Det vetenskapliga borrningsfartyget JOIDES Resolution anländer i Honolulu efter framgångsrika sjöprov och testning av vetenskaplig och borrutrustning. IODP, CC BY-ND

Det är fantastiskt men sant det 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 50 år sedan, då borrkärlet Glomar Challenger seglade in i Mexikanska golfen på augusti 11, 1968 på den första expeditionen av federalt finansierade Djuphavsborrningsprojekt.

Jag gick på min första vetenskapliga havsborrexpedition i 1980, och har sedan dess deltagit i sex expeditioner till platser inklusive det nordliga Atlanten och Antaractica 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 fötter långa och 3 inches 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.

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.

Forskare har utökat mänsklig kunskap genom att borra kärnprover från världens havsområden, men deras arbete är långt ifrån gjort.

{youtube}0nydKlpZdIU{/youtube}

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 att ett 471-fotfartyg håller sig fast vid borrning och återhämtning av kärnor, en ovanpå nästa, ofta över 12,000-fötterna av 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 var först utförd i 1970, är som att sänka en lång spaghetti-spets i en kvart-tums tratt vid den djupa änden av en olympisk simning.

Bekräftande plåtktonik

När vetenskaplig havborrning började i 1968, teorin om plåtektonik var föremål 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 av 1968-1969 borrade Glomar Challenger sju platser i Sydatlanten i öster och väster om Mid-Atlantic Ridge. Både havsgolvets käftiga stenar och överliggande sediment i åldern i perfekt överensstämmelse med förutsägelserna, vilket bekräftar att havsskorpan 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 det efter en asteroidstrejk dödade alla icke-aviära dinosaurier 66 miljoner år sedan, nytt liv koloniserade kraterfälgen inom år, och inom 30,000 år ett fullt ekosystem var blomstrande. Några djupa oceanorganismer levde direkt genom meteoritpåverkan.

Oceanborrning har också visat att tio miljoner år senare, en massiv utsläpp av kol - förmodligen från omfattande vulkanisk aktivitet och metan frigjord från smältande metanhydrater - orsakade en plötslig, intensiv uppvärmnings händelse, eller hypertermisk, kallad Paleocen-Eocene Termisk Maximal. Under denna episod 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 frigjort av vulkanerna och hydraterna var i mycket långsammare takt än att vi för närvarande släpper ut fossilt bränsle. Således kan vi förvänta oss ännu mer dramatiska klimat- och ekosystemförändringar om vi inte slutar utsläppa kol.

Att hitta livet i havsediment

Vetenskaplig havborrning har också visat att det finns ungefär lika många celler i marin sediment som i havet eller i jorden. Expeditioner har funnit livet i sediment på djupet över 8000 fötter; i havsbottnar som är 86 miljoner år gammal; och vid temperaturer över 140 grader Fahrenheit.

Idag föreslår forskare från 23 nationer och genomför forskning genom Internationella Ocean Discovery Program, som använder vetenskaplig havborrning för att återställa data från havsbaserade sediment och bergarter och att 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.

Om författaren

Suzanne O'Connell, professor i jord- och miljövetenskaper, Wesleyan University

Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.

relaterade böcker

at InnerSelf Market och Amazon