De nieuwe missie, van een oceaanboorschip genaamd JOIDES Resolution, boorde technisch gezien niet in de mantel en het gat is niet het diepste ooit geboord onder de oceaanbodem. In plaats daarvan troffen de onderzoekers een speciaal “tektonische venster” in de Noord-Atlantische Oceaan, waar boormachines niet zo ver hoeven te tunnelen om het vuil te raken. Hier zijn mantelrotsen dicht bij de oppervlakte geduwd terwijl de oceaanbodem langzaam uit elkaar valt bij de nabijgelegen Mid-Atlantische Rug.
Op 1 mei begonnen ze met het boren van het gat, bekend als U1601C. Andrew McCaig, de hoofdwetenschapper van de missie, verwachtte een ondiepe “boor” te maken omdat het record voor het boren in mantelgesteente, gevestigd in de jaren negentig, slechts een tiende van een mijl was. De onderzoekers hoopten genoeg monsters terug te vinden om te helpen verduidelijken hoe chemische reacties tussen mantelrotsen en water aanleiding kunnen hebben gegeven tot leven op onze planeet. Maar boren in de oceaan kan een onzekere aangelegenheid zijn: boren die vastlopen of grote gesteentekernen die worden teruggevonden, kunnen slechts enkele monsters zijn.
Deze keer produceerde de boor echter pijp na pijp donker gesteente, waarvan er vele verrassend compleet waren.
“Hij bleef maar dieper en dieper en dieper gaan. Na afloop zei iedereen op het wetenschapsfeest: ‘Hé, dit is wat we al die tijd wilden. Sinds 1960 wilden we een gat zo diep in de mantelrots boren”, zei McCaig, sprekend vanuit de JOIDES-resolutie minuten voordat een ander lang stuk donkere rots aan boord werd getrokken. Toen het team op 2 juni stopte met boren, had het team rotsmonsters genomen tot wel 1250 meter onder de zeebodem.
“We hebben een ambitie bereikt die de wetenschappelijke gemeenschap al tientallen jaren voedt”, zei McCaig.
Wetenschappers aan land kijken reikhalzend uit naar de missie, in afwachting van een jackpot aan gegevens die een nieuw venster naar de diepe aarde zal openen en jaren van onderzoek zal aanwakkeren.
“We zijn dolgelukkig met wat ze hebben – een geweldig stuk rots”, zegt Andrew Fisher, een hydrogeoloog aan de Universiteit van Californië, Santa Cruz, die een afgestudeerde student aan boord adviseert en hen in de gaten houdt. voortgang op afstand.
In 1909 ontdekte een Kroatische seismoloog genaamd Andrija Mohorovičić een grens binnen de aarde.
Mohorovičić zag hoe seismische golven die door een aardbeving worden gegenereerd, door de grond reizen, vergelijkbaar met het gebruik van röntgenstralen om de binnenkant van het menselijk lichaam te onderzoeken. Dichter bij het oppervlak reisden de seismische golven met één snelheid, maar terwijl ze door een bepaalde zone rond de aardbol gingen, reisden ze sneller, wat suggereert dat de golven door twee afzonderlijke rotslagen bewogen.
Deze discontinuïteit, de Moho genoemd, wordt nu erkend als de lijn tussen de aardkorst en de mantel. De diepte varieert, maar de mantel begint over het algemeen ongeveer vijf mijl onder de oceaanbodem en ongeveer 20 mijl onder de continenten.
“Denk aan de korst zoals je een mooie frosted cake hebt, maar wat je wilt is de cake, niet het glazuur”, zegt Jessica Warren, een professor in geowetenschappen aan de Universiteit van Delaware die ook het project volgde. voortgang op afstand. “Als we de aarde als geheel willen begrijpen, zit er een enorme, enorme hoeveelheid rots onder.”
De mantel is niet geheel onbekend. Af en toe werpen vulkaanuitbarstingen stukjes ervan uit – brokken groenachtig peridotiet, het type gesteente dat de bovenmantel domineert, ingebed in basaltrots. Maar deze monsters, mantel-xenolieten genoemd, hebben hun grenzen, omdat ze vaak worden opgekauwd en overtroffen door hun reis naar de oppervlakte. Er zijn ook ofiolieten, bladen van oceanische korst gekleurd door een deel van de bovenmantel die werden opgetild en op het land werden afgezet. Maar ook zij zijn veranderd door de reis.
Waar wetenschappers al lang naar verlangden, was een geboord monster van mantelgesteente. Project Mohole, een beroemde oceanische expeditie, trachtte in 1961 door de dunnere korst op de oceaanbodem te boren om de mantel te bereiken, maar faalde.
Delen van de oceaanbodem waar de mantel zich het dichtst bij het oppervlak bevindt, leken een kans om een monster te nemen zonder de technische problemen van het boren door kilometers korst. Daar richtten wetenschappers van JOIDES Resolution hun zinnen op een van de laatste missies van het vaartuig voordat het in fiscaal jaar 2024 met pensioen zou gaan.
Het team verliet in april Ponta Delgada op de Portugese Azoren en zette koers naar de Atlantis Range, een onderwaterberg ter grootte van Mount Rainier. De belangrijkste missie was niet om het diepste gat tot nu toe in mantelgesteente te boren, maar om deze rotsen te testen op aanwijzingen over hoe, bij afwezigheid van leven op de jonge aarde, kleine organische moleculen zouden kunnen zijn gevormd toen de rotsen met het water reageerden.
“Dit zou een manier kunnen zijn om weg te komen van alleen maar water en stenen”, zegt Susan Lang, de hoofdwetenschapper van de missie en een wetenschapper bij de Woods Hole Oceanographic Institution. “Wat waterstof produceert, [and] dat waterstof echt een geweldige brandstof is voor dingen als het vormen van kleinere organische moleculen, en dat kan dan gecombineerd worden met andere organische moleculen en leiden tot het vroege leven.”
Dieper gaan en frisser worden
Rotskernen gewonnen uit gat U1601C worden gedomineerd door peridotiet, het meest voorkomende type gesteente dat in de bovenmantel wordt aangetroffen. De monsters hebben zijn veranderd door blootstelling aan zeewater, en wetenschappers zijn dat ook zijn al begonnen te bespreken hoe de bevindingen moeten worden geïnterpreteerd.
Het grootste deel van de mantel is begraven onder de korst, niet blootgesteld aan de oceaan zoals op deze locatie. Dit roept de fundamentele vraag op: hoe goed bootsen de laatste monsters de rest van de mantel na? Maak de rotsen vertegenwoordigen ze echt de mantel of is het een lagere korst?
En trouwens, is de grens tussen mantel en korst een scherpe grens of meer een geleidelijke overgang? De monsters zijn niet puur peridotiet en dit zou een belangrijk bewijsstuk kunnen zijn.
“Het is een beetje hasj, maar misschien is dat de onderste korst,” zei Fisher, terwijl hij verschillende soorten gesteente opsomde die in het dagelijkse wetenschappelijke logboek zijn gerapporteerd. “Dit is echt ongebruikelijk – meer dan een kilometer sterk veranderd, lager aardkorst- en/of bovenmantelgesteente. Ik zou zeggen dat het een mix is.”
De wetenschappers waren zo druk bezig met het verwerken van de enorme hoeveelheid gesteente die ze hadden teruggevonden dat ze weinig gelegenheid hadden om de monsters in detail te bestuderen of zelfs maar na te denken over de omvang van de prestatie. Boren moeten elke 50 uur worden uitgeschakeld. Het team aan boord werkt in ploegendiensten van 12 uur en verspilt geen minuut tijd.
Op een recente ochtend was Lang afgeleid en verontschuldigde zich voor een interview toen ze zeewater door een raam zag spatten.
“Ik zag deze zeewaterscène, wat altijd een heel dramatisch punt is waar ze dit ene ding fotograferen en overal een hoop zeewater spuit”, zei Lang. “Meestal is dat mijn waarschuwing dat er binnen vijf minuten een kern aan dek komt.”
Wat hen allemaal opwindt, is de hoop dat de diepere monsters nog “verser” gesteente zullen opleveren, minder veranderd door andere processen en dichter bij waar de mantel eigenlijk van gemaakt is.
“Hoe dieper we erin komen, hoe dichter we komen bij hoe deze rotsen eruit zien, dichter bij hoe de mantel eruit ziet,” zei Warren.
