W maju 2023 roku, na pokładzie jednostki badawczej JOIDES Resolution, międzynarodowy zespół naukowców w ramach programu International Ocean Discovery Program (IODP) dokonał czegoś, co jeszcze niedawno wydawało się niemożliwe. W pobliżu masywu Atlantis na środku Oceanu Atlantyckiego udało im się wywiercić najgłębszy w historii rdzeń skalny, wydobywając próbki z głębokości 1268 m pod dnem morskim.
Czytaj też: W płaszczu Ziemi są struktury o rozmiarach kontynentów. Właśnie ustalono ich wiek
Choć głównym celem było skromniejsze wiercenie na 200 m – głębokość, której dotąd nie udało się przekroczyć przy pracy z płaszczem Ziemi – warunki geologiczne okazały się tak sprzyjające, że zespół posunął się ponad sześciokrotnie dalej. Jak przyznał Johan Lissenberg, petrolog z Cardiff University i współautor badania, proces wiercenia był wyjątkowo łatwy, umożliwiając trzykrotnie szybsze tempo pracy niż zwykle.
Dlaczego badanie płaszcza Ziemi jest tak ważne?
Płaszcz Ziemi to największa warstwa naszej planety – stanowi około 70 proc. jej masy i aż 84 proc. objętości. Oddziela on cienką skorupę kontynentalną i oceaniczną od zewnętrznego, płynnego jądra. Odgrywa kluczową rolę w procesach, takich jak ruchy płyt tektonicznych, powstawanie wulkanów czy generowanie pola magnetycznego.
Czytaj też: Płaszcz Ziemi pochłania Amerykę Północną. Alarmujące odczyty geologów
Mimo tego ogromnego znaczenia, bezpośrednie próbki z płaszcza pozostawały niedostępne. Wynika to głównie z ekstremalnych trudności w prowadzeniu odwiertów – średnia grubość skorupy Ziemi wynosi bowiem 14-19 km na kontynentach i 5-10 km pod oceanami. Jednak w niektórych miejscach, takich jak rejon grzbietu śródoceanicznego, skorupa jest szczególnie cienka, a uskokowe odsłonięcia skał umożliwiają łatwiejszy dostęp do głębszych warstw.
Takim miejscem jest właśnie masyw Atlantis, położony w pobliżu niezwykłego pola hydrotermalnego o wymownej nazwie Zaginione Miasto. Woda morska wchodzi tam w reakcję z gorącymi skałami płaszcza, tworząc bogate w wodór, metan i związki węgla środowisko. Ciecze wydobywające się z kominów Zaginionego Miasta są silnie zasadowe (pH ok. 9-11) i zawierają związki chemiczne, które mogły przypominać te obecne na Ziemi w momencie powstawania życia.
Nieprzypadkowo więc naukowcy wybrali to miejsce jako cel swojej wyprawy. Wiercenie tu pozwala nie tylko badać procesy geologiczne, ale też snuć hipotezy o chemicznej ewolucji życia na wczesnej Ziemi.
Próbki wydobyte podczas odwiertu zawierają głównie serpentynizowany perydotyt – skałę, która powstaje, gdy woda morska penetruje i zmienia strukturę pierwotnych skał płaszcza. Jednym z dominujących typów skał był tu harzburgit, powstający w wyniku częściowego topnienia pierwotnych perydotytów. Znaleziono też gabro – skały magmowe, które są produktami krzepnięcia magmy w dolnych partiach skorupy oceanicznej.
Proces serpentynizacji nie tylko zmienia strukturę skał, ale także uwalnia wodór i metan – dwa kluczowe składniki chemiczne, które w hipotetycznych modelach astrobiologii odgrywają rolę “paliwa” dla najprostszych form życia. Jak podkreślał Andrew McCaig z University of Leeds, współautor badania, analiza wydobytych próbek daje bezprecedensowy wgląd w to, jak materiały płaszcza wchodzą w kontakt z wodą morską i jak to może wpływać na procesy geochemiczne i biologiczne.
Granica, której jeszcze nie przekroczono
Mimo spektakularnego sukcesu, misji nie udało się dotrzeć aż do nieciągłości Mohorovičicia (Moho) – granicy oddzielającej skorupę ziemską od “czystego” płaszcza. Przekroczenie Moho jest od dawna uważane za świętego Graala geologii, a jego osiągnięcie dostarczyłoby bezpośrednich danych na temat pierwotnego składu Ziemi. Zespół jednak podkreśla, że nawet bez tego wyczynu, obecne wyniki stanowią krok milowy w naszej wiedzy o wnętrzu planety.
Czytaj też: Ten minerał nie miał prawa zostać odkryty. Mamy pierwszy w historii okaz kryształu z płaszcza Ziemi
Niestety, przyszłość podobnych ekspedycji stoi pod znakiem zapytania. JOIDES Resolution – statek, z którego prowadzono odwiert – zakończył swoją służbę w 2024 r., ponieważ National Science Foundation (NSF) odmówiła finansowania kolejnych wypraw tego typu. To oznacza, że choć naukowcy niemal “zapukali do drzwi płaszcza Ziemi”, nie wiadomo, czy w najbliższych latach uda się je naprawdę otworzyć. Konieczne byłyby nowe inwestycje w sprzęt badawczy – być może oparcie się na japońskim supernowoczesnym statku Chikyū, zaprojektowanym specjalnie do głębokiego wiercenia.