Если ваша семья брала вас в отпуск на побережье моря, когда вы были маленьким ребенком, вы, вероятно, помните волнующее чувство копания в мокром песке пластиковой лопаткой. По мере того как яма становилась все больше и глубже, вы, естественно, задавались вопросом, что произойдет, если вы будете просто копать и копать. Как глубоко вы могли бы получить? Вы бы действительно в конце концов выскочили из-под земли где-нибудь в Китае, как ваша старшая сестра или брат пытались заставить вас поверить? К сожалению, вам так и не удалось это узнать, потому что, как только вы начали добиваться реального прогресса, пришло время упаковать пляжный зонт, пойти за рожком мороженого и прокатиться на механическом пони за 10 центов. на набережной. Но, тем не менее, где-то в глубине души вы постоянно думаете о том, что произойдет, если кто-то выкопает очень, очень глубокую яму.
Ну, возможно, вам больше не придется удивляться, если международная группа ученых, называющих себя проектом MoHole To the Mantle 2012 года, преуспеет в своих поисках. Они рассчитывают на международную поддержку проекта стоимостью 1 миллиард долларов, в рамках которого японское глубоководное буровое судно «Чикю» погрузится на дно Тихого океана, чтобы копать глубже, чем кто-либо прежде. План состоит в том, чтобы пройти прямо через земную кору, каменистый верхний слой планеты, который имеет толщину от 18 до 37 миль (от 30 до 60 километров) на суше, но всего 3 мили (5 километров) в самом тонком месте. пятна на дне океана. Если буровая установка Chikyu преодолеет переходную границу, называемую Мохо, она достигнет мантии Земли, таинственного слоя толщиной 1 740 миль (2 900 километров) между корой и горячим расплавленным ядром планеты.
В отличие от ваших детских фантазий, у ученых нет никаких амбиций пробурить туннель через всю планету. Вероятно, это даже невозможно, так как огромная жара и давление внутри Земли сделали бы невозможным проползание по такому проходу, даже если бы он каким-то образом не рухнул. Но простое достижение мантии, слоя, о котором мы знаем относительно мало, и извлечение образца было бы научным достижением такой величины, что некоторые называют это геологической версией высадки на Луну. В этой статье мы объясним, как сложно вырыть такую глубокую яму и что мы можем от этого получить.
Что такое мантия Земли?
Удивительно думать, что мы можем потратить 1 миллиард долларов на бурение через Мохо, если учесть, что столетие назад мы даже не знали о существовании этой границы. В 1909 году Андрия Мохорович, хорватский исследователь, обнаружил, что примерно в 20 милях (50 километрах) внутри Земли волны, вызванные землетрясениями, распространяются быстрее, чем ближе к поверхности. Хотя у ученых уже было по крайней мере смутное представление о том, что у Земли есть слои, работа Мохоровичича предполагала, что существует четкая граница между корой и слоем под ней, который имеет другой состав и физические свойства. В его честь мы теперь называем эту границу Мохо.
С тех пор ученым удалось узнать немного больше о мантии, слое, который лежит под Мохо, что составляет 83 процента объема Земли и 67 процентов ее массы Encyclopaedia Britannica. Самый простой способ понять это - представить Землю шоколадным эклером. Толстый внешний слой глазированного шоколада и печеного теста твердый, но эластичный. Это кора. Под ним, однако, много вязкой, липкой субстанции. Конечно, это ограниченная аналогия, потому что Земля не наполнена сливками. Вместо этого мантия состоит из расплавленной жидкой породы, называемоймагма Часть этой магмы извергается вулканами, поэтому мы знаем, что в верхней части мантии, то есть в верхней части 620 или около того миль (1000 километров) - кажется, что он в основном состоит из оксидов кремния, магния и железа, с небольшими количествами оксида алюминия, оксида кальция и щелочей, добавленных в смесь.
Тем не менее, наши знания о мантии довольно ограничены. Ученые не могут спуститься и посмотреть на него, и у них никогда не было чистого образца, взятого прямо из глубины для анализа. Именно на это надеется проект MoHole to the Mantle 2012 года.
Насколько сложно копать так глубоко?
Это будет довольно сложно. Мы знаем это, потому что ученые уже однажды пытались это сделать. В начале 1960-х годов они пробурили пять скважин на дне океана недалеко от острова Гуадалупе в восточной части Тихого океана на глубине 11 700 футов (3 566 метров). Самая глубокая дыра проникла в кору всего на 600 футов (183 метра), сразу за осадком на поверхности в подслой твердой породы. К сожалению, дальше они не продвинулись. Некоторые члены Конгресса США посчитали, что копать до основания не стоит затрат, и в 1966 году они закрыли проект.
Почти полвека спустя ученые надеются, что США, Япония и другие страны объединят свои ресурсы для покрытия расходов. Но физические проблемы бурения мантии остаются довольно сложными. Даже если ученые найдут самый тонкий участок коры на дне океана, это все равно означает бурение не менее нескольких миль твердой породы. Чтобы усложнить ситуацию, по мере того, как они будут углубляться в Землю, они столкнутся с экстремальными температурами, возможно, превышающими 1000 градусов по Фаренгейту (538 градусов по Цельсию), и фантастическим давлением - до 4 миллионов фунтов на квадрат. нога в районе мантии. С такой сокрушительной силой, сжимающей оборудование, будет сложно поддерживать его в рабочем состоянии, не говоря уже о том, чтобы выталкивать извлекаемый материал обратно на поверхность, чтобы ученые могли получить нужные образцы.
С другой стороны, за последние 50 лет, благодаря глубоководному бурению в нефтяной промышленности, технологии бурения значительно продвинулись вперед. У нас есть улучшенные буровые долота, инструменты и инструменты, которые гораздо лучше выдерживают тепло и давление. А благодаря GPS и другим достижениям гораздо проще удерживать буровое судно в одном и том же месте на большой глубине. По словам Дэймона Тигла из Национального океанографического центра в Саутгемптоне, Англия, одного из руководителей проекта, исследователи теперь знают больше об океанской коре и о том, как она формируется, а также о различиях между корой и мантией. «Мы гораздо лучше понимаем, что пытаемся сделать», - объяснил он в интервью 2011 года.
Если ученые не столкнутся с непредвиденной путаницей - что, конечно, очень важно - им может потребоваться от 18 месяцев до двух лет, чтобы пробурить до мантии. Они надеются начать в 2013 или в следующем году и завершить проект до конца десятилетия.
Что мы узнаем, раскопав мантию?
Надеюсь, много. Как мы объясняли ранее, знания о мантии Земли довольно ограничены, потому что мы не можем попасть туда, и у нас никогда не было ее чистого образца. Вместо этого ученые пытались выяснить это, изучая сейсмические волны и исследуя расплавленную породу, вытекающую из вулканов. Они также пытались получить подсказки о составе мантии, изучая метеориты, которые образовались из того же космического мусора, что и наша планета.
Но все эти источники оставляют много вопросов без ответа. Если ученые в конечном итоге получат часть мантии для изучения, они смогут получить новое представление о том, как Земля сформировалась миллиарды лет назад, как она превратилась в ядро, мантию и кору и как началась тектоника плит. Если они смогут узнать больше о точном сочетании химических веществ и изотопов в мантии, они смогут лучше понять, как мантия переносит химические вещества на поверхность.
Что еще более важно, они могут точно узнать, как движение жидкой породы мантии влияет на земную кору, в частности, как тектонические плиты толкаются и притягиваются друг к другу. даже помогают нам предсказывать такие события, как землетрясения и извержения вулканов.
Но одна из самых заманчивых возможностей заключается в том, что ученые действительно могут найти жизнь глубоко внутри Земли. Мы говорим не о монстрах, которых Жюль Верн вообразил в «Путешествии к центру Земли», а о крошечных, примитивных организмах, называемыхэкстремофилами, которые эволюционировали, чтобы противостоять экстремальным нагрузкам и высокие температуры (например, микроскопические «черви из ада», обнаруженные на дне южноафриканского золотого рудника). Ученые уже находили такие организмы на самом глубоком дне океана. Ученые предполагают, что если они смогут существовать еще глубже в Земле, такие организмы могут содержать уникальные ферменты или другие характеристики, которые исследователи могли бы использовать в разработке биотехнологий. Что еще более важно, они могут помочь нам понять физиологические пределы жизни.
Примечание автора. Не могли бы вы прокопать яму до самой мантии Земли?
В детстве в 1960-х годах я любил читать комиксы, и одним из моих любимых был иллюстрированный вариант романа Жюля Верна «Путешествие к центру Земли».«Меня особенно очаровала обложка, на которой персонажи плывут по подземному морскому проходу, который придумал Верн, и подвергаются нападению доисторических морских чудовищ. Яркость этого изображения способствовала моему разочарованию несколько лет спустя, когда я узнал на уроке естествознания в начальной школе рассказывали, что Земля заполнена расплавленной породой, что казалось значительно менее интересным.