Oceanborrning: Vilka forskare har upptäckt 50 år senare

Det är fantastiskt men sant att vi vet mer om månens yta än om jordens havsgolv. Mycket av det vi vet vet har kommit från vetenskaplig havborrning - den systematiska samlingen av kärnprover från djupa havsbotten. Denna revolutionära process började för 50 år sedan, då borrkärlet Glomar Challenger seglade i Mexikanska golfen den 11 augusti 1968 vid den första expeditionen av det federalt finansierade Deep Sea Drilling Project.

Jag åkte på min första vetenskapliga havborrningsexpedition 1980 och har sedan dess deltagit i sex expeditioner till platser inklusive det nordliga Atlanten och Antarktis Weddell Sea. I mitt labb arbetar mina studenter och jag med kärnprover från dessa expeditioner. Var och en av dessa kärnor, som är cylindrar 31 meter långa och 3 tum breda, är som en bok vars information väntar på att översättas till ord. Att hålla en nyöppnad kärna fylld med stenar och sediment från jordens golv, är som att öppna en sällsynt skattkista som registrerar tidens gång i jordens historia.

Se även: Expeditionen till nedsänkt "Förlorad kontinent" Zealandia en "framgång"

Under ett halvt århundrade har vetenskaplig havborrning visat teorin om plattektonik, skapat fältet paleoceanografi och omdefinierat hur vi ser livet på jorden genom att avslöja en enorm variation och livsvolym i den djupa marina biosfären. Och mycket mer kvar att lära sig.

Tekniska innovationer

Två viktiga innovationer gjorde det möjligt för forskningsfartyg att ta kärnprover från exakta platser i de djupa oceanerna. Den första, som kallas dynamisk positionering, möjliggör ett 471-fots fartyg att stanna fast vid borrning och återhämtning av kärnor, en ovanpå nästa, ofta i över 12 000 fot vatten.

Förankring är inte genomförbar vid dessa djup. Istället släpper tekniker ett torpedoformat instrument som kallas en transponder över sidan. En enhet som kallas en givare, monterad på fartygets skrov, skickar en akustisk signal till transpondern som svarar. Datorer ombord beräknar avståndet och vinkeln för denna kommunikation. Thrusters på skeppets skrov manövrerar fartyget för att stanna på exakt samma plats, motverkar strömmar, vind och vågor.

En annan utmaning uppstår när borrbitar måste bytas ut i mid-operation. Havsskorpan består av käften som bär bitar långt innan önskat djup nås.

När detta händer tar borrpersonalen hela borrröret mot ytan, monterar en ny borr och återgår till samma hål. Detta kräver att röret ledes in i en trattformad återintagningskon, mindre än 15 fot bred, placerad i botten av havet vid borrhålets mynning. Processen, som först uppnåddes 1970, är ​​som att sänka en lång spaghettispiral i en kvart-tums tratt vid den djupa änden av en olympisk simning.

Bekräftar Plate Tektonics

När vetenskaplig havsborrning började 1968 var teorin om plattektonik ett ämne för aktiv debatt. En viktig idé var att ny havsskorpa skapades vid åsar i havsbotten, där havsplattor flyttade från varandra och magma från jordens inre vattnade upp mellan dem. Enligt denna teori bör skorpa vara nytt material vid toppen av havskanter, och dess ålder bör öka med avstånd från kullen.

Det enda sättet att bevisa detta var genom att analysera sediment och bergkärnor. På vintern 1968-1969 borrade Glomar Challenger sju platser i Sydatlanten i öster och väster om den midatlantiska åsen. Både havsgolvets käftiga stenar och överliggande sediment som är i perfekt överensstämmelse med förutsägelserna, bekräftar att havskorpa bildades vid åsarna och plattektoniken var korrekt.

Rekonstruera jordens historia

Havets rekord av jordens historia är mer kontinuerlig än geologiska formationer på land, där erosion och omfördelning av vind, vatten och is kan störa rekordet. På de flesta havsorter läggs sediment ner partikel, mikrofossil av mikrofossil, och förblir på plats, så småningom buktar för tryck och blir till berg.

Mikrofossiler (plankton) bevarade i sediment är vackra och informativa, även om vissa är mindre än ett människohårs bredd. Liksom större växt- och djurfossiler kan forskare använda dessa känsliga strukturer av kalcium och kisel för att rekonstruera tidigare miljöer.

Tack vare vetenskaplig havborrning vet vi att efter en asteroidstrejning dödade alla icke-aviära dinosaurier för 66 miljoner år sedan, koloniserade det nya livet kraterfälgen inom år, och inom 30 000 år blomstrade ett fullständigt ekosystem. Några få djupa oceanorganismer levde direkt genom meteoritverkan.

Oceanborrning har också visat att tio miljoner år senare orsakade en massiv utsläpp av kol - sannolikt från omfattande vulkanaktivitet och metan från smältande metanhydrater - en plötslig intensiv uppvärmningshändelse eller hypertermal, kallad Paleocene-Eocene Thermal Maximum. Under detta avsnitt nådde även Arktis över 73 grader Fahrenheit.

Den resulterande försurningen av havet från utsläpp av kol i atmosfären och havet orsakade massiv upplösning och förändring i djuphavsekosystemet.

Detta avsnitt är ett imponerande exempel på effekten av snabb klimatuppvärmning. Den totala mängden kol som släpps under PETM beräknas vara ungefär lika med den mängd som människor kommer att släppa om vi bränner alla jordens fossila bränsle reserver. Ändå är en viktig skillnad att kolet som släpptes av vulkanerna och hydraterna var i mycket långsammare takt än att vi idag släpper ut fossilt bränsle. Således kan vi förvänta oss ännu mer dramatiska klimat- och ekosystemförändringar om vi inte slutar utsläppa kol.

Hitta liv i havs sediment

Vetenskaplig havborrning har också visat att det finns ungefär lika många celler i havsediment som i havet eller i marken. Expeditioner har funnit livet i sediment på djup över 8000 fot; i havsbottnar som är 86 miljoner år gamla och vid temperaturer över 140 grader Fahrenheit.

Idag föreslår forskare från 23 nationer och genomför forskning genom International Ocean Discovery Programmet, som använder vetenskaplig havborrning för att återställa data från havsbaserade sediment och bergarter och övervaka miljöer under havsbotten. Coring producerar ny information om plattektonik, som komplexiteten hos havskorsbildning och livsskillnaden i de djupa oceanerna.

Denna forskning är dyr och tekniskt och intellektuellt intensiv. Men bara genom att utforska djuphavet kan vi återhämta sina skatter och förstå dess skönhet och komplexitet.

Den här artikeln publicerades ursprungligen på The Conversation av Suzanne O'Connell. Läs den ursprungliga artikeln här.