Keväällä 1961 joukko geologeja alkoi porata reikää merenpohjaan Baja Californian rannikolla. Retkikunta, ensimmäinen laatuaan, oli alkuvaihe hankkeessa, jonka tarkoituksena oli lävistää maankuori ja päästä sen alla olevaan vaippaan. He eivät tienneet, että heidän ponnistelunsa jäisivät pian varjoon, kun John F. Kennedy käynnisti saman vuoden toukokuussa kilpajuoksun kuuhun.

Vuoden 1972 loppuun mennessä kuusi Apollo-lentolentoa laskeutui maapallon kiertoradalle miljardien dollarien ja tuhansien tiedemiesten ja insinöörien yhteisten ponnistelujen jälkeen ja toi mukanaan yli 841 kiloa kuun kiviaineksia ja maaperää.

Välillä maanpäälliset geologit, jotka haaveilivat pääsevänsä kurkistamaan Maan sisimpään, jäivät budjettileikkausten ansiosta tyhjin käsin erilaisten ohjelmien jäänteisiin.

1960-luvulta lähtien tutkijat ovat yrittäneet porautua Maan vaippaan, mutta eivät ole vielä onnistuneet. Jotkut yritykset ovat epäonnistuneet teknisten ongelmien vuoksi, toiset ovat joutuneet monenlaisen huonon tuurin uhriksi – mukaan lukien, kuten jälkikäteen havaittiin, epäsuotuisien paikkojen valitseminen poraukseen. Nämä yritykset ovat kuitenkin osoittaneet, että tekniikka ja asiantuntemus vaippaan poraamiseen on olemassa. Ja nyt viimeisimmän yrityksen ensimmäisessä vaiheessa, jossa yritetään päästä planeettamme tähän tärkeään osaan, porataan ohuen merenkuoren läpi Intian valtameren lounaisosassa.

Ei syytä huoleen: Kun poraajat lopulta lävistävät vaipan, kuuma, sula kivi ei vyöry reiästä ylöspäin ja valu merenpohjaan tulivuorenpurkauksen muodossa. Vaikka vaippakivet virtaavatkin, se tapahtuu nopeudella, joka vastaa kynnen kasvunopeutta, sanoo Holly Given, geofyysikko Scripps Institution of Oceanography -laitoksessa San Diegossa.

Vaippa on suurin osa planeettaa, jota kutsumme kodiksemme, mutta tiedemiehet tietävät siitä suhteellisen vähän suorien analyysien avulla. Ohut kuorikerros, jonka päällä elämme, muodostaa noin yhden prosentin maapallon tilavuudesta. Sisempi ja ulompi ydin – kiinteät ja nestemäiset massat, jotka koostuvat suurelta osin raudasta, nikkelistä ja muista tiheistä alkuaineista – vievät vain 15 prosenttia planeetan tilavuudesta. Ulkoisen ytimen ja kuoren välissä oleva vaippa muodostaa arviolta 68 prosenttia planeetan massasta ja peräti 85 prosenttia sen tilavuudesta.

Ajattele vaippaa planeetan kokoisena laavalamppuna, jossa aine kerää lämpöä ytimen ja vaipan rajalla, muuttuu vähemmän tiiviiksi ja nousee kelluvina syöksypilvinä maankuoren alareunaan ja virtaa sitten tuota kattoa pitkin niin kauan, kunnes se jäähtyy ja vajoaa takaisin ytimelle. Kierto vaipassa on poikkeuksellisen hidasta: Erään arvion mukaan edestakainen matka kuoresta ytimeen ja takaisin voi kestää jopa 2 miljardia vuotta.

Peruskoisen kappaleen saaminen vaipasta on tärkeää, koska se auttaisi planeettatutkijoita selvittämään paremmin, mistä raaka-aineista maapallo kasautui aurinkokuntamme ollessa nuori. “Se olisi perustotuus siitä, mistä maailma on tehty”, Given sanoo. Sen koostumus antaisi myös vihjeitä siitä, miten Maa alun perin muodostui ja miten se kehittyi monikerroksiseksi palloksi, jossa nykyään asumme, hän sanoo.

Tutkijat voivat päätellä paljon vaipasta, vaikka näytettä ei olisikaan. Planeetan läpi kulkevien maanjäristysten synnyttämien seismisten aaltojen nopeudet ja reitit antavat tietoa vaipan tiheydestä, viskositeetista ja yleisistä ominaisuuksista sekä siitä, miten nämä ominaisuudet vaihtelevat paikasta toiseen. Samoin nopeus, jolla maankuori ponnahtaa ylöspäin sen jälkeen, kun sitä ovat painaneet massiiviset jääpeitteet, jotka ovat hiljattain (geologisesti katsottuna) sulaneet.

Planeetan magneetti- ja painovoimakenttien mittaukset antavat vielä enemmän tietoa, ja niillä voidaan rajata syvyyksistä mahdollisesti löytyvien mineraalien tyyppejä, sanoo Scrippsin fysikaalinen merentutkija Walter Munk. Nyt 98-vuotias tutkija kuului pieneen tutkijaryhmään, joka keksi ensimmäisen kerran vuonna 1957 ajatuksen vaippaan poraamisesta. Mutta nämä epäsuorat menetelmät voivat kertoa tutkijalle vain vähän, hän huomauttaa. “Mikään ei korvaa sitä, että käsissäsi on pala siitä, mitä haluat analysoida.”

Tutkijoilla on näytteitä vaipasta käsissään, mutta ne eivät ole koskemattomia. Osa niistä on purkautuvien tulivuorten maan pinnalle kuljettamia kiven palasia. Toiset on nostettu ylöspäin tektonisten laattojen välisissä törmäyksissä. Toiset taas ovat nousseet merenpohjaan hitaasti levittäytyviä valtameren keskiosien harjuja pitkin, sanovat geologit Henry Dick ja Chris MacLeod. Dick (Woods Hole Oceanographic Institution, Massachusetts) ja MacLeod (Cardiffin yliopisto, Wales) johtavat yhdessä Intian valtameren lounaisosassa juuri päättyvää syvänmeren tutkimusretkikuntaa.

Kaikki nykyiset vaippanäytteet ovat muuttuneet prosesseissa, jotka ovat tuoneet ne maan pinnalle, ne ovat altistuneet ilmakehälle tai ne ovat olleet merivedessä pitkiä aikoja – mahdollisesti kaikki edellä mainitut seikat. Ilmalle ja vedelle altistuneet vaipanäytteet ovat luultavasti menettäneet osan alkuperäisistä, helpommin liukenevista kemiallisista alkuaineistaan.

Dick sanoo, että siksi on niin suuri halu saada saasteeton pala vaippaa. Saatuaan sen tutkijat voisivat analysoida näytteen yleisen kemiallisen koostumuksen sekä mineralogian, arvioida kiven tiheyden ja määrittää, kuinka helposti se johtaa lämpöä ja seismisiä aaltoja. Tuloksia voitaisiin verrata epäsuorista mittauksista johdettuihin arvoihin, mikä vahvistaisi tai kiistäisi kyseiset tekniikat.

Poraamalla aina vaippaan asti geologit saisivat myös tarkastella sitä, mitä he kutsuvat Mohorovičićin epäjatkuvuudeksi tai lyhyesti Mohoksi. Tämän salaperäisen vyöhykkeen yläpuolella, joka on saanut nimensä sen vuonna 1909 löytäneen kroatialaisen seismologin mukaan, seismiset aallot kulkevat noin 4,3 mailia sekunnissa, mikä vastaa basaltin eli jäähtyneen laavan läpi kulkevien aaltojen nopeutta. Mohon alapuolella aallot kulkevat noin 5 mailin sekuntinopeudella, mikä vastaa nopeutta, jolla ne kulkevat peridotiitiksi kutsutun piioksidipitoisen magmakiven läpi. Moho sijaitsee tyypillisesti 3-6 meripeninkulmaa merenpohjan alapuolella ja 12-56 meripeninkulmaa mantereiden alapuolella.

Tätä vyöhykettä on jo pitkään pidetty maankuoren ja mantereen välisenä rajana, jossa aines vähitellen jäähtyy ja kiinnittyy yläpuoliseen maankuoreen. Joidenkin laboratoriotutkimusten mukaan on kuitenkin mahdollista, että Moho edustaa vyöhykettä, jossa yläpuolisesta maankuoresta vuotava vesi reagoi vaipan peridotiittien kanssa muodostaen serpentiiniksi kutsutun mineraalityypin. Tämä mahdollisuus on jännittävä, Dick ja MacLeod ehdottavat. Serpentiiniä synnyttävät geokemialliset reaktiot tuottavat myös vetyä, joka voi sitten reagoida meriveden kanssa ja tuottaa metaania, joka on joidenkin bakteerityyppien energianlähde. Tai, tutkijat toteavat, Moho voi olla jotain aivan muuta tieteelle tuntematonta.

Avain vaipan salaisuuksien avaamiseen on löytää oikea paikka, johon porata. Mantelimateriaali nousee merenpohjaan valtameren keskiosien harjanteilla, joissa tektoniset laatat työntyvät hitaasti erilleen. Mutta nuo näytteet eivät vain riitä. Muutaman kilometrin syvyydessä merenpohjan alla olevan kuoren läpi poraaminen muuttaa materiaalia huomattavasti, jolloin vaippanäyte ei ole edustava siitä, mitä syvällä maapallolla on. Myös syvemmälle poraaminen jollakin näistä harjuista on ongelmallista, Dick sanoo. “Valtameriharjanteen tai sen välittömien sivustojen kohdalla maankuori on liian kuuma poraukseen noin yhtä tai kahta kilometriä pidemmälle.”

Sen vuoksi hän ja hänen kollegansa poraavat Intian valtameren lounaisosassa Atlantis Bank -nimisessä paikassa, joka sijaitsee noin 808 kilometriä kaakkoon Madagaskarista. Monet tekijät tekevät tästä paikasta retkikunnalle erinomaisen paikan porata, Dick sanoo.

Tämä Denverin kokoinen merenpohjan laikku sijaitsee noin 11 miljoonaa vuotta vanhan valtamerenkuoren päällä, joten se on tarpeeksi viileä porattavaksi. Toisekseen, pankin huippu on 9,7 neliökilometrin kokoinen tasanko, joka on alle 300 metrin syvyydessä meren pinnasta. Näin ollen merenpohjan hyödyntäminen siellä on helppoa, toisin kuin läheisellä 3,7 mailin syvyisellä merenpohjalla. Alueen voimakkaat merivirtaukset ovat estäneet sedimenttien kasaantumisen merenpohjaan, joten maankuori on pysynyt suurelta osin paljaana. Se on myös suhteellisen ohut – alueen aiemmassa seismisessä tutkimuksessa havaittiin, että maankuori on siellä vain 1,6 mailin paksuinen.

Lisäksi Atlantis Bankin alapuolella oleva merenkuori muodostui valtameren keskiosien selänteen osaan, jossa syntymässä olevan maankuoren ylemmät kerrokset levisivät halkeamasta toiseen suuntaan, kun taas alemmat kerrokset liikkuivat toiseen suuntaan. Tutkijat eivät ole vielä varmoja siitä, miten tai miksi näin tapahtui. Tämän niin sanotun epäsymmetrisen leviämisen ansiosta, jota tapahtuu todennäköisesti huomattavassa osassa maailman valtameren keskiosien harjuja, Atlantis Bankia ei kuitenkaan verhoa hauras ylempi kuorikerros, joka voi pirstoutua ja pudota reikään, kun sitä porataan, Dick sanoo. Tällaiset roskat voivat vaurioittaa poranterää tai aiheuttaa sen jumiutumisen sekä vaikeuttaa pienempien kivi- ja mutapalojen huuhtomista reiästä.

Atlantis Bankin porauksen hyödyistä huolimatta retkikunta on kärsinyt monille meriporaushankkeille tyypillisistä takaiskuista. Aluksen lastaukseen liittyvät ongelmat viivästyttivät ryhmän lähtöä Sri Lankan Colombosta päivällä. Paikalle päästyään porausryhmä rikkoi poranterän, mutta ennen kuin he ehtivät kalastaa kappaleet ulos reiästä, heidän oli pakattava ja vietävä sairas miehistön jäsen pohjoiseen kohti Mauritiusta, jossa he tapasivat maissa olevan helikopterin sairaankuljetusta varten. Alus, jonka nimi oli JOIDES Resolution, palasi takaisin lähes viikon poissaolon jälkeen ja joutui sitten käyttämään pari päivää vahvan magneetin avulla yrittäessään palauttaa rikkoutuneen poranterän palat.

Puuttuvia paloja ei koskaan löydetty. Mutta viimeisessä yrityksessä, jossa käytettiin voimakasta alipainetta yrittäessään imeä niitä ylös, retkikunta toi takaisin ehkä suurimman koskaan talteen otetun halkaisijaltaan suurimman merenkuoren kappaleen. Gabbroksi kutsutun tumman, karkearakeisen kiven sylinteri on 7 tuumaa halkaisijaltaan – kolme kertaa normaalia kokoa suurempi – ja 20 tuumaa pitkä.

Ryhmän tavoitesyvyys tällä tutkimusretkellä oli 4 265 jalkaa maankuoren sisällä, hädin tuskin puolivälissä vaippaa. Valitettavasti tammikuun 22. päivään mennessä poraukset olivat päässeet vain 2330 jalan syvyyteen merenpohjan alla.

Kun tämä artikkeli julkaistaan, poraustyöt ovat päättymässä Atlantis Bankissa – hankkeen tämän osuuden osalta. Toisella, jo hyväksytyllä osuudella tehtävä toivottavasti saataisiin päätökseen ja päästäisiin napauttamaan vaippaa. Siihen voi kuitenkin kulua kahdesta viiteen vuotta. Kilpailu aluksen ajasta muiden ryhmien kanssa, jotka haluavat porata muualla maailmassa, on kovaa, Dick sanoo.

Tiederyhmä ei kuitenkaan lähde projektin ensimmäisestä vaiheesta tyhjin käsin, MacLeod sanoo. Näytteiden talteenotto koko maankuoresta on myös tärkeää. “Meillä ei ole aavistustakaan siitä, mikä on valtamerten kuoren massakoostumus missäkin kohtaa maapalloa”, Dick sanoo. Alemman maankuoren kivet, joita on aiemmin otettu talteen muista syvien porausten kohteista, eivät ole olleet mitään sellaista, mitä tutkijat ovat odottaneet, hän sanoo.

Alantis Bank -hankkeessa voitaisiin tarkastella alemman maankuoren kemiallista koostumusta. Ja koko kerroksen läpi kulkeva täysi profiili auttaisi tutkijoita ymmärtämään, miten magmat muuttuvat siellä kemiallisesti ja fysikaalisesti – mukaan lukien se, miten vaippakivet kiteytyvät ja kiinnittyvät kuoren alapintaan.

Kunhan tutkijat lopulta saavat vaippanäytteensä, muut tutkimusryhmät voivat tukeutua projektiin omilla kokeillaan, MacLeod sanoo. “Tulevat tutkimusretkikunnat saattavat pudottaa instrumentteja reikään vielä vuosien ajan.” Seismologit voivat esimerkiksi lähettää antureita kilometrien syvyiseen reikään ja mitata suoraan maankuoren läpi sykkivien seismisten aaltojen nopeuksia sen sijaan, että ne pääteltäisiin laboratoriokokeiden avulla pienistä kivinäytteistä. Tutkijat voivat myös laskea reikään joukon lämpötila-antureita mitatakseen lämpövirtaa planeettamme sisäosista.

Epäilemättä Atlantis Bankista lopulta otetut näytteet valtameren kuoresta ja vaipasta – samoin kuin jäljelle jäävästä reiästä kerätyt tiedot – työllistävät geologeja ja geofyysikoita vuosikymmeniä. Mutta kärsivällisyys on hyve, ja Dick, MacLeod ja heidän geofyysikkoveljensä ovat tehneet sitä jo vuosikymmeniä.

Toimittajan huomautus: Tätä artikkelia on päivitetty, jotta Atlantis Bankin seismisen tutkimuksen attribuutio olisi korjattu.

Toimittajan huomautus: Tätä artikkelia on päivitetty, jotta Atlantis Bankin seismisen tutkimuksen attribuutio olisi korjattu.