Путешествие к центру Земли состоится

Международная группа ученых начала подготовку к "путешествию к центру Земли". Этим образным выражением исследователи называют проект Mohole to Mantle, участники которого ставят своей целью добраться до мантии. Для ее достижения они собираются пробурить земную кору в тех местах океанического дна, где подстилающий ее слой подходит совсем близко.

Фото:

Следует заметить, что геологи не раз предпринимали попытку добраться до слоя, который подстилает нашу земную кору. Началось все в 1904 году, когда хорватский ученый Андрий Мохоровичич обнаружил, что сейсмические волны, вызванные землетрясениями, распространяются значительно быстрее в тех слоях, что расположенны ниже 30 километров, чем в тех, что выше этой отметки. Так была определена верхняя граница мантии, получившая название в честь первооткрывателя "рубеж Мохровичича".

Итак, выяснилось, что мантия расположена куда ближе к земной поверхности, чем думали прежде. Впрочем, чуть позже геологи выяснили, что в некоторых местах рубеж Мохоровичича проходит несколько выше, чем 30 километров. Так, на дне океанов имеются участки, где до мантии, что называется, всего рукой подать — она начинается на глубине всего в пять километров от коры. Соответственно, именно в таких местах и следует проводить глубинное бурение.

Кстати, один раз это уже пытались сделать. В 50-х годах прошлого века американские ученые Гарри Гесс и его коллега Уолтер Мунк разработали проект Mohole. В рамках этого мероприятия была осуществлена экспедиция на буровом судне в Карибское море. Ученым удалось пробурить кору на 183 метра в районе острова Гваделупа и собрать немало ценных образцов. Однако исследованиям мешало то, что в те времена еще не были разработаны технологии, способные удерживать буровое судно на одном месте в открытом море.

Вскоре, после успешного возвращения экспедиции, проект Mohole по непонятным причинам был закрыт — почему-то государство отказалось его финансировать. Однако геологов этот "первый блин", вышедший комом, не остановил — бурение коры в океанах с целью добраться до мантии продолжилось. Одно из самых успешных исследований подобного рода было проведено в начале нынешнего века: 1507-метровая скважина на побережье Коста-Рики хоть и не была самой глубокой в океане, тем не менее ближе всего подошла к рубежу Мохоровичича (который в тех местах проходил на глубине 5,5 километра).

И вот недавно международная группа исследователей заявила о том, что тоже собирается добраться до мантии. Работа будет проводиться с борта специального японского судна "Тикю". В первую очередь ученые хотят добраться до разлома, который вызвал разрушительное землетрясение Тохоку в прошлом году. Однако у проекта, получившего название Mohole to Mantle, есть и другие цели.

"Хотя на мантию приходится 68 процентов массы Земли, мы очень мало знаем о ней. У нас нет ни одного чистого образца мантии", — говорит участник проекта Деймон Тигл из Национального океанографического центра Великобритании. И это действительно так: хоть некоторые образцы мантийных пород иногда и достигают поверхности нашей планеты, все они загрязнены. Например, редкие мантийные конкреции, встречающиеся в лаве, говорят о том, что мантия состоит из минералов, богатых магнием и бедных кремнием (например, оливином и пироксеном).

Конечно, в некоторых местах на дне океана встречаются мантийные породы в открытом виде, однако при контакте с морской водой они за много лет сильно изменили свой состав. И получается, что разница между такими образцами и настоящими мантийными конкрециями примерно та же, что между метеоритами и непосредственными пробами пород с другой планеты. Несмотря на то что и загрязненные минералы тоже можно изучать, все же без чистых образцов невозможно подтвердить даже простые факты вроде состава мантии, способов ее формирования и т.д.

Ну, а без подобной информации невозможно выяснить закономерности такого процесса, как мантийная конвекция (подробнее о ней читайте в статье "Вулканы — уровень тревоги растет"), которая не только приводит к дрейфу континентов, но и является виновницей таких неприятных для человека явлений, как землетрясения и извержения вулканов. Однако когда в руки ученых попадут ее индикаторы (например, благородные газы и соответствующие изотопы), можно будет выяснить, как и когда наша планета разделилась на ядро, мантию и кору, когда началась тектоника плит и когда она закончится. К тому же минеральный состав верхней мантии мог бы рассказать о том, как вода, углекислый газ и энергия передаются в кору и как они влияют на глобальные геохимические циклы (что поможет более точно прогнозировать те же землетрясения).

Кроме того, возможно, удастся доказать предложенную недавно гипотезу о том, что мантия не является безжизненной. Это предположение возникло после того, как в 2011 году Таллис Онстотт из Принстонского университета (США) обнаружил микроскопических круглых червей на глубине четырех километров в южноафриканской золотой шахте. Он также установил, что бактерии могут жить на еще большей глубине — до пяти километров. Чуть раньше биологи нашли морские микроорганизмы на глубине 1,6 километра близ восточного побережья Канады.

Самое интересное, что высокое давление на больших глубинах, которое в один момент раздавило бы человека, для бактерий и мелких многоклеточных не представляет серьезной проблемы. Лабораторные испытания показали, что микробы способны переносить тысячу атмосфер. Более того, в свое время бактерии были обнаружены даже в Марианской впадине, под 11-километровой толщей воды, где давление является куда более высоким, чем на рубеже Мохоровичича. Существуют экспериментальные данные о том, что такое высокое давление в чрезвычайно горячей среде даже полезно для бактерий, поскольку не позволяет имеющейся в них воде кипеть.

Кроме того, согласно расчетам, температура чуть ниже границы Мохоровичича — 120 градусов по Цельсию. "Это соблазнительно близко к верхнему пределу у известных форм жизни — 122 градуса по Цельсию, но все-таки ниже", — отмечает Джон Паркс из Кардиффского университета (Великобритания). Как видите, никаких препятствий для проникновения живых организмов в верхние слои мантии не имеется. Ну, а если их удастся там обнаружить, тогда гипотезу Нормана Слипа из Стэнфордского университета (США) о том, что весь азот в мантии произошел от аммония, выработанного за многие миллиарды лет живыми существами, можно будет считать доказанной.

Итак, как видите, результаты проекта Mohole to Mantle смогут обрадовать многих. Однако как будет происходить бурение? Дэймон Тигл рассказал о том, что самой большой проблемой является изготовление соответствующего бура. Ведь при бурении отверстия диаметром 30 сантиметров в твердых магматических породах со скоростью один метр в час головка бура сможет нормально работать лишь около 50 часов. Кроме того, новый сверхтвердый материал должен будет также выдерживать давление в два килобар и температуру до 250 градусов по Цельсию. Впрочем, доклад, выпущенный в 2011 году фирмой Blade Energy, которая занимается технической поддержкой данного проекта, говорит о том, что такой бур сделать можно.

Кроме того, существует проблема финансирования исследований. По предварительным расчетам, стоимость одной только работы судна "Тикю" обойдется в один миллиард долларов США. Тем не менее, денег дать обещали: например, правительство Японии уже взяло на себя львиную долю расходов. Что, в общем-то, не удивительно, ведь проект в конечном итоге может помочь сейсмологам этой находящейся в активной зоне страны более точно прогнозировать землетрясения. Другие страны, например, США, тоже выразили свою заинтересованность.

Также предстоит выбрать одну из трех предполагаемых площадок для бурения. Все "кандидаты" находятся в Тихом океане (один, кстати, как раз в том месте, где бурили предшественники из проекта Mohole), и каждый расположен относительно близко к срединным океаническим хребтам, на которых формируется новая кора. В этих зонах поднятие магмы приводит к повышению морского дна, так что там относительно мелко, да и породы более холодные.

Читайте также: Кто разогревает земное ядро?

Итак, если все пойдет по плану, то подготовка к "путешествию в центр Земли" начнется в следующем году. До мантии же ученые надеются добраться к 2020 году. И в случае успешного завершения Mohole to Mantle знания о том, как устроен этот слой нашей планеты, уже не будут чисто теоретическими…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"