Im Frühjahr 1961 begann eine Gruppe von Geologen mit der Bohrung eines Lochs in den Meeresboden vor der Pazifikküste von Baja California. Die Expedition, die erste ihrer Art, war die erste Phase eines Projekts, mit dem die Erdkruste durchbrochen und der darunter liegende Erdmantel erreicht werden sollte. Sie ahnten nicht, dass ihre Bemühungen bald in den Schatten gestellt werden würden, als John F. Kennedy im Mai desselben Jahres den Wettlauf zum Mond eröffnete.

Bis Ende 1972 landeten sechs Apollo-Missionen auf dem Erdtrabanten, nachdem sie Milliarden von Dollar ausgegeben und die kollektive Anstrengung Tausender von Wissenschaftlern und Ingenieuren geleistet hatten, und brachten mehr als 841 Pfund Mondgestein und -erde nach Hause.

Die erdgebundenen Geologen, die davon träumten, einen Blick in das Innere der Erde zu werfen, gingen derweil aufgrund von Budgetkürzungen mit den Überresten verschiedener Programme leer aus.

Seit den 1960er Jahren haben Forscher versucht, in den Erdmantel zu bohren, waren aber bisher nicht erfolgreich. Einige Versuche scheiterten an technischen Problemen, andere fielen verschiedenen Arten von Pech zum Opfer – unter anderem, wie sich im Nachhinein herausstellte, weil man ungünstige Stellen für die Bohrungen gewählt hatte. Nichtsdestotrotz haben diese Versuche gezeigt, dass die Technologie und das Know-how für Bohrungen in den Erdmantel vorhanden sind. Und nun wird in der ersten Phase des jüngsten Versuchs, diesen wichtigen Teil unseres Planeten zu erreichen, durch einen dünnen Abschnitt der Ozeankruste im südwestlichen Indischen Ozean gebohrt.

Keine Sorge: Wenn die Bohrer schließlich den Erdmantel durchstoßen, wird kein heißes, geschmolzenes Gestein aus dem Loch aufsteigen und in einem Vulkanausbruch auf den Meeresboden fließen. Mantelgestein fließt zwar, aber mit einer Geschwindigkeit, die der Wachstumsrate eines Fingernagels entspricht, sagt Holly Given, Geophysikerin an der Scripps Institution of Oceanography in San Diego.

Der Mantel ist der größte Teil des Planeten, den wir unser Zuhause nennen, und doch wissen die Wissenschaftler durch direkte Analysen relativ wenig über ihn. Die dünne Schicht der Kruste, auf der wir leben, macht etwa ein Prozent des Erdvolumens aus. Der innere und äußere Kern – feste und flüssige Massen, die größtenteils aus Eisen, Nickel und anderen dichten Elementen bestehen – nehmen nur 15 Prozent des Volumens des Planeten ein. Der Mantel, der zwischen dem äußeren Kern und der Kruste liegt, macht schätzungsweise 68 % der Masse des Planeten und satte 85 % seines Volumens aus.

Stellen Sie sich den Mantel als eine Lavalampe in der Größe des Planeten vor, in der das Material an der Kern-Mantel-Grenze Wärme aufnimmt, weniger dicht wird und in schwimmenden Schwaden zum unteren Rand der Erdkruste aufsteigt, um dann an dieser Decke entlang zu fließen, bis es abkühlt und zum Kern zurücksinkt. Die Zirkulation im Erdmantel ist außergewöhnlich träge: Einer Schätzung zufolge könnte eine Reise von der Kruste zum Erdkern und wieder zurück bis zu 2 Milliarden Jahre dauern.

Ein unverfälschtes Stück des Erdmantels zu erhalten, ist wichtig, weil es den Planetenforschern helfen würde, die Rohstoffe besser zu bestimmen, aus denen sich die Erde gebildet hat, als unser Sonnensystem jung war. “Es wäre die Grundwahrheit dafür, woraus die Welt besteht”, sagt Given. Seine Zusammensetzung würde auch Aufschluss darüber geben, wie sich die Erde ursprünglich gebildet hat und wie sie sich zu der vielschichtigen Kugel entwickelt hat, die wir heute bewohnen, sagt sie.

Wissenschaftler können auch ohne eine Probe eine Menge über den Erdmantel herausfinden. Die Geschwindigkeiten und Wege der durch Erdbeben erzeugten seismischen Wellen, die den Planeten durchlaufen, geben Aufschluss über die Dichte, die Viskosität und die allgemeinen Eigenschaften des Erdmantels sowie darüber, wie diese Eigenschaften von Ort zu Ort variieren. Das Gleiche gilt für die Geschwindigkeit, mit der sich die Erdkruste nach oben wölbt, nachdem sie von massiven Eisschilden niedergedrückt wurde, die vor kurzem (aus geologischer Sicht) geschmolzen sind.

Messungen der Magnet- und Gravitationsfelder unseres Planeten liefern noch mehr Informationen und grenzen die Arten von Mineralien ein, die in der Tiefe gefunden werden können, sagt Walter Munk, ein physikalischer Ozeanograph bei Scripps. Der heute 98-jährige Wissenschaftler gehörte zu einer kleinen Gruppe von Forschern, die 1957 auf die Idee kamen, in den Erdmantel zu bohren. Aber diese indirekten Methoden können einem Wissenschaftler nur so viel sagen, stellt er fest. “Es gibt keinen Ersatz dafür, ein Stück von dem, was man analysieren will, in den Händen zu halten.”

Forscher haben zwar Proben des Erdmantels in der Hand, aber sie sind nicht makellos. Einige von ihnen sind Gesteinsbrocken, die von ausbrechenden Vulkanen an die Erdoberfläche getragen wurden. Andere wurden durch Kollisionen zwischen tektonischen Platten nach oben geschleudert. Wieder andere sind entlang sich langsam ausbreitender mittelozeanischer Rücken zum Meeresboden aufgestiegen, sagen die Geologen Henry Dick und Chris MacLeod. Dick von der Woods Hole Oceanographic Institution in Massachusetts und MacLeod von der Cardiff University in Wales sind Co-Leiter der Tiefbohrexpedition, die gerade im südwestlichen Indischen Ozean zu Ende geht.

Alle aktuellen Mantelproben wurden durch die Prozesse verändert, die sie an die Erdoberfläche brachten, der Atmosphäre ausgesetzt oder für längere Zeit in Meerwasser getaucht – möglicherweise alles zusammen. Die Mantelproben, die der Luft und dem Wasser ausgesetzt waren, haben wahrscheinlich einige ihrer ursprünglichen chemischen Elemente verloren, die sich leichter lösen lassen.

Daher ist der Wunsch groß, ein unbeflecktes Stück Mantel zu erhalten, sagt Dick. Sobald es verfügbar ist, könnten die Wissenschaftler die allgemeine chemische Zusammensetzung und die Mineralogie der Probe analysieren, die Dichte des Gesteins bestimmen und feststellen, wie gut es Wärme und seismische Wellen leitet. Die Ergebnisse könnten mit den aus indirekten Messungen abgeleiteten Werten verglichen werden, um diese Techniken zu bestätigen oder zu widerlegen.

Bohrungen bis in den Erdmantel würden den Geologen auch einen Blick auf die sogenannte Mohorovičić-Diskontinuität, kurz Moho, ermöglichen. Oberhalb dieser geheimnisvollen Zone, die nach dem kroatischen Seismologen benannt ist, der sie 1909 entdeckte, breiten sich seismische Wellen mit einer Geschwindigkeit von etwa 4,3 Meilen pro Sekunde aus, eine Geschwindigkeit, die mit derjenigen von Wellen übereinstimmt, die durch Basalt oder erkaltete Lava laufen. Unterhalb der Moho bewegen sich die Wellen mit etwa 5 Meilen pro Sekunde, was der Geschwindigkeit entspricht, mit der sie sich durch eine kieselsäurearme Art von Eruptivgestein namens Peridotit bewegen. Die Moho liegt in der Regel zwischen 3 und 6 Meilen unter dem Meeresboden und zwischen 12 und 56 Meilen unter den Kontinenten.

Diese Zone wurde lange Zeit als Krusten-Mantel-Grenze angesehen, wo das Material allmählich abkühlt und an der darüber liegenden Kruste haftet. Einige Laborstudien deuten jedoch darauf hin, dass die Moho möglicherweise die Zone darstellt, in der Wasser, das aus der darüber liegenden Kruste nach unten sickert, mit Mantelperidotiten reagiert und eine Mineralart namens Serpentin bildet. Diese Möglichkeit ist sehr interessant, meinen Dick und MacLeod. Die geochemischen Reaktionen, bei denen Serpentin entsteht, produzieren auch Wasserstoff, der dann mit Meerwasser reagieren kann, um Methan zu erzeugen, eine Energiequelle für einige Bakterienarten. Oder, so die Forscher, die Moho könnte etwas ganz anderes sein, das der Wissenschaft unbekannt ist.

Der Schlüssel zur Entschlüsselung der Geheimnisse des Erdmantels liegt darin, die richtige Stelle zu finden, an der man bohren kann. An den mittelozeanischen Rücken, wo sich die tektonischen Platten langsam auseinanderschieben, steigt Mantelmaterial auf den Meeresboden. Aber diese Proben reichen einfach nicht aus. Wenn man sich durch ein paar Kilometer Kruste unter dem Meeresboden arbeitet, verändert sich das Material erheblich, so dass die Mantelprobe nicht mehr repräsentativ für das ist, was sich tief im Erdinneren befindet. Und auch das Bohren in die Tiefe an einem dieser Bergrücken ist problematisch, sagt Dick. “An einem Ozeanrücken oder seinen unmittelbaren Flanken ist die Kruste zu heiß, um mehr als ein oder zwei Kilometer tief zu bohren.”

So bohren er und seine Kollegen an einer Stelle im südwestlichen Indischen Ozean namens Atlantis Bank, die etwa 808 Meilen südöstlich von Madagaskar liegt. Viele Faktoren machen diesen Ort zu einem ausgezeichneten Platz für die Expedition, sagt Dick.

Zum einen liegt dieser Fleck des Meeresbodens in der Größe von Denver auf einer Ozeankruste, die etwa 11 Millionen Jahre alt ist und damit kühl genug für Bohrungen ist. Zum anderen handelt es sich bei der Spitze der Bank um ein 9,7 Quadratmeilen großes Plateau, das weniger als 2.300 Fuß unter der Meeresoberfläche liegt. Das macht die Anzapfung des Meeresbodens dort im Gegensatz zum 3,7 Meilen tiefen Meeresboden in der Nähe zu einem Kinderspiel. Die starken Meeresströmungen in diesem Gebiet haben verhindert, dass sich Sedimente auf dem Meeresboden ablagern, so dass die Kruste dort weitgehend frei liegt. Außerdem ist sie relativ dünn – frühere seismische Untersuchungen in diesem Gebiet ergaben, dass die Kruste dort nur 1,6 Meilen dick ist.

Darüber hinaus bildete sich die Ozeankruste unter der Atlantisbank an einem Abschnitt des mittelozeanischen Rückens, wo sich die oberen Schichten der entstehenden Kruste vom Graben aus in eine Richtung ausbreiteten, während sich die unteren Schichten in die andere Richtung bewegten. Die Wissenschaftler sind sich noch nicht sicher, wie oder warum dies geschah. Aber aufgrund dieser so genannten asymmetrischen Ausbreitung, die wahrscheinlich an einem Großteil der mittelozeanischen Rücken der Welt auftritt, ist die Atlantis Bank nicht mit brüchigen Schichten der oberen Kruste bedeckt, die beim Bohren zerbrechen und in ein Loch fallen können, sagt Dick. Solche Trümmer können den Bohrer beschädigen oder ihn blockieren und das Herausspülen kleinerer Gesteinsbrocken und Schlamm aus dem Loch erschweren.

Trotz der Vorteile der Bohrungen an der Atlantis Bank hat die Expedition Rückschläge erlitten, wie sie bei vielen Meeresbohrprojekten auftreten. Probleme beim Beladen des Schiffes verzögerten die Abfahrt des Teams aus Colombo, Sri Lanka, um einen Tag. Vor Ort brach dem Team ein Bohrer ab, doch bevor es die Teile aus dem Loch fischen konnte, musste es zusammenpacken und ein krankes Besatzungsmitglied nach Norden in Richtung Mauritius bringen, um dort einen Hubschrauber für eine medizinische Evakuierung zu treffen. Das Schiff, die JOIDES Resolution, kehrte nach fast einer Woche zurück und musste dann einige Tage lang mit einem starken Magneten versuchen, die Teile des abgebrochenen Bohrers zu bergen.

Die fehlenden Teile wurden nie gefunden. In einem letzten Versuch, sie mit Hilfe eines starken Vakuums aufzusaugen, brachte die Expedition das vielleicht größte Stück Meereskruste, das je geborgen wurde, zurück. Der Zylinder aus dunklem, grobkörnigem Gestein, Gabbro genannt, hat einen Durchmesser von 7 Zoll – das Dreifache der normalen Größe – und eine Länge von 20 Zoll.

Das Team hatte sich für diese Expedition eine Tiefe von 4.265 Fuß in der Kruste zum Ziel gesetzt, knapp die Hälfte des Erdmantels. Leider hatten die Bohrungen bis zum 22. Januar nur eine Tiefe von 2.330 Fuß unter dem Meeresboden erreicht.

Wenn dieser Artikel veröffentlicht wird, werden die Bohrungen auf der Atlantis Bank für diesen Teil des Projekts abgeschlossen sein. Ein zweiter, bereits genehmigter Abschnitt der Mission würde die Aufgabe hoffentlich abschließen und den Erdmantel erschließen. Aber das könnte noch zwei bis fünf Jahre dauern. Der Wettbewerb um die Schiffszeit mit anderen Teams, die anderswo auf der Welt bohren wollen, ist hart, sagt Dick.

Das Wissenschaftsteam wird jedoch nicht mit leeren Händen aus der ersten Phase dieses Projekts kommen, sagt MacLeod. Die Gewinnung von Proben aus der gesamten Erdkruste ist ebenfalls wichtig. “Wir haben keine Ahnung, wie die Zusammensetzung der Ozeankruste an irgendeinem Ort auf der Erde aussieht”, sagt Dick. Die Gesteine der unteren Kruste, die bisher von anderen Tiefbohrstellen geborgen wurden, entsprachen nicht den Erwartungen der Forscher, sagt er.

Das Atlantis Bank Projekt würde einen Blick auf die chemische Zusammensetzung der unteren Kruste ermöglichen. Und ein vollständiges Profil durch die gesamte Schicht würde den Wissenschaftlern helfen zu verstehen, wie Magmen dort chemisch und physikalisch umgewandelt werden – einschließlich der Art und Weise, wie Mantelgestein kristallisiert und sich an der unteren Oberfläche der Kruste festsetzt.

Wenn die Forscher schließlich ihre Mantelprobe erhalten, können andere Teams das Projekt mit eigenen Experimenten unterstützen, sagt MacLeod. “Künftige Expeditionen werden vielleicht noch jahrelang Instrumente in das Loch hinunterschicken.” So können Seismologen beispielsweise Sensoren in das kilometerlange Loch hinabschicken und dann die Geschwindigkeit der seismischen Wellen, die durch die Erdkruste pulsieren, direkt messen, anstatt sie über Labortests an kleinen Gesteinsproben abzuleiten. Die Forscher können auch eine Reihe von Temperatursensoren in das Loch hinablassen, um den Wärmefluss im Inneren unseres Planeten zu messen.

Die Proben der Ozeankruste und des Erdmantels, die schließlich aus Atlantis Bank geborgen werden, sowie die Daten, die aus dem zurückgelassenen Loch gesammelt werden, werden Geologen und Geophysiker zweifellos noch jahrzehntelang beschäftigen. Aber Geduld ist eine Tugend, und Dick, MacLeod und ihre geophysikalischen Brüder haben jahrzehntelang ihre Zeit abgewartet.

Anmerkung der Redaktion: Dieser Artikel wurde aktualisiert, um die Zuordnung einer seismischen Untersuchung von Atlantis Bank zu korrigieren.