Буріння океану: що вчені виявили через 50 років

Це вражаюче, але вірно, що ми знаємо більше про поверхню Місяця, ніж про поверхню океану Землі. Багато чого з того, що ми знаємо, прийшло з наукового буріння океану - систематичного збирання основних зразків з глибокого морського дна. Цей революційний процес розпочався 50 років тому, коли бурові судна Glomar Challenger ввійшли до Мексиканської затоки 11 серпня 1968 року на першій експедиції проекту «Глибоке морське буріння».

У 1980 році я пішла на свою першу наукову експедицію з буріння океану, і з тих пір брала участь у ще шести експедиціях до місць, включаючи далеке північне узбережжя Атлантики і море в Антарктиці. У моїй лабораторії мої студенти та я працювали з основними зразками цих експедицій. Кожна з цих ядер, які є циліндрами довжиною 31 фут і шириною 3 дюйми, схожа на книгу, інформація якої чекає перекласти словами. Утримання нещодавно відкритого ядра, наповненого скелями і осадом з океанського дна Землі, подібне до того, як відкрити рідкісну скриню зі скарбами, яка фіксує час у історії Землі.

Див. Також: Експедиція до зануреного "втраченого континенту" Зеландія - "успіх"

Протягом півстоліття, наукове буріння океану довели теорію тектоніки плит, створило поле палеокеанографії і переглянуло те, як ми розглядаємо життя на Землі, виявляючи величезну різноманітність і обсяг життя в глибокій морській біосфері. І ще багато чого ще треба вивчити.

Технологічні інновації

Дві ключові нововведення дозволили дослідницьким суднам брати проби ядра з точних місць у глибоких океанах. Перший, відомий як динамічне позиціонування, дозволяє 471-футовому кораблю залишатися закріпленим на місці під час буріння і відновлення ядер, один на вершині наступного, часто на більш ніж 12 000 футів води.

На цих глибинах прив'язка неможлива. Натомість, техніки скидають торпедоподібний інструмент, який називається транспондером на боці. Пристрій, званий перетворювачем, встановлений на корпусі судна, посилає акустичний сигнал на транспондер, який відповідає. Комп'ютери на борту обчислюють відстань і кут цього зв'язку. Тюстери на корпусі судна маневрують судном, щоб залишитися в точно такому ж місці, протидіючи силам струмів, вітру і хвиль.

Інша проблема виникає, коли бурові долота повинні бути замінені в середині експлуатації. Кора океану складається з виверженої породи, яка носить біти до того, як досягнута потрібна глибина.

Коли це відбувається, екіпаж свердла приводить всю бурильну трубу на поверхню, встановлює нове бурове свердло і повертається до того ж отвору. Це вимагає направляння труби у воронкоподібний конус повторного входу, шириною менше 15 футів, розміщений на дні океану в гирлі свердловини. Цей процес, який був вперше здійснений у 1970 році, схожий на зниження довгої нитки спагетті на ліворуч у глибині четверти дюйма на глибокому кінці олімпійського басейну.

Підтвердження тектоніки плит

Коли наукове буріння океану почалося в 1968 році, теорія тектоніки плит була предметом активних дебатів. Одна з ключових думок полягала в тому, що нова морська кірка була створена на хребтах морського дна, де океанічні пластини віддалялися один від одного, і магма з внутрішніх ґрунтів землі піднімалася між ними. Згідно з цією теорією, кора має бути новим матеріалом на гребені океанічних хребтів, і його вік повинен збільшуватися з відстанню від гребеня.

Єдиним способом довести це було, проаналізувавши осадові і кам'яні ядра. Взимку 1968-1969 рр. Glomar Challenger пробурив сім ділянок в південній частині Атлантичного океану на схід і захід від Середньоатлантичного хребта. Як магматичні породи океанського дна, так і вищерозміщені опади витримали в ідеальному узгодженні з прогнозами, підтверджуючи, що морська кора формується на хребтах і тектоніка плит була правильною.

Реконструкція історії Землі

Океанський рекорд історії Землі є більш безперервним, ніж геологічні утворення на суші, де ерозія та переосадження вітром, водою та льодом можуть порушити рекорд. У більшості океанічних локалізацій осаду закладають частинки за частинками, мікроокислюються мікрофосилом і залишаються на місці, врешті-решт піддаючись тиску і перетворюючись на скелю.

Мікрофосилі (планктон), що зберігаються в осаді, красиві й інформативні, хоча деякі з них менші за ширину людського волосся. Як і великі скам'янілості рослин і тварин, вчені можуть використовувати ці делікатні структури кальцію і кремнію для реконструкції минулих середовищ.

Завдяки науковому бурінню океану, ми знаємо, що після страйку астероїда всіх не-пташиних динозаврів 66 мільйонів років тому нове життя колонізувало край кратера протягом декількох років, і протягом 30 тисяч років процвітала повна екосистема. Кілька глибоких океанських організмів жили безпосередньо через вплив метеорита.

Буріння океану також показало, що через десять мільйонів років масовий викид вуглецю - ймовірно, через велику вулканічну активність і метан, що виділяється при розплавленні гідратів метану - викликав різке, інтенсивне потепління або гіпертермічний термічний максимум. Під час цього епізоду навіть Арктика досягла 73 градусів за Фаренгейтом.

В результаті підкислення океану від викиду вуглецю в атмосферу і океан викликали масове розчинення і зміни в глибокій екосистемі океану.

Цей епізод є вражаючим прикладом впливу швидкого потепління клімату. Загальна кількість вуглецю, що вивільняється під час використання ПЕТМ, оцінюється приблизно дорівнює кількості, яку люди будуть випускати, якщо ми будемо спалювати всі запаси викопного палива Землі. Проте важливою відмінністю є те, що вуглець, що вивільняється вулканами та гідратами, набагато повільніше, ніж ми зараз випускаємо викопне паливо. Таким чином, ми можемо очікувати ще більш різких змін клімату та екосистем, якщо ми не перестанемо викидати вуглець.

Пошук життя в океанських відкладеннях

Наукове буріння океану також показало, що існує приблизно стільки ж клітин в морському осаді, як в океані або в грунті. Експедиції знайшли життя в осадках на глибинах понад 8000 футів; у родовищах морського дна, яким 86 мільйонів років; і при температурах вище 140 градусів за Фаренгейтом.

Сьогодні вчені з 23 країн пропонують і проводять дослідження в рамках Міжнародної програми відкриття океану, яка використовує наукове буріння океану для відновлення даних відкладень і порід морського дна і для моніторингу середовища під океанським дном. Coring виробляє нову інформацію про тектоніку плит, наприклад, про складність формування океанічної кори і про різноманітність життя в глибоких океанах.

Це дослідження є дорогим, технологічним і інтелектуально інтенсивним. Але тільки досліджуючи глибоке море, ми можемо відновити скарби, які він тримає, і краще зрозуміти його красу і складність.

Ця стаття спочатку була опублікована на The Conversation від Suzanne O'Connell. Читайте оригінальну статтю тут.