøt teamet en bor, men før de kunne fiske brikkene ut av hullet deres, måtte de pakke sammen og ta en syk besetningsmedlem nordover mot Mauritius for å møte et landbasert helikopter for medisinsk evakuering. Skipet, kalt JOIDES Resolution, kom tilbake etter nesten en uke borte og måtte deretter bruke et par dager på å bruke en sterk magnet for å prøve å gjenvinne bitene av den ødelagte borekronen.
De fant aldri de manglende brikkene. Men under en siste-grøft innsats med et sterkt vakuum for å prøve å slurpe dem opp, brakte ekspedisjonen det som kan være den største diameteren av havskorpen noensinne har kommet seg. Sylinderen av mørk, grovkornet stein, kalt gabbro, er 7 tommer over — tre ganger normal størrelse — og 20 tommer lang.
Lagets måldybde for denne ekspedisjonen var 4265 fot inn i jordskorpen, knapt halvveis til mantelen. Dessverre hadde boringen bare 22. januar nådd en dybde på 2330 fot under havbunnen.
Når denne artikkelen blir publisert, vil boreoperasjonene bli pakket opp i Atlantis Bank - for denne delen av prosjektet. En annen, allerede godkjent etappe av oppdraget, ville forhåpentligvis fullføre oppgaven og tappe inn i mantelen. Men det kan være alt fra to til fem år fra nå. Konkurransen om skipstid fra andre lag som ønsker å bore andre steder i verden er hard, sier Dick.
Vitenskapsteamet vil imidlertid ikke komme tomhendt fra første fase av dette prosjektet, sier MacLeod. Å gjenvinne prøver fra hele jordskorpen er også viktig. "Vi aner ikke hva bulkkomposisjonen til havskorpen er noe sted på kloden, " sier Dick. Nedre skorpebergarter som tidligere ble utvunnet fra andre dypboringssteder, har ikke vært noe som forskerne forventet, sier han.
Atlantis Bank-prosjektet ville gi en titt på den kjemiske sammensetningen av den nedre skorpen. Og en full profil gjennom hele laget vil hjelpe forskere til å forstå hvordan magmas blir kjemisk og fysisk transformert der - inkludert hvordan mantelbergarter krystalliserer seg og blir festet til den nedre overflaten av jordskorpen.
Når forskere etter hvert har fått sin mantelprøve, kan andre team få piggyback på prosjektet med egne eksperimenter, sier MacLeod. "Fremtidige ekspedisjoner kan slippe instrumenter nedover hullet i mange år fremover." Seismologer kan for eksempel sende sensorer ned i det miles-dypt hullet og deretter direkte måle hastighetene til seismiske bølger som pulserer gjennom jordskorpen, i stedet for å utlede dem via laboratorium tester på små prøver av stein. Forskere kan også senke en streng temperatursensorer ned i hullet for å måle varmestrømmen fra planetens indre.
Utvilsomt vil prøvene av havskorpe og mantel som til slutt blir hentet fra Atlantis Bank - så vel som data samlet fra hullet som er igjen - holde geologer og geofysikere opptatt i flere tiår fremover. Men tålmodighet er en dyd, og det å tømme tiden deres er det Dick, MacLeod og deres geofysiske brødre har gjort i flere tiår.
Redaktørens merknad: Denne artikkelen er oppdatert for å korrigere attribusjonen til en seismisk undersøkelse av Atlantis Bank.
