Frøsten 1961 begyndte en gruppe geologer at bore et hul i havbunden ud for Stillehavskysten i Baja California. Ekspeditionen, som var den første af sin art, var den indledende fase af et projekt, der havde til formål at bore sig gennem jordskorpen og nå frem til den underliggende kappe. De vidste ikke, at deres indsats snart ville blive overskygget, da John F. Kennedy i maj samme år indledte kapløbet mod månen.

I slutningen af 1972 var seks Apollo-missioner efter at have brugt milliarder af dollars og gennem den kollektive indsats af tusindvis af videnskabsfolk og ingeniører landet på Jordens kredsløbskammerat og havde bragt mere end 841 pund månesten og jord med hjem.

I mellemtiden stod de jordbaserede geologer, der drømte om at få et glimt af Jordens indre, tomhændede tilbage med resterne af forskellige programmer takket være budgetnedskæringer.

Siden 1960’erne har forskerne forsøgt at bore i Jordens kappe, men har endnu ikke haft succes. Nogle forsøg mislykkedes på grund af tekniske problemer; andre er blevet ofre for forskellige former for uheld – herunder, som det blev opdaget efterfølgende, at man valgte uhensigtsmæssige steder at bore. Ikke desto mindre har disse forsøg vist, at teknologien og ekspertisen til at bore til kappen findes. Og nu borer den første fase af det seneste forsøg på at nå denne vigtige del af vores planet sig gennem et tyndt stykke havskorpe i det sydvestlige Indiske Ocean.

Børerne skal ikke være bekymrede: Når borerne ender med at trænge ind i kappen, vil varm smeltet sten ikke strømme op gennem hullet og vælte ned på havbunden i et vulkanudbrud. Selv om bjergarter fra kappen flyder, sker det med en hastighed, der svarer til en fingernegls væksthastighed, siger Holly Given, der er geofysiker ved Scripps Institution of Oceanography i San Diego.

M kappen er den største del af den planet, vi kalder hjem, men alligevel ved forskerne relativt lidt om den gennem direkte analyser. Den tynde fernis af jordskorpen, som vi lever på, udgør omkring en procent af Jordens volumen. Den indre og ydre kerne – faste og flydende masser, der hovedsageligt består af jern, nikkel og andre tætte grundstoffer – fylder kun 15 procent af planetens volumen. Kappen, som ligger mellem den ydre kerne og skorpen, udgør anslået 68 procent af planetens masse og hele 85 procent af dens volumen.

Tænk på kappen som en lavalampe på størrelse med en planet, hvor materiale optager varme ved grænsen mellem kerne og kappe, bliver mindre tæt og stiger op i opdriftsfaner til den nederste kant af Jordens skorpe og flyder derefter langs dette loft, indtil det afkøles og synker tilbage mod kernen. Cirkulationen i kappen er usædvanlig sløv: Ifølge et skøn kan en tur- og returrejse fra skorpe til kerne og tilbage igen tage op til 2 milliarder år.

Det er vigtigt at få fat i et uberørt stykke af kappen, fordi det vil hjælpe planetforskere til bedre at fastslå de råmaterialer, som Jorden blev dannet af, da vores solsystem var ungt. “Det ville være en sandhed om, hvad verden er lavet af”, siger Given. Sammensætningen ville også give ledetråde om, hvordan Jorden oprindeligt blev dannet, og hvordan den udviklede sig til den flerlagede klode, som vi bebor i dag, siger hun.

Forskere kan udlede en masse om kappen, selv uden en prøve. Hastighederne og banerne for de jordskælvsgenererede seismiske bølger, der passerer gennem planeten, giver indsigt i kappens massefylde, viskositet og generelle egenskaber, samt hvordan disse egenskaber varierer fra sted til sted. Det samme gælder den hastighed, hvormed Jordens jordskorpe springer opad efter at være blevet tynget ned af massive iskapper, der for nylig (i geologiske termer) er smeltet.

Målinger af planetens magnet- og gravitationsfelter giver endnu flere oplysninger og indsnævrer de typer af mineraler, der kan findes i dybet, siger Walter Munk, der er fysisk oceanograf ved Scripps. Forskeren, der nu er 98 år gammel, var en del af en lille gruppe forskere, som først fik idéen om at bore i kappen i 1957. Men disse indirekte metoder kan kun fortælle en forsker så meget, bemærker han. “Der er ingen erstatning for at have en klump af det, man ønsker at analysere, i hænderne.”

Forskerne har prøver af kappen i hånden, men de er ikke uberørte. Nogle af dem er stumper af sten, der er blevet båret til jordens overflade af vulkaner i udbrud. Andre er blevet hevet opad ved sammenstød mellem tektoniske plader. Andre igen er steget op til havbunden langs langsomt spredte mellemoceaniske rygge, siger geologerne Henry Dick og Chris MacLeod. Dick fra Woods Hole Oceanographic Institution i Massachusetts og MacLeod fra Cardiff University i Wales er medledere for den dybdeboringsekspedition, der netop nu er ved at afslutte ekspeditionen i det sydvestlige Indiske Ocean.

Alle de nuværende kappeprøver er blevet ændret af de processer, der har bragt dem op til Jordens overflade, udsat for atmosfæren eller nedsænket i havvand i længere tid – muligvis alle disse ting. De kappeprøver, der er udsat for luft og vand, har sandsynligvis mistet nogle af deres mere let opløselige oprindelige kemiske grundstoffer.

Deraf det store ønske om at få et uspoleret stykke kappe, siger Dick. Når det er tilgængeligt, kunne forskerne analysere en prøves samlede kemiske sammensætning samt dens mineralogi, vurdere stenens massefylde og bestemme, hvor let den leder varme og seismiske bølger. Resultaterne kunne sammenlignes med de værdier, der er udledt af indirekte målinger, hvilket ville validere eller afkræfte disse teknikker.

Boringer helt ned til kappen ville også give geologerne et kig på det, de kalder Mohorovičić-diskontinuiteten, eller forkortet Moho. Over denne mystiske zone, der er opkaldt efter den kroatiske seismolog, som opdagede den i 1909, bevæger de seismiske bølger sig med en hastighed på omkring 4,3 miles i sekundet, en hastighed, der svarer til, at disse bølger bevæger sig gennem basalt eller afkølet lava. Under Moho flyver bølgerne med omkring 8 km i sekundet, hvilket svarer til den hastighed, hvormed de bevæger sig gennem en siliciumfattig type af magmatisk sten kaldet peridotit. Moho ligger typisk mellem 3 og 6 sømil under havbunden og et sted mellem 12 og 56 sømil under kontinenterne.

Denne zone er længe blevet betragtet som grænsen mellem skorpe og kappe, hvor materiale gradvist afkøles og klæber til den overliggende skorpe. Men nogle laboratorieundersøgelser tyder på, at det er muligt, at Moho repræsenterer den zone, hvor vand, der siver ned fra den overliggende skorpe, reagerer med kappens peridotitter for at skabe en type mineral kaldet serpentin. Denne mulighed er spændende, mener Dick og MacLeod. De geokemiske reaktioner, der skaber serpentin, producerer også brint, som derefter kan reagere med havvand for at producere metan, der er en energikilde for visse typer bakterier. Eller, bemærker forskerne, Moho kunne være noget helt andet, som videnskaben ikke kender til.

Nøglen til at afdække kappens hemmeligheder er at finde det rigtige sted at bore. Mantelmaterialet stiger op til havbunden ved de mellemoceaniske rygge, hvor tektoniske plader langsomt skubbes fra hinanden. Men disse prøver er bare ikke nok. Når man arbejder sig gennem nogle få kilometer skorpe under havbunden, ændres materialet betydeligt, hvilket gør kappeprøven ikke repræsentativ for det, der befinder sig dybt inde i Jorden. Og det er også problematisk at bore dybere ved en af disse højderygge, siger Dick. “Ved en oceanryg eller dens umiddelbare flanker er skorpen for varm til at bore mere end omkring en eller to kilometer.”

Så han og hans kolleger borer på et sted i det sydvestlige Indiske Ocean kaldet Atlantis Bank, som ligger omkring 808 miles sydøst for Madagaskar. Der er mange faktorer, der gør dette sted til et fremragende sted for ekspeditionen at bore, siger Dick.

For det første ligger denne Denver-store plet af havbunden oven på en havskorpe, der er omkring 11 millioner år gammel, hvilket gør den kold nok til at bore i. For det andet er toppen af banken et 9,7 kvadratkilometer stort plateau, der ligger inden for 2.300 fod fra havets overflade. Det gør det til en selvfølge at udnytte havbunden der, i modsætning til den 3,7 sømil dybe havbund i nærheden. De stærke havstrømme i området har forhindret sedimenterne i at hobe sig op på havbunden, så skorpen er stort set fritliggende. Den er også forholdsvis tynd – en tidligere seismisk undersøgelse af området viste, at skorpen der kun er 1,6 miles tyk.

Og desuden er havskorpen under Atlantis Bank dannet ved et afsnit af den mellemoceaniske ryg, hvor de øverste lag af spirende skorpe spredte sig i den ene retning fra riften, mens de nederste lag bevægede sig i den anden retning. Forskerne er endnu ikke sikre på, hvordan eller hvorfor dette skete. Men på grund af denne såkaldte asymmetriske spredning, som sandsynligvis forekommer på en betydelig del af verdens mellemoceaniske rygge, er Atlantis Bank ikke dækket af sprøde lag af den øvre skorpe, der kan splintre og falde ned i et hul, når det bores, siger Dick. Sådanne vragrester kan beskadige boret eller få det til at sætte sig fast, ligesom de kan gøre det vanskeligt at skylle mindre stykker sten og mudder ud af hullet.

Trods fordelene ved at bore ved Atlantis Bank har ekspeditionen lidt under de tilbageslag, der er almindelige for mange havboringsprojekter. Problemer med lastning af skibet forsinkede holdets afgang fra Colombo, Sri Lanka, med en dag. Da holdet var på stedet, gik et bor i stykker, men før de kunne fiske stykkerne ud af hullet, måtte de pakke sammen og tage et sygt besætningsmedlem med nordpå mod Mauritius for at møde en helikopter på land med henblik på en medicinsk evakuering. Skibet, der hed JOIDES Resolution, vendte tilbage efter næsten en uges ophold og måtte derefter bruge et par dage på at bruge en stærk magnet til at forsøge at bjærge stykkerne af deres knækkede borestykke.

De fandt aldrig de manglende stykker. Men under et sidste forsøg med et stærkt vakuum for at forsøge at få dem op, bragte ekspeditionen det tilbage, som måske er det største stykke havskorpe med den største diameter, der nogensinde er fundet. Cylinderen af mørk, grovkornet sten, kaldet gabbro, er 7 tommer i diameter – tre gange den normale størrelse – og 20 tommer lang.

Holdets måldybde for denne ekspedition var 4.265 fod ned i jordskorpen, knap halvvejs til kappen. Desværre var boringen pr. 22. januar kun nået ned til en dybde på 2.330 fod under havbunden.

Når denne artikel offentliggøres, vil boreaktiviteterne være afsluttet ved Atlantis Bank – for denne del af projektet. En anden, allerede godkendt del af missionen vil forhåbentlig kunne afslutte opgaven og nå ind i kappen. Men det kan tage mellem to og fem år fra nu af. Konkurrencen om skibstid fra andre hold, der ønsker at bore andre steder i verden, er hård, siger Dick.

Det videnskabelige hold vil dog ikke gå tomhændet fra den første fase af dette projekt, siger MacLeod. Det er også vigtigt at indsamle prøver fra hele jordskorpen. “Vi har ingen idé om, hvordan sammensætningen af havskorpen er på noget sted på kloden”, siger Dick. Sten fra den nederste jordskorpe, der tidligere er blevet indsamlet fra andre dybdeboringer, har ikke lignet det, forskerne forventede, siger han.

Atlantis Bank-projektet vil give et indblik i den nederste jordskorpes kemiske sammensætning. Og en fuld profil gennem hele laget vil hjælpe forskerne med at forstå, hvordan magmaer omdannes kemisk og fysisk der – herunder hvordan kappens bjergarter krystalliserer og bliver fastgjort til den nederste overflade af skorpen.

Når forskerne ender med at få deres kappeprøve, kan andre hold følge projektet op med deres egne eksperimenter, siger MacLeod. “Fremtidige ekspeditioner kan komme til at smide instrumenter ned i hullet i mange år fremover.” For eksempel kan seismologer sende sensorer ned i det kilometerdybe hul og derefter direkte måle hastigheden af de seismiske bølger, der pulserer gennem jordskorpen, i stedet for at udlede dem via laboratorieforsøg på små prøver af sten. Forskerne kan også sænke en række temperatursensorer ned i hullet for at måle varmestrømmen fra planetens indre.

De prøver af havskorpe og kappe, der i sidste ende bliver hentet fra Atlantis Bank – og de data, der indsamles fra det efterladte hul – vil uden tvivl holde geologer og geofysikere beskæftiget i årtier fremover. Men tålmodighed er en dyd, og det er det, Dick, MacLeod og deres geofysiske brødre har gjort i årtier.

Redaktørens note: Denne artikel er blevet opdateret for at korrigere tilskrivningen af en seismisk undersøgelse af Atlantis Bank.