Na jaře roku 1961 začala skupina geologů vrtat díru do mořského dna u tichomořského pobřeží Baja California. Expedice, první svého druhu, byla počáteční fází projektu, jehož cílem bylo prorazit zemskou kůru a dostat se k podložnímu plášti. Netušili, že jejich úsilí bude brzy zastíněno, když John F. Kennedy v květnu téhož roku zahájil závod na Měsíc.

Koncem roku 1972, po vynaložení miliard dolarů a díky společnému úsilí tisíců vědců a inženýrů, přistálo šest misí Apollo na orbitálním souputníkovi Země a přivezlo domů více než 841 kilogramů měsíčních hornin a zeminy.

Zemští geologové, kteří snili o tom, že nahlédnou do nitra Země, mezitím díky rozpočtovým škrtům zůstali se zbytky různých programů s prázdnýma rukama.

Od 60. let 20. století se vědci pokoušeli vrtat do zemského pláště, ale zatím se nesetkali s úspěchem. Některé snahy selhaly kvůli technickým problémům, jiné se staly obětí různých druhů smůly – včetně, jak se zjistilo až dodatečně, výběru nevhodných míst k vrtání. Nicméně tyto snahy ukázaly, že technologie a odborné znalosti pro vrtání do pláště existují. A nyní se v první fázi nejnovějšího pokusu o dosažení této důležité části naší planety vrtá tenký úsek oceánské kůry v jihozápadní části Indického oceánu.

Nebojte se: až vrtaři nakonec prorazí plášť, nebude horká roztavená hornina stoupat vzhůru otvorem a vylévat se na mořské dno v podobě sopečné erupce. Přestože plášťové horniny tečou, děje se tak rychlostí podobnou rychlosti růstu nehtu, říká Holly Givenová, geofyzička ze Scripps Institution of Oceanography v San Diegu.

Plášť je největší částí této planety, kterou nazýváme domovem, přesto o něm vědci přímou analýzou vědí poměrně málo. Tenký plášť, na kterém žijeme, tvoří asi jedno procento objemu Země. Vnitřní a vnější jádro – pevná a kapalná hmota, která je z velké části tvořena železem, niklem a dalšími hustými prvky – zabírá pouze 15 procent objemu planety. Plášť, který leží mezi vnějším jádrem a kůrou, tvoří odhadem 68 procent hmotnosti planety a neuvěřitelných 85 procent jejího objemu.

Představte si plášť jako lávovou lampu o velikosti planety, kde materiál na hranici jádra a pláště nabírá teplo, stává se méně hustým a stoupá ve vztlakových chrličích ke spodnímu okraji zemské kůry a pak podél tohoto stropu proudí, dokud se neochladí a neklesne zpět k jádru. Cirkulace v plášti je mimořádně pomalá: Podle jednoho z odhadů může cesta z kůry do jádra a zpět trvat až 2 miliardy let.

Získání nedotčeného kusu pláště je důležité, protože by planetárním vědcům pomohlo lépe zjistit, z jakých surovin se Země akreovala, když byla naše sluneční soustava mladá. “Byla by to základní pravda o tom, z čeho se svět skládá,” říká Given. Jeho složení by také poskytlo vodítka o tom, jak Země původně vznikla a jak se vyvinula v mnohovrstevnatou kouli, kterou dnes obýváme, říká.

Vědci mohou o plášti mnohé odvodit i bez vzorku. Rychlosti a dráhy seismických vln generovaných zemětřesením, které procházejí planetou, poskytují informace o hustotě, viskozitě a celkových vlastnostech pláště, stejně jako o tom, jak se tyto vlastnosti liší od místa k místu. Stejně tak rychlost, s jakou se zemská kůra zvedá poté, co byla zatížena mohutnými ledovými příkrovy, které nedávno (z geologického hlediska) roztály.

Měření magnetického a gravitačního pole naší planety přináší ještě více informací a zužuje okruh typů minerálů, které se mohou nacházet v hlubinách, říká Walter Munk, fyzikální oceánograf ze Scripps. Tento vědec, kterému je nyní 98 let, byl členem malé skupiny výzkumníků, kteří v roce 1957 poprvé přišli s myšlenkou vrtat do pláště. Tyto nepřímé metody však mohou vědcům říci jen velmi málo, podotýká. “Nic nenahradí, když máte v rukou kus toho, co chcete analyzovat.”

Výzkumníci sice mají v ruce vzorky pláště, ale nejsou nedotčené. Některé z nich jsou kusy hornin, které na zemský povrch vynesly vybuchující sopky. Jiné byly vyzdviženy nahoru při krkolomných srážkách tektonických desek. Jiné vyvstaly na mořské dno podél pomalu se šířících středooceánských hřbetů, říkají geologové Henry Dick a Chris MacLeod. Dick z Oceánografického institutu ve Woods Hole v Massachusetts a MacLeod z Cardiffské univerzity ve Walesu jsou spoluvedoucími expedice hlubokých vrtů, která právě končí v jihozápadní části Indického oceánu.

Všechny současné vzorky pláště byly změněny procesy, které je vynesly na zemský povrch, byly vystaveny působení atmosféry nebo ponořeny na delší dobu do mořské vody – pravděpodobně všechno dohromady. Ty vzorky pláště, které byly vystaveny působení vzduchu a vody, pravděpodobně ztratily některé snadno rozpustné původní chemické prvky.

Odtud pramení velká touha získat nezkalený kus pláště, říká Dick. Jakmile by vědci měli vzorek k dispozici, mohli by analyzovat jeho celkové chemické složení i mineralogii, posoudit hustotu horniny a určit, jak snadno vede teplo a seismické vlny. Výsledky by bylo možné porovnat s hodnotami odvozenými z nepřímých měření, čímž by se tyto techniky potvrdily nebo zpochybnily.

Vrtání až do pláště by geologům také umožnilo podívat se na to, čemu se říká Mohorovičićova diskontinuita, zkráceně Moho. Nad touto záhadnou zónou, pojmenovanou po chorvatském seismologovi, který ji v roce 1909 objevil, se seismické vlny šíří rychlostí přibližně 4,3 km/s, což odpovídá rychlosti, jakou se tyto vlny šíří čedičem neboli vychladlou lávou. Pod Moho se vlny šíří rychlostí asi 5 mil za sekundu, což je podobná rychlost jako u vyvřelých hornin chudých na křemík, kterým se říká peridotit. Moho se obvykle nachází v hloubce 3 až 6 mil pod oceánským dnem a kdekoli v hloubce 12 až 56 mil pod kontinenty.

Tato zóna byla dlouho považována za hranici kůry a mantlu, kde se materiál postupně ochlazuje a přiléhá k nadložní kůře. Některé laboratorní studie však naznačují, že je možné, že Moho představuje zónu, kde voda prosakující z nadložní kůry reaguje s peridotity pláště a vytváří typ minerálu zvaného serpentin. Tato možnost je vzrušující, naznačují Dick a MacLeod. Při geochemických reakcích, při nichž vzniká serpentin, vzniká také vodík, který pak může reagovat s mořskou vodou a vytvářet metan, zdroj energie pro některé druhy bakterií. Nebo, jak vědci poznamenávají, může být Moho něčím úplně jiným, co věda nezná.

Klíčem k odhalení tajemství pláště je najít správné místo, na kterém se bude vrtat. Materiál pláště stoupá na oceánské dno na středooceánských hřbetech, kde se tektonické desky pomalu od sebe vzdalují. Ale tyto vzorky prostě nestačí. Práce v několika kilometrech kůry pod oceánským dnem materiál značně mění, takže vzorek pláště není reprezentativní pro to, co se nachází v hlubinách Země. A vrtání hlouběji na jednom z těchto hřbetů je také problematické, říká Dick. “Na oceánském hřbetu nebo jeho bezprostředních okrajích je kůra příliš horká na to, aby bylo možné vrtat více než asi jeden nebo dva kilometry.”

Proto on a jeho kolegové vrtají na místě v jihozápadní části Indického oceánu zvaném Atlantis Bank, které leží asi 808 kilometrů jihovýchodně od Madagaskaru. Podle Dicka je tato lokalita díky mnoha faktorům pro expedici vynikajícím místem pro vrtání.

Na jedné straně tento kousek mořského dna o velikosti Denveru leží na oceánské kůře staré asi 11 milionů let, takže je dostatečně chladný na to, aby se do něj dalo vrtat. Za další, vrchol břehu tvoří plošina o rozloze 9,7 km2, která se nachází ve vzdálenosti do 2 300 stop od hladiny oceánu. To znamená, že na rozdíl od 3,7 míle hlubokého mořského dna, které se nachází poblíž, je zde vrtání na dno oceánu bezproblémové. Silné oceánské proudy v této oblasti zabraňují hromadění sedimentů na mořském dně a udržují tamní kůru z velké části odkrytou. Je také relativně tenká – předchozí seismický průzkum oblasti zjistil, že kůra je zde silná pouze 1,6 míle.

Oceánská kůra pod Atlantis Bank navíc vznikla v úseku středooceánského hřbetu, kde se horní vrstvy vznikající kůry šířily jedním směrem od riftu, zatímco spodní vrstvy se pohybovaly směrem opačným. Vědci si zatím nejsou jisti, jak a proč k tomu došlo. Ale díky tomuto takzvanému asymetrickému šíření, ke kterému pravděpodobně dochází na podstatné části světových středooceánských hřbetů, není Atlantis Bank zahalen křehkými vrstvami svrchní kůry, které by se mohly při vrtání roztříštit a spadnout do otvoru, říká Dick. Takové úlomky mohou poškodit vrták nebo způsobit jeho zadření, stejně jako ztížit vyplavení menších kousků horniny a bahna z vrtu.

Přes výhody vrtání na Atlantis Bank se expedice potýká s komplikacemi, které jsou běžné u mnoha projektů vrtání v oceánu. Problémy s nakládáním lodi zpozdily odjezd týmu z Kolomba na Srí Lance o jeden den. Po příjezdu na místo tým zlomil vrták, ale než mohl vylovit jeho kusy z vrtu, musel se sbalit a odvézt nemocného člena posádky na sever směrem k Mauriciu, aby se setkal s pobřežním vrtulníkem pro lékařskou evakuaci. Loď jménem JOIDES Resolution se vrátila po téměř týdenní nepřítomnosti a pak se museli několik dní pomocí silného magnetu snažit získat zpět kusy jejich zlomeného vrtáku.

Ty chybějící kusy nikdy nenašli. Ale během posledního pokusu, kdy se je pomocí silného vakua snažili vylovit, přivezla expedice možná největší kus oceánské kůry o průměru, jaký byl kdy vyloven. Válec tmavé hrubozrnné horniny zvané gabro má průměr 7 palců – třikrát větší než obvykle – a délku 20 palců.

Cílovou hloubkou týmu pro tuto expedici byla hloubka 4 265 stop v kůře, sotva v polovině cesty k plášti. Bohužel k 22. lednu dosáhly vrty hloubky pouze 2 330 stop pod mořským dnem.

V době vydání tohoto článku budou vrtné práce na Atlantis Bank – pro tuto část projektu – ukončeny. Druhá, již schválená část mise by snad měla dokončit úkol a proniknout do pláště. To však může být až za dva až pět let. Konkurence o čas na lodi ze strany jiných týmů, které chtějí vrtat jinde ve světě, je tvrdá, říká Dick.

Vědecký tým však z první fáze tohoto projektu neodejde s prázdnou, říká MacLeod. Důležitý je také odběr vzorků z celé zemské kůry. “Nemáme ponětí, jaké je objemové složení oceánské kůry na kterémkoli místě na zeměkouli,” říká Dick. Horniny spodní kůry, které byly dříve získány z jiných hlubinných vrtů, se podle něj vůbec nepodobaly tomu, co vědci očekávali.

Projekt Atlantis Bank by poskytl pohled na chemické složení spodní kůry. A úplný profil přes celou vrstvu by vědcům pomohl pochopit, jak se zde magmata chemicky a fyzikálně přeměňují – včetně toho, jak krystalizují plášťové horniny a jak se přichycují ke spodnímu povrchu kůry.

Jakmile vědci nakonec získají vzorek pláště, mohou se na projekt napojit další týmy s vlastními experimenty, říká MacLeod. “Budoucí expedice mohou do této díry shazovat přístroje ještě několik let.” Například seismologové mohou do kilometry hluboké díry poslat senzory a pak přímo měřit rychlosti seismických vln pulzujících zemskou kůrou, místo aby je odvozovali pomocí laboratorních testů na malých vzorcích hornin. Vědci také mohou do díry spustit řetězec teplotních čidel a měřit tok tepla z nitra naší planety.

Je nepochybné, že vzorky oceánské kůry a pláště, které budou nakonec z Atlantis Bank vyzvednuty – stejně jako data získaná z díry, která po ní zůstala – zaměstnají geology a geofyziky na další desetiletí. Trpělivost je však ctnost a Dick, MacLeod a jejich geofyzikální bratři si dávají na čas už celá desetiletí.

Poznámka redakce: Tento článek byl aktualizován, aby se opravilo připsání seismického průzkumu Atlantis Bank.