Вчені готують подорож до земної мантії
За допомогою японського судна для глибоководного буріння «Тікю» дослідники готуються дістатися до розлому, який викликав руйнівний землетрус Тохоку в минулому році.
Вчені збираються дійти аж до мантії, чого ще нікому не вдавалося.
Судно «Тікю» (фото Integrated Ocean Drilling Program).
Відео: У надрах Землі. З чого складається земна кора? Як влаштована Земля. Документальний фільм про космос
Якщо проект отримає зелене світло, це буде одне з найвидатніших досягнень науки, порівнянне з польотом на Місяць. Отримані дані можуть перевернути уявлення про еволюцію і будову Землі. Існує навіть вірогідність того, що ми знайдемо щось непередбачене.
Геологам не в перший раз захотілося дістатися до глибин планети. У 1909 році хорватський метеоролог Андрій Мохоровичич виявив, що сейсмічні хвилі, викликані землетрусами, поширюються значно швидше в шарах, розташованих нижче 30 км, ніж в більш верхніх. Це говорить про інше складі та інших фізичних властивостях порід на такій глибині. Рубіж отримав ім`я першовідкривача і з тих пір вважається верхньою межею мантії.
Тепер геологам відомо, що верхня частина мантії залягає в 30-60 км під поверхнею, а на деяких ділянках морського дна - всього в 5 км. Процеси, що відбуваються там, рухають літосферні платформи, розв`язують землетрусу і створюють вулкани.
Наступний крок на шляху до мантії був зроблений в кінці 1950-х. У той час теорія тектоніки плит все ще перебувала в жаркій дискусійною стадії. Гаррі Гесс і інші її прихильники стверджували, що гарячі конвективні потоки з глибин мантії керують рухом тектонічних плит по поверхні планети. Оскільки були потрібні фактичні докази, Гесс і його колега Уолтер Мунк звернулися до своїх приятелів з Національної академії наук США. Так в квітні 1957 року народився проект Mohole. Легенда свідчить, що це сталося в сонячній Каліфорнії за сніданком з рясними винними випивкою. Мовляв, по-іншому засідання так званого Американського товариства всякої всячини не проходили.
Відео: Дивні розломи в земній корі
Ентузіастам довелося вирішувати безліч проблем - від пошуку засобів до винаходу технології, що дозволяє утримувати бурове судно на одному місці у відкритому морі. На жаль, останню можна було запозичувати у нафтовиків, оскільки ті в той час ще не бурили в глибоких водах. Тому була розроблена методика динамічного позиціонування, яка має на увазі спритно розміщені по всьому судну гвинти і двигуни. Перший керн був отриманий з глибини 183 м біля берегів карибського острова Гваделупа в квітні 1961 року. Він же став останнім.
Незабаром після повернення експедиції провідні вчені були оттёрти від управління проектом, фінансування пішло по низхідній, і якийсь молодий політик на ім`я Дональд Рамсфелд домігся того, що в 1966 році конгрес проголосував великим пальцем вниз.
Але геологи не здавалися, на зміну полеглим вставали інші, і буріння океанічної кори тривало. Проте нікому ще не вдавалося пройти більше третини шляху до мантії. Рекорд утримує 1507-метрова свердловина на узбережжі Коста-Ріки. Це не найглибша дірка (навіть в океанічній корі), але саме в цьому місці вчені виявилися до мантії найближче: товщина кори там всього 5,5 км.
Що стосується нового проекту, який отримав назву Mohole to Mantle, то у нього є чітке наукове обгрунтування. Хоча на мантію припадає 68% маси Землі, ми дуже мало знаємо про неї. «У нас немає жодного чистого зразка мантії», - підкреслює учасник колаборації Деймон Тіґл з Національного океанографічного центру Великобританії.
Деякі зразки досягають поверхні, але всі вони забруднені. Наприклад, рідкісні мантійні конкреції, що зустрічаються в лаві, говорять про те, що мантія складається з мінералів, багатих магнієм і бідних кремнієм (олівіну, піроксену і ін.). Подекуди на дні океану породи, які колись були частиною мантії, оголені, однак при контакті з морською водою вони сильно змінили свій склад. Різниця приблизно така ж, що між марсіанськими метеоритами і безпосередніми пробами порід Червоної планети. А без чистих зразків неможливо підтвердити навіть прості факти на кшталт складу мантії, способів її формування і т. Д.
Доводиться будувати теорії на непрямих доказах. Наприклад, можна відстежувати швидкість сейсмічних хвиль, як це робив Мохоровичич. Крім того, є метеорити, викувані з того ж космічного сміття, що і наші скласти планети. Є і більш екзотичні методи на кшталт спостережень за нейтрино, які утворюються при розпаді деяких елементів.
Відео: Народження Місяця - скачок в минуле до містичного моменту в житті Сонячної системи
В результаті багато питань залишаються без відповіді. Лише в тому випадку, якщо в руки вчених потраплять індикатори мантійної конвекції (наприклад, благородні гази і відповідні ізотопи), можна буде з`ясувати, як і коли наша планета розділилася на ядро, мантію і кору і коли почалася тектоніка плит. Склад верхньої мантії показав би, як вода, вуглекислий газ і енергія передаються в кору і як вони впливають на глобальні геохімічні цикли. Якби вдалося розібратися, наскільки мантія гетерогенна, стало б зрозуміло, як магма піднімається, а потім викидається в серединно-океанічних хребтах.
Мабуть, в мантії можна знайти і життя. Звичайно, це будуть не жульвернівських монстри, але значимість відкриття від цього не зменшиться. І, до речі, подібні екстремофили не так вже неможливі.
У минулому році Талліс Онстотт з Прінстонського університету (США) виявив мікроскопічних круглих черв`яків (нематод) на глибині 4 км в південноафриканській золотій шахті. Він же з`ясував, що одноклітинні мікроби живуть на ще більшій глибині - до 5 км.
Під морським дном мікроорганізми знайдені на глибині 1,6 км поблизу східного узбережжя Канади. Дослідники припустили, що їм сотні мільйонів років, бо вони начебто діляться раз в сто тисяч років.
Високий тиск на великих глибинах не проблема для багатьох екстремофіл. Лабораторні випробування показали, що мікроби здатні переносити тисячу атмосфер. Бактерії виявлені і в Маріанської западини, під 11-кілометровою товщею води. До речі, тиск в надзвичайно гарячої середовищі навіть корисно, оскільки не дозволяє воді кипіти.
Таким чином, вирішальним фактором може бути температура. Трохи нижче межі Мохоровичича вона досягає, за деякими оцінками, 120 С. «Це спокусливо близько до верхньої межі відомих форм життя - 122 », - зазначає Джон Паркс з Кардіфського університету (Великобританія).
Проте Метт Шренка з Університету Східної Кароліни (США) вважає, що шанси знайти мантийную життя невеликі. Циркуляція рідини там вельми обмежена, а тому приплив поживних речовин дуже малий.
Незважаючи на свої сумніви, пан Шренка підтримує проект Mohole to Mantle, бо він допоможе визначити фізіологічні межі життя і навіть вивчити зміни клімату, оскільки біосфера здатна вплинути на глибоку частину вуглецевого циклу. Тамтешня життя може також виявитися корисною в медицині, оскільки місцеві організми можуть володіти унікальними ферментами або здійснювати небачені на поверхні біологічні процеси.
Зразки мантії розплутають також загадки, що стосуються ролі мікробного життя в еволюції планети. Недавнє дослідження геофізика Нормана Сліпа зі Стенфордського університету (США) показало, що життя здатна заглиблюватися в кору, а її продукти (наприклад, амоній) можуть проникати ще нижче. По суті, весь азот в мантії стався від амонію, виробленого органікою. Це підвищує ймовірність того, що життя на зорі земної історії змінила склад мантії і що зразки, що дозволяють вивчити той період, все ще знаходяться там.
Бурова вишка «Тікю» (фото Satoshi Kaya).
Відео: Невизначена підводний цивілізація виявлена! Вчені розкрили головну таємницю світового океану
Але повернемося до технічної частини проекту. Г-н Тіґл порівнює буріння шестикілометровій свердловини в Тихому океані з опусканням сталевої нитки товщиною з людську волосину в басейн двометрової глибини, після чого дротиком треба буде продовбати фундамент ще на три метри. Простіше кажучи, доведеться виготовити бур, якого ще не було на світі.
І справа не тільки в довжині, але і в матеріалі свердла. При бурінні отвору діаметром 30 см в твердих магматичних породах зі швидкістю 1 м / ч головка живе лише близько 50 годин. А зубці можуть сточиться ще швидше. Новий надтвердих матеріал повинен буде також витримувати тиск в 2 кбар і температуру до 250 C.
На щастя, доповідь, випущена в 2011 році фірмою Blade Energy, говорить про те, що проект технічно здійснимо. «Зазвичай буває навпаки, - говорить г-н Тіґл. - Інженер щось винаходить і потім цікавиться, чи стане в нагоді це вченим. А останнім часом наука біжить попереду технологій ».
Ще одна проблема - фінансування. Грошей потрібно стільки, що без політичної волі не обійтися. Одна тільки робота судна «Тікю» обійдеться в $ 1 млрд. Уряд Японії взяло на себе левову частку витрат, адже проект в кінцевому підсумку може допомогти в прогнозуванні землетрусів. Інші країни теж висловили зацікавленість.
Якщо всі фінансові питання будуть вирішені в наступному році, вчені сподіваються дістатися до мантії протягом десятиліття. Має бути, до речі, вибрати одну з трьох майданчиків. Всі вони знаходяться в Тихому океані (один з кандидатів - як раз те місце, де бурили попередники з проекту Mohole), і кожен розташований відносно близько до серединно-океанічних хребтах, де формується нова кора. Підняття магми призводить до підвищення морського дна, тому там відносно дрібно. Крім того, породи там порівняно холодні. Нарешті, кора утворюється досить швидко - а значить, вона досить однорідна, що теж полегшує завдання.
