Mantell De Les Terres

Una cerca de dècades per endinsar-se al mantell de la Terra aviat pot arribar a patir brutícia | Ciència

A principis de la primavera de 1961, a un grup de geòlegs van començar a foradar un forat al fons marí a la costa del Pacífic de Baixa Califòrnia. L’expedició, la primera si la seva espècie, va ser la fase inicial d’un projecte destinat a perforar l’escorça terrestre i arribar al mantell subjacent. Poc sabien que els seus esforços aviat quedarien eclipsats quan John F. Kennedy va llançar la cursa cap a la lluna el maig d’aquest mateix any.

A finals de 1972, després gastant milers de milions de dòlars i gràcies a l’esforç col·lectiu de milers de científics i enginyers, sis missions Apollo van aterrar al company orbital de la Terra i van portar a casa més de 841 lliures de roques lunars i sòl.

Mentrestant, els geòlegs terrestres que somiaven amb una visió del funcionament interior de la Terra van quedar amb les mans buides amb les restes de diversos programes gràcies a retallades pressupostàries .





Des dels anys seixanta, els investigadors han intentat perforar el mantell de la Terra però encara no han tingut èxit. Alguns esforços van fracassar a causa de problemes tècnics; d'altres han caigut en preses de diversos tipus de mala sort, inclòs, tal com es va descobrir després del fet, escollir punts inoportuns per perforar. No obstant això, aquests esforços han demostrat que existeix la tecnologia i l'experiència necessària per perforar el mantell. I ara, la primera fase de l’intent més recent d’arribar a aquesta part important del nostre planeta és avorrida a través d’una fina secció d’escorça oceànica al sud-oest de l’oceà Índic.

No us preocupeu: quan els perforadors acaben perforant el mantell, la roca fosca calenta no pujarà al forat i no vessarà al fons del mar en una erupció volcànica. Tot i que les roques del mantell flueixen, ho fan a una velocitat similar a la velocitat de creixement d’una ungla, diu Holly Donat , geofísic de la Scripps Institution of Oceanography de San Diego.



El mantell és la part més gran d’aquest planeta que anomenem casa, tot i que els científics en saben relativament poc a través d’anàlisis directes. La capa fina d’escorça que vivim constitueix aproximadament l’un per cent del volum de la Terra . El nucli intern i exterior (masses sòlides i líquides que estan formades en gran part de ferro, níquel i altres elements densos) ocupa només el 15 per cent del volum del planeta. El mantell, que es troba entre el nucli exterior i l’escorça, representa aproximadament un 68% de la massa del planeta i un enorme 85% del seu volum.

Penseu en el mantell com una làmpada de lava de mida planetària on el material capta calor al límit nucli-mantell, es torna menys dens i puja en plomalls flotants fins a la vora inferior de l’escorça terrestre i després flueix pel sostre fins que es refreda i s’enfonsa de nou cap al nucli. La circulació al mantell és excepcionalment lànguida: segons una estimació, un viatge d'anada i tornada des de l'escorça fins al nucli i cap enrere pot trigar fins a 2.000 milions d’anys .

L’obtenció d’un tros immaculat del mantell és important perquè ajudaria els científics planetaris a conèixer millor les matèries primeres a partir de les quals la Terra es va acumular quan el nostre sistema solar era jove. Seria fonamental per a què està format el món, diu Donat. La seva composició també proporcionaria pistes sobre com es va formar inicialment la Terra i com va evolucionar cap a l'esfera multicapa que habitem avui, diu ella.



quin era el color original del dia de sant patrici

Els científics poden inferir moltes coses sobre el mantell, fins i tot sense una mostra. Les velocitats i els camins de les ones sísmiques generades per terratrèmols que travessen el planeta proporcionen informació sobre la densitat, la viscositat i les característiques generals del mantell, així com sobre com aquestes propietats varien d’un lloc a un altre. També ho fa la velocitat amb què l’escorça de la Terra brolla cap amunt després de ser pesada per les massives capes de gel que recentment (en termes geològics) s’han fos.

Les mesures dels camps magnètics i gravitacionals del nostre planeta proporcionen encara més informació, reduint els tipus de minerals que es poden trobar a les profunditats, diu Walter Munk , oceanògraf físic a Scripps. El científic, que ara té 98 anys, formava part d’un petit grup d’investigadors que va somiar per primera vegada la idea de perforar el mantell el 1957. Però aquests mètodes indirectes només poden dir-li tant a un científic, assenyala. No hi ha cap substitut per tenir a les mans un tros del que voleu analitzar.

Investigadors fer tenen mostres del mantell a la mà, però no són verges. Alguns d’ells són trossos de roca transportats a la superfície terrestre pels volcans en erupció. Altres van ser aixecats cap amunt per col·lisions entre plaques tectòniques. No obstant això, d’altres han pujat al fons marí al llarg de les serralades de l’oceà mig que s’estenen lentament, diuen els geòlegs Henry Dick i Chris MacLeod . Dick, de la Woods Hole Oceanographic Institution de Massachusetts, i MacLeod, de la Universitat de Cardiff, a Gal·les, són co-líders de l’expedició de perforació profunda que s’acaba d’acabar al sud-oest de l’oceà Índic.

Totes les mostres actuals de mantell han estat alterades pels processos que les han portat a la superfície de la Terra, exposades a l’atmosfera o submergides a l’aigua del mar durant períodes de temps prolongats, possiblement tot l’anterior. Aquelles mostres de mantell exposades a l’aire i a l’aigua probablement han perdut alguns dels seus elements químics originals més fàcils de dissoldre.

D’aquí el gran desig d’obtenir un tros de mantell immaculat, diu Dick. Un cop disponibles, els científics podrien analitzar la composició química global d’una mostra, així com la seva mineralogia, avaluar la densitat de la roca i determinar la facilitat amb què condueix les ones sísmiques i de calor. Els resultats es podrien comparar amb els valors inferits a partir de mesures indirectes, validant o discutint aquestes tècniques.

Perforar fins al mantell també donaria als geòlegs una ullada al que en definitiva anomenen la discontinuïtat de Mohorovičić, o Moho. Per sobre d'aquesta misteriosa zona, anomenada així pel sismòleg croat que la va descobrir el 1909, les ones sísmiques viatgen a uns 4,3 quilòmetres per segon, un ritme coherent amb les ones que viatgen a través de basalt o lava refrigerada. Sota el Moho, les ones s’arrencen al voltant de 5 quilòmetres per segon, similar a la velocitat que recorren a través d’un tipus de roca ígnia pobra en sílice anomenada peridotita. El Moho sol estar entre De 3 a 6 milles per sota del fons oceànic i entre 12 i 56 milles sota els continents.

Aquesta zona ha estat considerada durant molt de temps el límit escorça-mantell, on el material es refreda gradualment i s’adhereix a l’escorça superior. Però alguns estudis de laboratori suggereixen que és possible que el Moho representi la zona on l’aigua que s’escola de l’escorça superior reacciona amb les peridotites del mantell per crear un tipus de mineral anomenat serpentina. Aquesta possibilitat és emocionant, suggereixen Dick i MacLeod. Les reaccions geoquímiques que generen serpentina també produeixen hidrogen, que pot reaccionar amb l'aigua de mar per produir metà, una font d'energia per a alguns tipus de bacteris. O, assenyalen els investigadors, el Moho podria ser una altra cosa completament desconeguda per a la ciència.

La clau per desbloquejar els secrets del mantell és trobar el lloc adequat per perforar. El material del mantell s’eleva fins al fons oceànic a les dorsals de l’oceà, on les plaques tectòniques s’allunyen lentament. Però aquestes mostres no funcionaran. Treballar uns quants quilòmetres d’escorça per sota del fons oceànic canvia considerablement el material, cosa que fa que la mostra del mantell no sigui representativa del que és profund a la Terra. I aprofundir en una d’aquestes serralades també és problemàtic, diu Dick. En una carena oceànica o els seus flancs immediats, l’escorça és massa calenta per perforar més d’un o dos quilòmetres aproximadament.

Per tant, ell i els seus col·legues perforen en un lloc del sud-oest de l’oceà Índic anomenat Atlantis Bank, que es troba a uns 808 quilòmetres al sud-est de Madagascar. Molts factors fan d’aquest lloc un lloc excel·lent per practicar l’expedició, diu Dick.

La geòloga estructural Carlotta Ferrando examina alguns nuclis per trobar fractures i venes que li puguin dir si les roques s’han deformat.(Bill Crawford, IODP JRSO)

Els grans minerals minúsculs i deformats d’aquesta mostra de l’escorça inferior, tallats a rodanxes prims i intercalats entre els materials de manera que transmeti llum polaritzada, expliquen com es va esprémer i estirar la roca parcialment fosa a mesura que pujava cap al fons marí a Atlantis Bank.(Bill Crawford, Programa internacional de descobriment oceànic)

El geòleg James Natland (esquerra) i els científics co-caps de l'expedició, Henry Dick (mig) i Chris MacLeod (dreta), analitzen el que l'equip creu que és el nucli més ample mai recuperat pel programa de perforació oceànica.(Benoit Ildefonse, IODP)

Per una banda, aquest parquet de fons marí de la mida de Denver s’assenta damunt de l’escorça oceànica que té uns 11 milions d’anys, cosa que fa que sigui prou fresc com per perforar-s’hi. Per un altre, la part superior del banc és un altiplà de 9,7 quilòmetres quadrats que es troba a uns 2.300 peus de la superfície de l’oceà. Això fa que tocar els fons oceànics allà, a diferència del fons marí de 3,7 milles de profunditat proper, sigui una obvietat. Els forts corrents oceànics de la zona han evitat que els sediments s’acumulin al fons marí, mantenint l’escorça allà exposada. També és relativament prim: un estudi sísmic anterior de la zona va trobar que l’escorça només té 1,6 milles de gruix.

A més, l’escorça oceànica sota el banc de l’Atlàntida es va formar en una secció de la cresta de l’oceà mitjà, on les capes superiors de l’escorça naixent es van estendre en una direcció des del rift, mentre que les capes inferiors es van moure en l’altra. Els científics encara no estan segurs de com o per què va passar això. Però, a causa de l’anomenada propagació asimètrica, que probablement es produeix en una fracció substancial de les dorsals de l’oceà mitjà del món, Atlantis Bank no està revestit de fràgils capes de l’escorça superior que poden trencar-se i caure en un forat mentre es perforen , diu Dick. Aquests residus poden danyar la broca o fer que s’agafi, a més de dificultar la sortida de trossos de roca i fang més petits del forat.

Tot i els avantatges de la perforació a Atlantis Bank, l'expedició ha patit revessos comuns a molts projectes de perforació oceànica. Els problemes amb la càrrega del vaixell van endarrerir la sortida de l'equip de Colombo, Sri Lanka un dia. Un cop al lloc, l'equip va trencar una broca, però abans de poder pescar les peces del forat, van haver de fer les maletes i portar un membre de la tripulació malalt al nord cap a Maurici per trobar-se amb un helicòpter terrestre per a una evacuació mèdica. El vaixell, anomenat el Resolució JOIDES, va tornar després de gairebé una setmana fora i després va haver de passar un parell de dies amb un fort imant per intentar recuperar els trossos de la broca trencada.

Mai no van trobar aquelles peces que falten. Però durant un darrer esforç que va fer servir un fort buit per intentar embrutar-los, l’expedició va recuperar el que podria ser el tros de l'escorça oceànica de major diàmetre mai recuperats . El cilindre de roca fosca i de gra gros, anomenat gabro, fa 7 polzades de diàmetre (tres vegades la mida normal) i 20 polzades de llarg.

robert e lee tenia esclaus

La profunditat objectiu de l’equip per a aquesta expedició era de 4.265 peus cap a l’escorça, amb prou feines a la meitat del mantell. Malauradament, a partir del 22 de gener, la perforació només havia assolit la profunditat de 2.330 peus sota el fons marí.

En el moment que es publiqui aquest article, les operacions de perforació es tancaran a Atlantis Bank, per a aquesta etapa del projecte. Una segona etapa de la missió, ja aprovada, compliria la tasca i arribaria al mantell. Però això podria passar d'aquí a dos o cinc anys. La competència pel temps del vaixell d'altres equips que vulguin perforar en altres llocs del món és ferotge, diu Dick.

L'equip científic no sortirà de la primera fase d'aquest projecte amb les mans buides, diu MacLeod. També és important recuperar mostres de tota l’escorça terrestre. No tenim ni idea de quina és la composició massiva de l’escorça oceànica en cap lloc del planeta, diu Dick. Les roques de l'escorça inferior recuperades prèviament d'altres llocs de perforació profunda no han estat gens semblants al que esperaven els investigadors, diu.

El projecte del banc Atlantis donaria una ullada a la composició química de l’escorça inferior. I un perfil complet a través de tota la capa ajudaria els científics a entendre com els magmes s’hi transformen químicament i físicament, inclosa la forma en què les roques del mantell cristal·litzen i s’uneixen a la superfície inferior de l’escorça.

Una vegada que els investigadors acaben obtenint la seva mostra de mantell, altres equips poden agafar el projecte amb experiments propis, diu MacLeod. Les futures expedicions poden deixar caure instruments pel forat durant els propers anys. Per exemple, els sismòlegs poden enviar sensors cap al forat de milles de profunditat i després mesurar directament les velocitats de les ones sísmiques que pulsen a través de l’escorça terrestre, en lloc de inferir-les mitjançant proves de laboratori en petites mostres de roca. Els investigadors també poden baixar una sèrie de sensors de temperatura al forat per mesurar el flux de calor des de l’interior del nostre planeta.

Sens dubte, les mostres d’escorça i mantell oceànic finalment recuperades de l’Atlantis Bank —a més de les dades recollides del forat deixat— mantindran ocupats els geòlegs i geofísics durant les properes dècades. Però la paciència és una virtut, i oferir el seu temps és el que Dick, MacLeod i els seus germans geofísics han estat fent des de fa dècades.

Nota de l'editor: Aquest article s'ha actualitzat per corregir l'atribució d'una enquesta sísmica a Atlantis Bank.





^