Ko mēs esam iemācījušies no 50 gadu okeāna urbšanas

Autore Suzanne O'Connell, Veslijas Universitāte

Tas ir satriecoši, bet taisnība, ka mēs zinām vairāk par Mēness virsmu nekā par Zemes okeāna grīdu. Liela daļa no tā, ko mēs zinām, ir nākusi no zinātniskas okeānu urbšanas - sistemātiskas pamata paraugu vākšanas no dziļajiem jūras gultnes. Šis revolucionārais process sākās pirms 50 gadiem, kad urbšanas kuģis Glomar Challenger 1968. gada 11. augustā izlidoja Meksikas līcī, pirmajā federālā finansētā dziļūdens urbšanas projekta ekspedīcijā.

Es devos savā pirmajā zinātniskajā okeāna urbšanas ekspedīcijā 1980. gadā un kopš tā laika esmu piedalījies vēl sešās ekspedīcijās uz vietām, ieskaitot tālu Atlantijas okeāna ziemeļdaļu un Antarktīdas Weddellas jūru. Laboratorijā mani studenti un es strādājam ar šo ekspedīciju paraugiem. Katrs no šiem kodoliem, kas ir 4, 4 m gari un 7, 6 cm plati cilindri, ir kā grāmata, kuras informāciju gaida tulkojums vārdos. Nesen atvērtas serdes turēšana, kas piepildīta ar akmeņiem un nogulumiem no Zemes okeāna dibena, ir kā reta dārgumu lādes atvēršana, kas fiksē laika pagātni Zemes vēsturē.

Vairāk nekā pusgadsimta laikā zinātniskā okeāna urbšana ir pierādījusi plākšņu tektonikas teoriju, izveidojusi paleoacenogrāfijas lauku un no jauna noteikusi, kā mēs skatāmies uz dzīvi uz Zemes, atklājot milzīgu dzīves dažādību un apjomu dziļajā jūras biosfērā. Un vēl daudz kas vēl jāapgūst.

Pēc veiksmīgiem jūras izmēģinājumiem un zinātniskā un urbšanas aprīkojuma testēšanas Honolulu ierodas zinātniskais urbšanas kuģis JOIDES Resolution. Attēls, izmantojot IODP.

Tehnoloģiskās inovācijas

Divi galvenie jauninājumi ļāva pētniecības kuģiem ņemt paraugus no precīzām vietām dziļajos okeānos. Pirmais, kas pazīstams kā dinamiskā pozicionēšana, ļauj 471 pēdu (144 metru) kuģim palikt fiksētā vietā, urbjot un atgūstot serdes, vienu virs otra, bieži virs 12 000 pēdām (2 1/2 jūdzes, 3700). metri) ūdens.

Enkurēšana šajos dziļumos nav iespējama. Tā vietā tehniķi pāri sāniem nomet torpēdas formas instrumentu, ko sauc par retranslatoru. Uz kuģa korpusa uzstādīta ierīce, ko sauc par devēju, nosūta skaņas signālu uztvērējraidītājam, kurš atbild. Borta datori aprēķina šīs komunikācijas attālumu un leņķi. Kuģa korpusa bīdītāji manevrē kuģi, lai paliktu tieši tajā pašā vietā, pretstatot straumju, vēja un viļņu spēkus.

Vēl viens izaicinājums rodas, ja urbji ir jāmaina darbības laikā. Okeāna garoza sastāv no nezināmajiem iežiem, kas nolietojas ilgi pirms vēlamā dziļuma sasniegšanas.

Ieejas konuss tiek metināts kopā ap urbuma cauruli, pēc tam nolaists pa cauruļu, lai virzītu atkārtotu ievietošanu pirms urbju maiņas. Attēls, izmantojot IODP.

Kad tas notiek, urbšanas apkalpe visu urbuma cauruli nogādā virspusē, uzstāda jaunu urbjmašīnu un atgriežas tajā pašā caurumā. Tas prasa, lai caurule tiktu virzīta piltuves formas atkārtotas ieplūšanas konusā, kas ir mazāks par 4, 6 m (4, 6 m) un kas ievietots okeāna apakšā pie urbuma atveres. Process, kas pirmo reizi tika veikts 1970. gadā, ir kā garas spageti šķipsnas nolaišana ceturtdaļu collas platā piltuvē olimpiskā peldbaseina dziļajā galā.

Plātņu tektonikas apstiprināšana

Kad 1968. gadā sākās zinātniska okeāna urbšana, plātņu tektonikas teorija bija aktīvu diskusiju priekšmets. Viena no galvenajām idejām bija tāda, ka pie okeāna grēdām tika izveidota jauna okeāna garoza, kur okeāna plāksnes attālinājās viena no otras, un magma no zemes iekšpusē tika sametināta. Saskaņā ar šo teoriju garozai vajadzētu būt jaunam materiālam pie okeāna grēdu robežas, un tās vecumam vajadzētu palielināties, mainoties attālumam no cekas.

Vienīgais veids, kā to pierādīt, bija nogulumu un iežu serdeņu analīze. 1968.-1969. Gada ziemā Glomar Challenger veica septiņas vietas Atlantijas okeāna dienvidu daļā uz austrumiem un rietumiem no Vidusatlantijas grēdas. Gan okeāna dibena nedzirdīgie ieži, gan virsūdens nogulsnes, kas novecojušas pilnīgā saskaņā ar pareģojumiem, apstiprināja, ka pie grēdām veidojas okeāna garoza un plātņu tektonika bija pareiza.

Skatīt pilnu attēlu. | Daļa no Chicxulub trieciena krātera pamata sekcijas. Tas ir suevīts - trieciena laikā izveidojies iežu tips, kas satur iežu fragmentus un izkusušus iežus.

Zemes vēstures rekonstrukcija

Zemes vēstures okeāna ieraksts ir nepārtrauktāks nekā ģeoloģiski veidojumi uz sauszemes, kur erozija un pārveidošanās, ko veic vējš, ūdens un ledus, var izjaukt ierakstu. Lielākajā daļā okeāna nogulumu nogulsnes izdalās pa daļiņām, mikrofosilās - ar mikrofosilu, un tas paliek savā vietā, galu galā padevies spiedienam un pārvēršoties iežos.

Nogulumos saglabātās mikrofosilijas (planktons) ir skaistas un informatīvas, kaut arī dažas ir mazākas par cilvēka matu platumu. Tāpat kā lielākas augu un dzīvnieku fosilijas, zinātnieki var izmantot šīs delikātās kalcija un silīcija struktūras, lai rekonstruētu iepriekšējo vidi.

Pateicoties zinātniskajai okeāna urbšanai, mēs zinām, ka pēc asteroīdu streika, kas nogalināja visus putnu dinozaurus, kas nav putni, pirms 66 miljoniem gadu, jauna dzīve gadu laikā kolonizēja krātera loka un 30 000 gadu laikā plauka pilnīga ekosistēma. Daži meteorītu organismi dzīvoja tieši meteorīta ietekmē.

Okeāna urbšana arī parādīja, ka desmit miljonus gadu vēlāk masīva oglekļa izplūde - iespējams, no plašas vulkāniskās aktivitātes un metāna, kas izdalās no kausējošiem metāna hidrātiem - izraisīja pēkšņu, intensīvu sasilšanas notikumu jeb hipertermālu, ko sauc par paleocena-eocēna termisko maksimumu. Šīs epizodes laikā pat Arktika sasniedza 73 grādus pēc Fārenheita (22, 8 grādi C).

Rezultātā okeāna paskābināšanās no oglekļa izdalīšanās atmosfērā un okeānā izraisīja masīvu izšķīšanu un izmaiņas dziļā okeāna ekosistēmā.

Šī epizode ir iespaidīgs straujas klimata sasilšanas ietekmes piemērs. Tiek lēsts, ka kopējais oglekļa daudzums, kas izdalās PETM laikā, ir aptuveni vienāds ar daudzumu, ko cilvēki atbrīvos, ja sadedzināsim visas Zemes fosilā kurināmā rezerves. Tomēr būtiska atšķirība ir tā, ka vulkānu un hidrātu izdalītais oglekļa daudzums bija daudz lēnāks, nekā mēs šobrīd izlaižam fosilo kurināmo. Tādējādi mēs varam sagaidīt vēl dramatiskākas klimata un ekosistēmas izmaiņas, ja vien mēs nepārstājam izdalīt oglekli.

Uzlaboti fitoplanktona skenējošie elektronu mikroskopa attēli (pa kreisi, diatoms; pa labi, kokolitofors). Dažādām fitoplanktona sugām ir atšķirīgas klimatiskās izvēles, kas padara tās par ideāliem virszemes okeāna apstākļu rādītājiem. Attēls caur Dee Breger.

Dzīvības atrašana okeāna nogulumos

Zinātniskā okeāna urbšana arī parādīja, ka jūras nogulumos ir apmēram tikpat daudz šūnu kā okeānā vai augsnē. Ekspedīcijas ir atradušas dzīvību nogulumos dziļumā, kas pārsniedz 8000 pēdas (2400 m); jūras gultnes atradnēs, kuru vecums ir 86 miljoni gadu; un temperatūrā virs 140 grādiem pēc Fārenheita (60 grādi C).

Mūsdienās zinātnieki no 23 valstīm ierosina un veic pētījumus, izmantojot Starptautisko okeāna atklāšanas programmu, kas izmanto zinātnisku okeāna urbšanu, lai atgūtu datus no jūras dibena nogulumiem un iežiem un uzraudzītu vidi zem okeāna dibena. Korings iegūst jaunu informāciju par plātņu tektoniku, piemēram, par okeāna garozas veidošanās sarežģītību un dzīves daudzveidību dziļajos okeānos.

Šis pētījums ir dārgs, tehnoloģiski un intelektuāli intensīvs. Bet tikai izpētot dziļjūru, mēs varam atgūt turētos bagātības un labāk izprast tās skaistumu un sarežģītību.

Suzanne O'Connell, Veselsijas universitātes Zemes un vides zinātņu profesore

Šis raksts ir pārpublicēts no The Conversation, izmantojot Creative Commons licenci. Izlasiet oriģinālo rakstu.

Grunts līnija: Ko zinātne ir iemācījusies no 50 gadu pamatparaugiem no okeāna dibena.