Gränsen där jordskorpan ger plats för den outforskade manteln upptäcktes först 1909 på grund av en förändring i seismiska vågor. Namngivna Moho-gränsen för Andrija Mohorovicic, som lyssnade på de seismiska vågorna, och skorpsmantelgränsen är en gräns som förblir svårfångad och övertygande - som har lockande ledtrådar om berättelsen om jordens bildning - även när våra tekniker pressar in i de yttre delarna av solsystemet och därefter.
De första allvarliga försöken att undersöka Moho-gränsen gick i mark i slutet av 1950-talet. Nu kan teknik som redan används på ett japanskt fartyg, i kombination med ett amerikanskt grävningsprogram som redan pågår, slutligen ge framgång. Damon Teagle och Benoît Ildefonse har skrivit om de pågående ansträngningarna för en artikel i tidskriftenNatur, släppt idag.
Teagle är vid University of Southamptons National Oceanography Center i Storbritannien och Ildefonse är på Université Montpellier i Frankrike. De är co-chefsforskare på en expedition som kallas IODP Expedition 335, ”för att för första gången få ett avsnitt av den nedre oceaniska skorpan - materialet som ligger precis ovanför manteln,” skriver de.
IODP använder det amerikanska fartyget JOIDES Resolution, som visas ovan, som kommer att borras från april till juni i år utanför Costa Rica kust.
"Den här webbplatsen befinner sig i havskorpan som bildades supersnabb - mer än 20 centimeter per år, mycket snabbare än någon nutidskorpsbildning", skriver medförfattarna. ”Det gör den övre skorpan där mycket tunnare än någon annanstans, så det är möjligt att nå de nedre delarna utan att behöva borra mycket djupt. Tre tidigare expeditioner till Hole 1256D har borrats ner till mer än 1,5 kilometer under havsbotten, i övergångszonen mellan diker och gabbros. ”
I vår hoppas de kunna pressa den ytterligare 400 meter, och återvinna gabbros från den nedre jordskorpan, "som kommer att vara de djupaste bergarterna som någonsin har utvunnits under havsbotten", trots att det djupaste hålet nådde 2,111 meter under östra Stilla havet av Colombia, skriver de.
Teagle och Ildefonse konstaterar att vissa delar av manteln har kastats upp till jordens yta under tektoniska bergsbyggnader och kastats ut från vulkaner och havsbotten. Dessa prover har gett ledtrådar till mantelens sammansättning, men de avslöjar inte variationen i manteln - och alla prover har förändrats av processerna som avslöjade dem.
De säger att IODP-uppdraget bör hjälpa till att lösa många debatter, inklusive hur jordskorpan bildas vid mitten av havsryggarna, hur magma från manteln tränger in i den nedre jordskorpan, geometri och kraft för hur havsvatten kan dra värme från den nedre oceaniska jordskorpan och den lägre skorpans bidrag till marina magnetiska avvikelser. Projektet kommer också att ge "ytterligare drivkraft för och förtroende för djupborrning av havskorpor", skriver Teagle och Ildefonse - men det kommer att nå ett djup som är mycket mindre än vad som kommer att behövas för att faktiskt komma vid Moho-gränsen. Det förekommer minst 30 kilometer under kontinenterna men bara 6 kilometer under havet.
Det är där Chikyu kommer in. Lanserad 2002, "Chikyu är ett jättefartyg som kan transportera 10 kilometer borrrör och är utrustat för stigningsborrning i 2,5 kilometer vatten," skriver författarna. Även om Chikyu ännu inte skulle kunna gå på full väg är dess design tillräckligt avancerad för att vara lanseringsplattan för sådana ansträngningar:
"Fartyget har ett stigningssystem: ett yttre rör omger borrsträngen - stålröret genom vilket kärnorna återvinns," skriver medförfattarna. ”Borrslam och sticklingar återförs upp till fartyget i utrymmet mellan de två rören. Detta hjälper till att återvinna borrslammet, kontrollera dess fysiska egenskaper och trycket i borrhålet och hjälper till att stabilisera borrhålens väggar. ”
Teagle och Ildefonse säger att det ideala borrprogrammet för att nå mantelgränsen kommer att hända på en av tre platser - utanför kusten på Hawaii, Baja Kalifornien och Costa Rica - där vattnet är mest grunt, över den kallaste möjliga skorpan. Vart och hur det än händer, skriver de, kommer det att vara värt att göra:
”Borrning till manteln är den mest utmanande strävan i jordvetenskapens historia. Det kommer att ge en arv av grundläggande vetenskaplig kunskap och inspiration och utbildning för nästa generation geovetenskapsmän, ingenjörer och teknologer. ”
Källa: Nature. Se också webbplatserna för Chikyu och JOIDES.
