Tidligt i foråret 1961 begyndte en gruppe geologer at bore et hul i havbunden ud for Baja Californiens kyst. Ekspeditionen, den første, hvis dens art, var den indledende fase af et projekt beregnet til at slå gennem jordskorpen og nå den underliggende mantel. Lidt vidste de, at deres indsats snart ville blive overskygget, da John F. Kennedy lancerede løbet til månen i maj samme år.
Relateret indhold
- Den indre jord vrimler af eksotiske livsformer
- Vi ved endelig, hvor meget den dino-dræbende asteroide omdannede jorden
- Her er en meget god grund til at bore dybt i en aktiv fejl
- Der kan være et andet massivt hav dybt under overfladen
I slutningen af 1972 landede seks Apollo-missioner på Jordens orbital-ledsager og bragte hjem mere end 841 pund af månebjerge og jord hjem efter at have brugt milliarder dollars og via den samlede indsats fra tusinder af videnskabsmænd og ingeniører.
I mellemtiden blev de jordbundne geologer, der drømte om at få et glimt af Jordens indre arbejde, tomhændede med resterne af forskellige programmer takket være budgetnedskæringer.
Siden 1960'erne har forskere forsøgt at bore i jordens mantel, men har endnu ikke mødt succes. Nogle bestræbelser mislykkedes på grund af tekniske problemer; andre er faldet bytte for forskellige former for uflaks - herunder, som det blev opdaget efter det, at plukke upunkelige pletter til at bore. Ikke desto mindre har disse bestræbelser vist, at teknologien og ekspertisen til at bore til mantlen eksisterer. Og nu er den første fase af det seneste forsøg på at nå denne vigtige del af vores planet kedeligt gennem et tyndt afsnit af havskorpe i det sydvestlige Indiske Ocean.
Bare rolig: Når borerne til sidst gennemborer mantelen, strømmer varm smeltet sten ikke op i hullet og spildes på havbunden i et vulkanudbrud. Selvom mantelbergarter flyder, gør de det med en hastighed, der svarer til væksthastigheden for en negle, siger Holly Given, en geofysiker ved Scripps Institution of Oceanography i San Diego.
Mantelen er den største del af denne planet, vi kalder hjem, men alligevel ved forskere relativt lidt om den gennem direkte analyse. Den tynde finer af skorpe, vi lever på, udgør omkring en procent af Jordens volumen. Den indre og ydre kerne - faste og flydende masser, der stort set er lavet af jern, nikkel og andre tætte elementer - optager kun 15 procent af planetens volumen. Mantelen, der ligger mellem den ydre kerne og skorpen, udgør anslagsvis 68 procent af planetens masse og en kæmpe 85 procent af dens volumen.
Tænk på mantlen som en planetstørrelse lavalampe, hvor materiale henter varme ved kerne-mantelgrænsen, bliver mindre tæt og stiger i flydende plommer til den nedre kant af jordskorpen og flyder derefter langs det loft, indtil det køler ned og synker tilbage mod kernen. Cirkulation i mantlen er usædvanligt langsom: Ifølge et skøn kan en rundtur fra skorpe til kerne og tilbage igen tage så længe som 2 milliarder år.
Det er vigtigt at få en uberørt del af mantelen, fordi det ville hjælpe planetariske videnskabsmænd med bedre at fastlægge de råvarer, som Jorden akkrediterede, da vores solsystem var ung. ”Det ville være en sandhed for, hvad verden er lavet af, ” siger Given. Dets sammensætning ville også give ledetråde om, hvordan Jorden oprindeligt dannede sig, og hvordan den udviklede sig til den flerlagede orb, vi bor i dag, siger hun.
Forskere kan udlede en hel del om mantlen, selv uden en prøve. Hastighederne og stierne af jordskælv-genererede seismiske bølger, der passerer gennem planeten, giver indsigt i tætheden, viskositeten og de overordnede egenskaber ved mantelen, samt hvordan disse egenskaber varierer fra sted til sted. Det gør også den hastighed, hvormed jordskorpen springer opad efter at have været afvejet af massive isark, der for nylig (i geologiske vendinger) har smeltet.
Målinger af vores planetes magnetiske og tyngdefelter giver endnu mere information og indsnævrer de typer mineraler, der kan findes i det dybe, siger Walter Munk, en fysisk oceanograf hos Scripps. Videnskabsmanden, nu 98, var en del af en lille gruppe forskere, der først drømte tanken om at bore i mantlen i 1957. Men disse indirekte metoder kan kun fortælle en videnskabsmand, bemærker han. "Der er ingen erstatning for at have en del af det, du vil analysere i dine hænder."
Forskere har prøver af kappen i hånden, men de er ikke uberørte. Nogle af dem er bunker af sten, der føres til jordoverfladen ved at udbrudte vulkaner. Andre blev hævet opad ved sammenkrummende kollisioner mellem tektoniske plader. Endnu andre er steget til havbunden langs langsomt spredte middelhavsryge, siger geologer Henry Dick og Chris MacLeod. Dick fra Woods Hole Oceanographic Institution i Massachusetts og MacLeod fra Cardiff University i Wales er medledere af den dybborende ekspedition, der lige nu er samlet ind i det sydvestlige Indiske Ocean.
Alle de aktuelle mantelprøver er blevet ændret af de processer, der bragte dem til jordoverfladen, udsat for atmosfæren eller nedsænket i havvand i længere tid - muligvis alt det ovenstående. Disse mantelprøver udsat for luft og vand har sandsynligvis mistet nogle af deres lettere opløste originale kemiske elementer.
Derfor er det store ønske om at få en uudtaget del af mantelen, siger Dick. Når de var tilgængelige, kunne forskere analysere en prøves samlede kemiske sammensætning såvel som dens mineralogi, vurdere klippets tæthed og bestemme, hvor let den leder varme og seismiske bølger. Resultaterne kunne sammenlignes med de værdier, der blev udledt fra indirekte målinger, validering eller omtvistelse af disse teknikker.
Boring til mantlen giver også geologer et kig på, hvad de kalder Mohorovičić-diskontinuiteten, eller Moho, kort fortalt. Over denne mystiske zone, opkaldt efter den kroatiske seismolog, der opdagede det i 1909, rejser seismiske bølger omkring 4, 3 mil i sekundet, en hastighed, der stemmer overens med de bølger, der rejser gennem basalt eller afkølet lava. Under Moho rippes bølgerne med omkring 5 miles i sekundet, svarende til den hastighed, de rejser gennem en silicafattig type tarmart, der kaldes peridotit. Moho ligger typisk mellem 3 til 6 miles under havbunden og hvor som helst mellem 12 og 56 miles under kontinenterne.
Denne zone har længe været betragtet som skorpekantelgrænsen, hvor materiale gradvist afkøles og klæber fast på den overliggende skorpe. Men nogle laboratorieundersøgelser antyder, at det er muligt, at Moho repræsenterer det område, hvor vand, der siver ned fra den overliggende skorpe, reagerer med mantelperidotitter for at skabe en type mineral kaldet serpentin. Denne mulighed er spændende, antyder Dick og MacLeod. De geokemiske reaktioner, der genererer serpentin, producerer også brint, som derefter kan reagere med havvand til at producere metan, en energikilde for nogle typer bakterier. Eller, forskerne bemærker, Moho kunne være noget andet helt ukendt for videnskaben.
Nøglen til at låse mantelens hemmeligheder op er at finde det rigtige sted, hvor man skal bore. Mantelmateriale stiger til havbunden ved midterhavsrygge, hvor tektoniske plader langsomt skubbes fra hinanden. Men disse prøver gør det bare ikke. Arbejde gennem et par miles af skorpe under havbunden ændrer materialet betydeligt, hvilket gør mantelprøven ikke repræsentativ for hvad der er dybt inde i Jorden. Og det er også problematisk at bore dybere ved en af disse kamme, siger Dick. "Ved en havryg eller dens umiddelbare flanke er skorpen for varm til at kunne bore mere end ca. en eller to kilometer."
Så han og hans kolleger borer på et sted i det sydvestlige Indiske Ocean kaldet Atlantis Bank, som ligger omkring 808 miles sydøst for Madagaskar. Mange faktorer gør dette landskab til et fremragende sted for ekspeditionen at bore, siger Dick.
Strukturgeolog Carlotta Ferrando undersøger nogle kerner for brud og årer, der kan fortælle hende, om klipperne er deformeret. (Bill Crawford, IODP JRSO) 
De bittesmå, deformerede mineralkorn i denne prøve af den nedre skorpe, skåret tyndt og klemt mellem materialerne, så det transmitterer polariseret lys, kronik, hvordan den delvist smeltede klippe blev presset og strakt, da den steg mod havbunden ved Atlantis Bank. (Bill Crawford, International Ocean Discovery Program) 
Geolog James Natland (til venstre) og ekspeditionsmedchefschef Henry Dick (midten) og Chris MacLeod (til højre) ser på, hvad holdet mener er den bredeste kerne, der nogensinde er blevet genvundet af havboreprogrammet. (Benoit Ildefonse, IODP) For det første sidder denne Denver-størrelse patch med havbund på toppen af havskorpen, der er omkring 11 millioner år gammel, hvilket gør den kølig nok til at bore i. For det andet er toppen af banken et 9, 7 kvadratkilometer stort plateau, der er inden for 2.300 fod fra havoverfladen. Det gør, at man tapper havbunden der i modsætning til den 3, 7 mil dybe havbund et nærliggende hjørne. Stærke havstrømme i området har forhindret, at sedimenter hældes op på havbunden og holder skorpen der stort set udsat. Det er også relativt tyndt - en tidligere seismisk undersøgelse af området fandt, at skorpen der kun er 1, 6 mil tyk.
Derudover dannede havskorpen under Atlantis Bank sig ved et afsnit af midthavskanten, hvor de øverste lag af spirende skorpe spredte sig i den ene retning fra riftet, mens de nedre lag bevægede sig i den anden. Forskere er endnu ikke sikre på, hvordan eller hvorfor dette skete. Men på grund af denne såkaldte asymmetriske spredning, som sandsynligvis forekommer ved en betydelig del af verdens midthavsryge, er Atlantis Bank ikke beklædt med sprøde lag af øverste skorpe, der kan knuse og falde ned i et hul, når det bores, siger Dick. Sådan affald kan beskadige borehullet eller få det til at gribe ind, såvel som det gør det vanskeligt at skylle mindre bit af sten og mudder fra hullet.
På trods af fordelene ved boring i Atlantis Bank har ekspeditionen haft tilbageslag, der er fælles for mange havboreprojekter. Problemer med lastning af skibet forsinkede holdets afgang fra Colombo, Sri Lanka med en dag. En gang på stedet brød holdet en boremaskine, men inden de kunne fiske brikkerne ud af deres hul, måtte de pakke sig sammen og tage en syg besætningsmedlem nordpå mod Mauritius for at møde en landbaseret helikopter for en medicinsk evakuering. Skibet, kaldet JOIDES-opløsningen, vendte tilbage efter næsten en uges væk og måtte derefter tilbringe et par dage med at bruge en stærk magnet for at prøve at genvinde brikkerne på deres ødelagte bor.
De fandt aldrig de manglende brikker. Men i løbet af en sidste-grøftindsats ved hjælp af et stærkt vakuum til at forsøge at slurpe dem op, bragte ekspeditionen tilbage, hvad der kan være den største del af havskorpen, der nogensinde er kommet. Cylinderen af mørk, grovkornet klippe, kaldet gabbro, er 7 tommer over - tre gange den normale størrelse - og 20 tommer lang.
Holdets måldybde for denne ekspedition var 4.265 meter ind i skorpen, næsten halvvejs til mantlen. Desværre havde boringen fra 22. januar kun nået en dybde på 2.330 fod under havbunden.
Når denne artikel offentliggøres, vil boreoperationer blive samlet ind på Atlantis Bank - for denne del af projektet. Et andet, allerede godkendt ben af missionen vil forhåbentlig fuldføre opgaven og trykke på mantlen. Men det kan være overalt fra to til fem år fra nu. Konkurrence om skibstid fra andre hold, der ønsker at bore andre steder i verden, er hård, siger Dick.
Videnskabsteamet kommer dog ikke tomhendt fra den første fase af dette projekt, siger MacLeod. Gendannelse af prøver fra hele jordskorpen er også vigtigt. ”Vi har ingen idé om, hvad den store sammensætning af havskorpen er overalt på kloden, ” siger Dick. Nederste skorpebergarter, der tidligere er blevet genvundet fra andre dybboringssteder, har ikke set noget som forskerne forventede, siger han.
Atlantis Bank-projektet ville give et kig på den kemiske sammensætning af den nedre skorpe. Og en fuld profil gennem hele laget vil hjælpe videnskabsmænd med at forstå, hvordan magmas er kemisk og fysisk transformeret der - inklusive hvordan mantelbergarter krystalliseres og fastgøres til den nedre overflade af skorpen.
Når forskere i sidste ende har fået deres mantelprøve, kan andre hold svindle tilbage på projektet med deres egne eksperimenter, siger MacLeod. ”Fremtidige ekspeditioner falder måske instrumenter ned i hullet i årene fremover.” Seismologer kan for eksempel sende sensorer ned i det miles-dybe hul og derefter direkte måle hastigheden af seismiske bølger, der pulserer gennem jordskorpen, snarere end at udlede dem via laboratorium test på små prøver af sten. Forskere kan også sænke en streng temperatursensorer ned i hullet for at måle varmestrøm fra vores planetens indre.
Uden tvivl vil prøverne af havskorpe og -mantel, der til sidst hentes fra Atlantis Bank - såvel som data indsamlet fra hullet, der er tilbage, holde geologer og geofysikere travlt i flere årtier fremover. Men tålmodighed er en dyd, og at bide deres tid er, hvad Dick, MacLeod og deres geofysiske brødre har gjort i årtier.
Redaktørens note: Denne artikel er blevet opdateret for at rette tilskrivningen af en seismisk undersøgelse af Atlantis Bank.
