בתחילת אביב 1961 החלה קבוצה של גיאולוגים לקדוח חור לקרקעית הים מול חוף האוקיאנוס השקט של באחה קליפורניה. המשלחת, הראשונה אם היא מסוגה, הייתה השלב הראשוני של פרויקט שנועד לחדור דרך קרום כדור הארץ ולהגיע למעטפת הבסיסית. מעט הם ידעו שמאמציהם יאפילו בקרוב כאשר ג'ון פ. קנדי יפתח במירוץ לירח במאי אותה שנה.
תוכן קשור
- כדור הארץ הפנימי מתמודד עם צורות חיים אקזוטיות
- סוף סוף אנו יודעים עד כמה אסטרואיד הורג את הדינו מחדש
- הנה סיבה אחת טובה מאוד לקדוח עמוק בתוך תקלה פעילה
- יכול להיות אוקיינוס מסיבי שני עמוק מתחת לפני השטח
בסוף 1972, לאחר שהוציאו מיליארדי דולרים ובאמצעות מאמץ קולקטיבי של אלפי מדענים ומהנדסים, נחתו שש משימות אפולו על בן לווייתן של כדור הארץ והביאו הביתה למעלה מ 841 פאונד של סלעי אדמה ואדמה.
בינתיים, הגיאולוגים האדומים שחלמו לקבל הצצה לעבודה הפנימית של כדור הארץ הושארו בידיים ריקות עם שאריות של תוכניות שונות בזכות קיצוצים בתקציב.
מאז שנות השישים ניסו החוקרים לקדוח במעטפת כדור הארץ אך טרם נפגשו בהצלחה. כמה מאמצים נכשלו בגלל בעיות טכניות; אחרים נפלו טרף לסוגים שונים של מזל רע - כולל, כפי שהתגלה לאחר מעשה, לקטוף כתמים לא חשובים לקידוח. עם זאת, מאמצים אלה הראו כי הטכנולוגיה והמומחיות לקדוח למעטפת קיימים. ועכשיו השלב הראשון של הניסיון האחרון להגיע לחלק חשוב זה בכוכב הלכת שלנו משעמם דרך קטע דק של קרום האוקיאנוס בדרום מערב האוקיאנוס ההודי.
אל דאגה: כאשר בסופו של דבר המקדחים חודרים את המעטפת, סלע מותך חם לא יעלה במעלה החור ונשפך על קרקעית הים בהתפרצות געשית. למרות שסלעי המעטפת אכן זורמים, הם עושים זאת במהירות הדומה לקצב הצמיחה של ציפורן, אומרת הולי גיוון, גיאופיזיקאי במכון סקריפס לאוקיאנוגרפיה בסן דייגו.
המעטפת היא החלק הגדול ביותר בכוכב הלכת הזה שאנו מכנים בית, ובכל זאת מדענים יודעים עליו מעט יחסית באמצעות ניתוח ישיר. פורניר הקרום הדק שעליו אנו חיים מהווה אחוז אחד מנפח כדור הארץ. הגרעין הפנימי והחיצוני - המונים מוצקים ונוזלים העשויים ברובם מברזל, ניקל ואלמנטים צפופים אחרים - תופס רק 15 אחוז מנפח כדור הארץ. המעטפת, שנמצאת בין הגלעין החיצוני לקרום, מהווה כ- 68 אחוז ממסת כדור הארץ וכ- 85 אחוז מנפחו.
חשוב על המעטפת כמנורת לבה בגודל פלנטה בה החומר מרים חום בגבול המעטפת של הליבה, הופך להיות פחות צפוף ועולה בכמויות נמרצות לקצה התחתון של קרום כדור הארץ ואז זורם לאורך התקרה ההיא עד שהוא מתקרר ושוקע חזרה לכיוון הליבה. תפוצת המעטפת היא רפה במיוחד: על פי הערכה אחת, מסלול הלוך ושוב מקרום לליבה ובחזרה עשוי לארוך 2 מיליארד שנה.
השגת נתח וטהור של המעטפת היא חשובה מכיוון שהיא תעזור למדענים פלנטריים לבחון טוב יותר את חומרי הגלם שמהם כדור הארץ הצטמצמה כאשר מערכת השמש שלנו הייתה צעירה. "זו תהיה אמת-קרקע עבור מה העולם מורכב", אומר גיוון. ההרכב שלה יספק גם רמזים לאופן בו נוצר כדור הארץ בתחילה ואיך הוא התפתח לכדור-רב שכבתי שאנו חיים כיום, היא אומרת.
מדענים יכולים להסיק הרבה על המעטפת, אפילו ללא מדגם. המהירויות והנתיבים של גלי סיסמיים שנוצרו ברעידת אדמה העוברים בכוכב הלכת מספקים תובנות לגבי הצפיפות, הצמיגות והתכונות הכלליות של המעטפת, כמו גם כיצד התכונות הללו משתנות ממקום למקום. כך גם הקצב בו קרום כדור הארץ נובע כלפי מעלה לאחר שנשקלל על ידי יריעות קרח מסיביות שנמסו לאחרונה (במונחים גיאולוגיים).
מדידות של שדות מגנטיים וכבידה של כוכב הלכת שלנו מקנות מידע עוד יותר, ומצמצמים את סוגי המינרלים שעשויים להימצא במעמקי האדמה, אומר וולטר מונק, חוקר אוקיינוסים פיזי בסקריפס. המדען, כיום בן 98, היה חלק מקבוצה קטנה של חוקרים שחלמו לראשונה את הרעיון של קידוח למעטפת בשנת 1957. אבל שיטות עקיפות אלה יכולות לדעת למדען רק כל כך הרבה, הוא מציין. "אין תחליף להחזיק בידך נתח של מה שאתה רוצה לנתח."
לחוקרים יש דוגמאות של המעטפת ביד, אך הן אינן בתוליות. חלקם הם נתחי סלע הנישאים אל פני כדור הארץ על ידי הרי געש מתפרצים. אחרים הורמו כלפי מעלה על ידי התנגשויות שהתפוררו בין צלחות טקטוניות. עם זאת, אחרים עלו לקרקעית הים לאורך רכסי אמצע האוקיאנוס המתפשטים, אומרים הגיאולוגים הנרי דיק וכריס מקלוד. דיק, מהמוסד האוקיאנוגרפי של וודס חור, במסצ'וסטס, ומקלוד, מאוניברסיטת קארדיף בוויילס, הם מנהיגים משותפים של משלחת הקידוחים העמוקים שנכנסים עכשיו בדרום מערב האוקיאנוס ההודי.
כל דגימות המעטפת הנוכחית השתנו על ידי התהליכים שהביאו אותם לפני השטח של כדור הארץ, נחשפו לאטמוספירה או שקועים במי ים במשך תקופות ממושכות - יתכן שכל האמור לעיל. דגימות המעטפת שנחשפו לאוויר ומים איבדו ככל הנראה חלק מהיסודות הכימיים המקוריים שלהם המומסים יותר בקלות.
מכאן הרצון הגדול להשיג נתח של מעטפת לא מבוטלת, אומר דיק. ברגע שיהיו זמינים, המדענים יכלו לנתח את ההרכב הכימי הכולל של הדגימה כמו גם את המינרלוגיה שלה, להעריך את צפיפות הסלע ולקבוע באיזו קלות הוא מוליך חום וגלי סיסמיים. ניתן היה להשוות את התוצאות לערכים הנובעים ממדידות עקיפות, תוך אימות או מחלוקת של טכניקות אלו.
קידוח כל הדרך אל המעטפת יתן גם לגיאולוגים מבט על מה שהם מכנים את הרציפות של Mohorovičić, או Moho, בקיצור. מעל אזור מסתורי זה, על שמו של הסייסמולוג הקרואטי שגילה אותו בשנת 1909, גלים סיסמיים נעים סביב 4.3 מיילים לשנייה, שיעור התואם את אותם הגלים העוברים בבזלת, או לבה מקוררת. מתחת למוהו, הגלים קורעים לאורך כ- 5 מיילים בשנייה, בדומה לשיעור שהם עוברים דרך סלע דליל סילוני העשוי בשם peridotite. המוהו שוכן בדרך כלל בין 3-6 מיילים מתחת לקרקעית האוקיינוס ובכל מקום בין 12 עד 56 מיילים מתחת ליבשות.
אזור זה נחשב זה מכבר לגבול עם מעטפת הקרום, בו חומר מתקרר בהדרגה ונדבק לקרום המונח. אך במחקרים מסוימים במעבדה עולה כי יתכן כי המוהו מייצג את האזור בו מים המחלחלים מהקרום העומד מגיבים באמצעות פרידוטיטים של המעטפת ליצירת סוג של מינרל הנקרא סרפנטין. אפשרות זו מלהיבה, טוענים דיק ומקלוד. התגובות הגיאוכימיות המייצרות סרפנטין מייצרות גם מימן, שיכולות להגיב אז עם מי ים כדי לייצר מתאן, מקור אנרגיה לסוגים מסוימים של חיידקים. לחלופין, מציינים החוקרים, המוהו יכול להיות משהו אחר שאינו ידוע לחלוטין למדע.
המפתח לפתיחת סודות המעטפת הוא למצוא את המיקום הנכון בו ניתן לקדוח. חומר המעטפת עולה לקרקעית האוקיינוס ברכסים שבאמצע האוקיאנוס, שם לוחצות טקטוניות מתרחקות זו מזו. אבל הדוגמאות האלה פשוט לא יעשו. עבודה לאורך כמה קילומטרים של קרום מתחת לקרקעית האוקיינוס משנה את החומר בצורה משמעותית, מה שהופך את דגימת המעטפת לא לייצגת את מה שעמוק בתוך כדור הארץ. וקידוח עמוק יותר באחד הרכסים הללו הוא גם בעייתי, אומר דיק. "ברכס אוקיינוס או באגדיו המיידיים הקרום חם מכדי לקדוח יותר מקילומטר או שניים."
אז הוא ועמיתיו מקדחים במקום בדרום מערב האוקיאנוס ההודי בשם אטלנטיס בנק, שנמצא כ -808 קילומטרים דרומית-מזרחית למדגסקר. גורמים רבים הופכים את המקום הזה למקום מצוין לקידוח משלחת, אומר דיק.
הגיאולוגית המבנית קרלוטה פרננדו בוחנת כמה ליבות לצורך שברים וורידים שיכולים לומר לה אם הסלעים עוותו. (ביל קרופורד, IODP JRSO) 
גרגרי המינרלים הזעירים והמעוותים במדגם זה של הקרום התחתון, פרוסים דקים וסחוטים בין חומרים כך שהוא מעביר אור מקוטב, מתאר כיצד נסחט הסלע המותך בחלקו ונמתח כשהוא עלה לכיוון קרקעית הים בבנק אטלנטיס. (ביל קרופורד, תוכנית הבילוי של האוקיאנוס הבינלאומי) 
הגיאולוג ג'יימס נטלנד (משמאל) והמדענים הראשיים במשלחת הנרי דיק (אמצע) וכריס מקלאוד (מימין) בודקים מה הצוות מאמין שהוא הגרעין הרחב ביותר שאי פעם התאושש על ידי תוכנית הקידוח באוקיינוס. (בנואה אילדפונס, IODP) ראשית, חלקת קרקעית הים בגודל דנבר יושבת על קרום האוקיאנוס בן כ -11 מיליון שנה, מה שהופך אותו למגניב מספיק כדי לקדוח בו. ראשית, החלק העליון של הגדה הוא מישור של 9.7 מ"ר, שנמצא במרחק של 2, 300 מטר משטח האוקיאנוס. זה הופך את הקשה על קרקעית האוקיינוס שם, בניגוד לקרקעית הים העמוקה בגובה 3.7 ק"מ בסמוך, ללא הפסקה. זרמי אוקיינוס חזקים באזור הפריעו למשקעים להצטבר על קרקעית הים, ושמרו את הקרום שם ברובו. זה גם דק יחסית - סקר סייסמי קודם שנערך באזור מצא כי הקרום שם עובי 1.6 מיילים בלבד.
יתרה מזאת, קרום האוקיאנוס שמתחת לבנק אטלנטיס נוצר בקטע של רכס אמצע האוקיאנוס בו השכבות העליונות של הקרום המתהווה התפשטו בכיוון אחד מהקרע ואילו השכבות התחתונות נעו בכיוון השני. מדענים עדיין לא בטוחים כיצד ומדוע זה קרה. אולם, בגלל התפשטות א-סימטרית זו, המתרחשת ככל הנראה בחלק ניכר מהרכסים האמצעיים באוקיינוס, בנק אטלנטיס אינו עטוי בשכבות שבירות של קרום עליון שיכולים להתנפץ וליפול לתוך חור תוך כדי קידוחו., אומר דיק. פסולת כזו עלולה לפגוע במקדח או לגרום לו להתפשט, כמו גם להקשות על שטיפת סלעים ובוץ קטנים יותר מהחור.
למרות היתרונות שבקידוחים בבנק אטלנטיס, המשלחת סבלה מכישלונות המשותפים לפרויקטים רבים של קידוחים בים. סוגיות עם טעינת הספינה עיכבו את יציאת הקבוצה מקולומבו, סרי לנקה ביום אחד. לאחר שבאתר הצוות שבר מקדחה, אך לפני שהספיקו לדוג את החלקים מהבור שלהם, הם נאלצו לארוז ולקחת צוות צוות חולה צפונה לעבר מאוריציוס כדי לפגוש מסוק מבוסס חוף לצורך פינוי רפואי. הספינה, ששמה החלטת JOIDES, חזרה לאחר כמעט שבוע משם ואז נאלצה לבלות מספר ימים באמצעות מגנט חזק כדי לנסות ולשחזר את חלקי המקדחה השבורה שלהם.
הם מעולם לא מצאו את החלקים החסרים האלה. אך במהלך מאמץ אחרון אחרון תוך שימוש בוואקום חזק כדי לנסות ולפלש אותם, המשלחת החזירה את מה שאולי הוא נתח הקוטר הגדול ביותר של קרום האוקיאנוס שהתאושש אי פעם. צילינדר הסלע הכהה והגס, הנקרא גברו, רוחב 7 אינץ '- פי שלושה מהגודל הרגיל - ואורך 20 אינץ'.
עומק המטרה של הצוות למסע זה היה 4, 265 רגל לתוך הקרום, בקושי באמצע הדרך אל המעטפת. למרבה הצער, החל מה- 22 בינואר הקידוחים הגיעו רק לעומק של 2, 330 רגל מתחת לקרקעית הים.
עד לפרסום מאמר זה, פעולות הקידוח יצטברו בבנק אטלנטיס - עבור הרגל הזה של הפרויקט. רגל שנייה, שאושרה כבר במשימה, תקווה להשלים את המשימה ותתחבר למעטפת. אבל זה יכול להיות בין שנתיים לחמש שנים מעכשיו. התחרות לזמן הספינה מצוותים אחרים המבקשים לקדוח במקומות אחרים בעולם היא קשה, אומר דיק.
צוות המדע לא יתחמק מהשלב הראשון של פרויקט זה בידיים ריקות, אומר MacLeod. חשוב גם לשחזר דגימות מכל קרום כדור הארץ. "אין לנו מושג מה ההרכב העיקרי של קרום האוקיאנוס בשום מקום בעולם, " אומר דיק. סלעי קרום תחתון שנמצאו בעבר מאתרי קידוח עמוק אחרים לא היו דומים למה שציפו החוקרים, הוא אומר.
פרויקט בנק אטלנטיס יסתכל על ההרכב הכימי של הקרום התחתון. ופרופיל מלא דרך כל השכבה יעזור למדענים להבין כיצד מגמות הופכות שם כימית ופיזית - כולל כיצד סלעי המעטפת מתגבשים ומתחברים למשטח התחתון של הקרום.
ברגע שהחוקרים בסופו של דבר יקבלו את מדגם המעטפת שלהם, צוותים אחרים יכולים לבצע פיגי-גב על הפרויקט עם ניסויים משל עצמם, אומר MacLeod. "משלחות עתידיות עשויות להפיל מכשירים במורד הבור עוד שנים רבות." לדוגמה, סייסמולוגים יכולים לשלוח חיישנים אל החור העמוק לאורך קילומטרים ואז למדוד ישירות את מהירות הגלים הסיסמיים הפועמים דרך קרום כדור הארץ, במקום להסיק אותם באמצעות מעבדה. בדיקות על דגימות קטנות של סלע. החוקרים יכולים גם להוריד מחרוזת של חיישני טמפרטורה אל תוך החור כדי למדוד את זרימת החום מפנים כדור הארץ שלנו.
אין ספק, דגימות קרום הים ומעטפתם שנשלפו בסופו של דבר מבנק אטלנטיס - כמו גם נתונים שנאספו מהחור שנשאר מאחור - יעסיקו את הגיאולוגים והגיאופיסיקאים במשך עשרות שנים. אבל הסבלנות היא סגולה, וההתנצלות על זמנם היא מה שדיק, מקלאוד ואחיהם הגאופיזיים עושים במשך עשרות שנים.
הערת העורך: מאמר זה עודכן בכדי לתקן את הייחוס של סקר סייסמי של אטלנטיס בנק.
