המשלחת שוברת שיא קידוח במעטפת כדור הארץ ומגלה הרכב סלעים חסר תקדים

צוות בינלאומי של מדענים השיג אבן דרך היסטורית על ידי חילוץ 1,268 מטרים רציפים של סלע ממעטפת כדור הארץ. המבצע התרחש באזור הרכס האמצע-אטלנטי. האתר מציג אנומליה גיאולוגית שבה השכבה העמוקה של כוכב הלכת חשופה באופן יוצא דופן קרוב לקרקעית האוקיינוס. חוקרים השתמשו בציוד בעל דיוק גבוה כדי לקדוח לתוך גוש אטלנטיס. תוצאת המשלחת שוברת את שיא העולם הקודם לחקר רציף באזורי תהום.

הנתונים שנאספו במהלך משלחת 399 פורסמו בכתב העת המדעי Science. פרופסור יוהאן ליסנברג, חוקר מאוניברסיטת קרדיף, הוביל את הניתוחים שחשפו מבנה מינרלוגי שונה מהתחזיות תיאורטיות. הדגימות מצביעות על כך שמעטפת כדור הארץ עברה תהליכי התכה שהיו גבוהים בהרבה מהחישובים הראשוניים של הקהילה האקדמית. תגלית זו מספקת חומר חסר תקדים לחקר היווצרות מאגמה. למומחים יש כעת ראיות פיזיקליות כדי להבין את המנגנונים הפנימיים המעצבים את פני כדור הארץ.

ניתוח כימי מאתגר מודלים גיאולוגיים מסורתיים

בדיקת מעבדה של הסלעים שהתגלתה הפתיעה את הגיאולוגים בכך שהדגימה מחסור בפירוקסן. החומר הציג ריכוזי מגנזיום גבוהים משמעותית ממודלים מתמטיים שנקבעו לעומק זה. חלק ספציפי זה של מינרלים פועל כתיעוד מאובנים של הטמפרטורות הקיצוניות העומדות בפני הסלע. התכה עזה משנה את הכימיה של החומר לפני שהוא מגיע לקרום. מדענים היו צריכים לסקור את המשוואות המתארות את ההתנהגות התרמית של פנים כוכב הלכת.

מיפוי ההרכב הכימי איפשר להתחקות אחר המסלולים המדויקים שעוברת המאגמה. ליסנברג פירט כי התעלות המיקרוסקופיות שנמצאו בדגימות מציגות את דרכו של החומר המומס לעבר קרקעית הים. הגעש התת ימי אחראי לרוב ההתפרצויות העולמיות. הבנת התעלות הטבעיות הללו מסבירה כיצד הלחץ נבנה ומתפוגג בעומק. המחקר מתעד את המעבר הפיזי בין סלע מוצק לנוזל ליבון.

מעטפת כדור הארץ תופסת את רוב נפח כדור הארץ ומשמשת כמנוע לתנועה טקטונית. שכבה זו של סלע מוצק למחצה זורמת בקצב איטי ביותר לאורך מיליוני שנים. החום שנוצר בליבה מניע זרמי הסעה הגוררים את הלוחות הרחק מפני השטח. ההתנגשות והתנועה של הלוחות הללו גורמת לרעידות אדמה ולהתפרצויות געשיות. קידוח ישיר מציע את ההזדמנות הראשונה לגעת בציוד הראשי של מערכת דינמית זו.

תגובות מינרלים מצביעות על מסלולים למקור ביולוגי

אבנים שהופקו מקרקעית האוקיינוס ​​האטלנטי נושאות רמזים לגבי תנאי כדור הארץ בימיו הראשונים. החוקרים זיהו כמות גדולה של המינרל אוליבין בחתכים הגליליים שהועלו לפני השטח. אוליבין מגיב באלימות כאשר הוא בא במגע עם מי ים מלוחים. תהליך כימי טבעי זה משחרר גז מימן ויוצר מולקולות אורגניות פשוטות. ביולוגים רואים בחומרים אלו את אבני הבניין הבסיסיות לפיתוח של אורגניזמים חד-תאיים.

החוקרת סוזן ק. לאנג, המייצגת את המכון האוקיאנוגרפי של Woods Hole, העריכה את הפוטנציאל האסטרוביולוגי של הדגימות. היא ציינה כי לסלעים של גוש אטלנטיס יש חתימה כימית הדומה מאוד לחומר שכיסה את כוכב הלכת לפני מיליארדי שנים. היבשות הנוכחיות מורכבות מסלעים שונים ומעובדים יותר. הגישה לחומר הפרימיטיבי הזה עובדת כמו מכונת זמן גיאולוגית. מעבדות יכולות כעת לדמות אוקיינוסים עתיקים בדיוק מוחלט.

האנרגיה הכימית הנוצרת מהאינטראקציה בין אוליבין ומי ים יוצרת סביבה תורמת לחיים קיצוניים. פתחי אוורור הידרותרמיים בקרקעית האוקיינוס ​​הם ביתם של מערכות אקולוגיות שלמות ששורדות ללא אור שמש. חיידקים משתמשים במימן שמשחרר סלעים כדלק העיקרי שלהם. תיעוד התגובות הללו מסייע לסוכנויות החלל בחיפוש אחר חיים על הירחים הקפואים של מערכת השמש. קרקעית הים של כדור הארץ משמשת כמעבדה אנלוגית למשימות בין-כוכביות.

הדינמיקה של הגעש התת ימי זוכה לראיות חדשות

הרי געש הממוקמים בקרקעית האוקיינוסים פועלים תחת כללים פיזיים שונים מאשר הרים געשיים יבשתיים. לחץ הריסוק של עמוד המים והקירור המיידי משנים את האופן שבו הלבה מתמצקת. סלעי מעטפת שהתפרצו באזור זה עוברים פיצול מינרלים ייחודי. המחסור בפירוקסן בדגימות מוכיח שמאגמה מאבדת מרכיבים מסוימים כשהיא עולה דרך הקרום האוקיינוס ​​הדק. החומר מגיע לרצפה בצפיפות שונה לחלוטין.

הרכס האמצע-אטלנטי מתפקד כצלקת עצומה באמצע האוקיינוס ​​שבו לוחות טקטוניים נפרדים ללא הרף. החלל שנפתח על ידי ההפרדה מאפשר למעטה החמה להתרומם כדי למלא את הפער. מגע עם מי קרח בעומק של אלפי מטרים יוצר את קרום כדור הארץ החדש. המשלחת התמקדה בדיוק בנקודה שבה החומר הטרי הזה יוצא מהמעמקים.

• ריכוז גבוה של אוליבין במבני סלע שחולצו
• קצב התכה גבוה יותר מחישובים גיאולוגיים קודמים
• ערוצים מיקרוסקופיים חושפים את נתיב המאגמה העולה
• תגובות כימיות משחררות מימן במגע עם מי מלח
• דפוסי געש של תהום שונים מהתפרצויות יבשות

איחוד נתונים אלה מאפשר למכוני מחקר לכייל את החיישנים הסיסמיים שלהם בדיוק רב יותר. זרימת האנרגיה התרמית הבורחת מסדקים אוקיינוסים מווסתת את הטמפרטורה של מים עמוקים. אוקיאנוגרפים משתמשים במידע זה כדי להבין את זרימת הזרמים הימיים העולמיים. החומר הוולקני החדש שנוצר תומך גם בשרשרת מזון מורכבת המבוססת על כימוסינתזה. קרום אוקיינוס ​​פועל כמסנן כימי בין הפנים החמים לאוקיינוס ​​הקר.

הטכנולוגיה הימית מאפשרת מיצוי עומק קיצוני

ביצוע קידוח יותר מקילומטר אחד לתוך קרקעית הים הצריך מנגנון הנדסי מורכב. ספינת המחקר JOIDES Resolution שימשה בסיס פעילות לצוות הבינלאומי. לכלי יש מערכת מיקום דינמית השומרת על המבנה דומם לחלוטין מעל נקודת הקידוח. המנועים מפצים על עוצמת הגלים וזרמי הים בזמן אמת. היציבות המוחלטת מנעה את שבירת מוטות המתכת במהלך חודשי העבודה.

האתגר הגדול ביותר של המשלחת היה להביא את גלילי הסלע שלמים לסיפון הספינה. ההבדל האכזרי בלחץ ובטמפרטורה בין המעטפת לבין פני השטח נוטה לשבור דגימות. מהנדסים פיתחו ביטים מיוחדים ותרמילים מגנים כדי לשמור על שלמות המבנית של החומר. שימור הרצף המדויק של שכבות הסלע מבטיח את תקפותם של ניתוחים כרונולוגיים. מדענים הצליחו לחתוך את הגלילים ולחקור את מעבר המינרלים מילימטר אחר מילימטר.

הצלחת משלחת 399 קובעת פרוטוקול תפעולי חדש לגיאולוגיה ימית. הטכניקות ששופרו במהלך המשימה באוקיינוס ​​האטלנטי יחולו בניסיונות קידוח עתידיים על תקלות טקטוניות אחרות. הציוד עמד בחום הקיצוני ובחיכוך המתמיד ללא כשלים קטסטרופליים. הקהילה המדעית מתכננת לשלוח ספינות בדיקה לאזורים שבהם הקרום דק עוד יותר. ההתקדמות הטכנולוגית מקרבת את החוקרים למטרה להגיע לגבול המדויק בין הקרום למעטפת.