La începutul primăverii anului 1961, un grup de geologi a început să foreze o gaură în fundul mării în largul coastei Pacificului din Baja California. Expediția, prima de acest gen, a reprezentat faza inițială a unui proiect menit să străpungă scoarța terestră și să ajungă la mantaua subiacentă. Ei nu știau că eforturile lor aveau să fie în curând eclipsate atunci când John F. Kennedy a lansat cursa spre Lună în luna mai a aceluiași an.

Până la sfârșitul anului 1972, după ce au cheltuit miliarde de dolari și prin efortul colectiv a mii de oameni de știință și ingineri, șase misiuni Apollo au aterizat pe companionul orbital al Pământului și au adus acasă mai mult de 841 de kilograme de roci și sol lunar.

Între timp, geologii pământeni care visau să arunce o privire asupra mecanismelor interne ale Pământului au rămas cu mâinile goale cu rămășițele diferitelor programe, datorită reducerilor bugetare.

Din anii 1960, cercetătorii au încercat să foreze în mantaua Pământului, dar nu au avut încă succes. Unele eforturi au eșuat din cauza unor probleme tehnice; altele au căzut pradă diverselor tipuri de ghinion – inclusiv, după cum s-a descoperit după aceea, alegerea unor locuri inoportune pentru a fora. Cu toate acestea, aceste eforturi au arătat că există tehnologia și expertiza necesare pentru a fora în mantaua terestră. Iar acum, prima fază a celei mai recente încercări de a ajunge la această parte importantă a planetei noastre forează printr-o secțiune subțire de scoarță oceanică în sud-vestul Oceanului Indian.

Nu vă faceți griji: când foratorii vor străpunge în cele din urmă mantaua, rocile fierbinți topite nu vor urca prin gaură și nu se vor revărsa pe fundul mării într-o erupție vulcanică. Deși rocile mantalei curg, ele o fac cu o viteză asemănătoare cu rata de creștere a unei unghii, spune Holly Given, geofizician la Scripps Institution of Oceanography din San Diego.

Mantaua este cea mai mare parte a acestei planete pe care o numim casă, dar oamenii de știință știu relativ puțin despre ea prin analiză directă. Stratul subțire de crustă pe care trăim reprezintă aproximativ un procent din volumul Pământului. Nucleul interior și exterior – mase solide și lichide care sunt în mare parte alcătuite din fier, nichel și alte elemente dense – ocupă doar 15 la sută din volumul planetei. Mantaua, care se află între nucleul exterior și crustă, reprezintă aproximativ 68 la sută din masa planetei și un enorm 85 la sută din volumul său.

Gândiți-vă la mantaua ca la o lampă de lavă de mărimea unei planete, în care materialul capătă căldură la granița nucleu-manta, devine mai puțin dens și se ridică în pene plutitoare până la marginea inferioară a crustei Pământului, apoi curge de-a lungul acelui plafon până când se răcește și se scufundă înapoi spre nucleu. Circulația în mantaua este excepțional de lâncedă: Conform unei estimări, o călătorie dus-întors de la crustă la nucleu și înapoi ar putea dura până la 2 miliarde de ani.

Obținerea unei bucăți imaculate de manta este importantă deoarece ar ajuta oamenii de știință planetari să stabilească mai bine materiile prime din care s-a format Pământul când sistemul nostru solar era tânăr. “Ar fi un adevăr de bază pentru a afla din ce este făcută lumea”, spune Given. Compoziția sa ar oferi, de asemenea, indicii despre modul în care Pământul s-a format inițial și cum a evoluat în globul cu mai multe straturi pe care îl locuim astăzi, spune ea.

Științii pot deduce multe despre mantaua, chiar și fără o mostră. Vitezele și traseele undelor seismice generate de cutremure care trec prin planetă oferă informații despre densitatea, vâscozitatea și caracteristicile generale ale mantalei, precum și despre modul în care aceste proprietăți variază de la un loc la altul. La fel și rata cu care scoarța terestră se ridică în sus după ce a fost îngreunată de straturi masive de gheață care s-au topit recent (în termeni geologici).

Măsurătorile câmpurilor magnetice și gravitaționale ale planetei noastre transmit și mai multe informații, restrângând tipurile de minerale care pot fi găsite în adâncuri, spune Walter Munk, oceanograf fizic la Scripps. Omul de știință, în prezent în vârstă de 98 de ani, a făcut parte dintr-un mic grup de cercetători care a avut pentru prima dată ideea de a fora în mantaua de la suprafață în 1957. Dar aceste metode indirecte îi pot spune unui om de știință doar atât de multe, notează el. “Nu există niciun substitut pentru a avea în mâinile tale o bucată din ceea ce vrei să analizezi”.

Cercetătorii au mostre de mantaua în mână, dar acestea nu sunt imaculate. Unele dintre ele sunt bucăți de rocă transportate la suprafața Pământului de vulcanii în erupție. Altele au fost împinse în sus de coliziunile de sfărâmare dintre plăcile tectonice. Cu toate acestea, altele au urcat pe fundul mării de-a lungul unor creste oceanice medii care se răspândesc lent, spun geologii Henry Dick și Chris MacLeod. Dick, de la Woods Hole Oceanographic Institution din Massachusetts, și MacLeod, de la Universitatea Cardiff din Țara Galilor, sunt co-lideri ai expediției de foraj de mare adâncime care tocmai se încheie în sud-vestul Oceanului Indian.

Toate mostrele actuale de mantaua au fost alterate de procesele care le-au adus la suprafața Pământului, expuse la atmosferă sau scufundate în apă de mare pentru perioade lungi de timp – posibil toate acestea. Acele eșantioane de mantaua expuse la aer și apă au pierdut probabil o parte din elementele chimice originale mai ușor de dizolvat.

De aici marea dorință de a obține o bucată de manta nepoluată, spune Dick. Odată disponibilă, oamenii de știință ar putea să analizeze compoziția chimică generală a unui eșantion, precum și mineralogia sa, să evalueze densitatea rocii și să determine cât de ușor conduce căldura și undele seismice. Rezultatele ar putea fi comparate cu valorile deduse din măsurătorile indirecte, validând sau contestând aceste tehnici.

Explorarea până la mantaua ar oferi, de asemenea, geologilor o privire asupra a ceea ce ei numesc discontinuitatea Mohorovičić, sau Moho, pe scurt. Deasupra acestei zone misterioase, numită după seismologul croat care a descoperit-o în 1909, undele seismice se deplasează cu aproximativ 4,3 mile pe secundă, o rată compatibilă cu acele unde care călătoresc prin bazalt, sau lavă răcită. Sub Moho, undele se deplasează cu o viteză de aproximativ 8 km pe secundă, similar cu viteza cu care se deplasează printr-un tip de rocă ionoasă săracă în siliciu, numită peridotit. Moho se află de obicei la o adâncime cuprinsă între 3 și 6 mile sub fundul oceanului și oriunde între 12 și 56 de mile sub continente.

Această zonă a fost mult timp considerată granița dintre crustă și mantale, unde materialul se răcește treptat și se lipește de crusta suprapusă. Dar unele studii de laborator sugerează că este posibil ca Moho să reprezinte zona în care apa care se infiltrează în jos din crusta suprapusă reacționează cu peridotitele mantalei pentru a crea un tip de mineral numit serpentină. Această posibilitate este interesantă, sugerează Dick și MacLeod. Reacțiile geochimice care generează serpentină produc, de asemenea, hidrogen, care poate reacționa apoi cu apa de mare pentru a produce metan, o sursă de energie pentru unele tipuri de bacterii. Sau, notează cercetătorii, Moho ar putea fi cu totul altceva complet necunoscut științei.

Cheia pentru a desluși secretele mantalei este de a găsi locul potrivit în care să se foreze. Materialul mantalei se ridică pe fundul oceanului la nivelul crestelor de la mijlocul oceanelor, unde plăcile tectonice se îndepărtează încet. Dar aceste mostre nu sunt suficiente. Trecerea prin câțiva kilometri de crustă sub fundul oceanului modifică considerabil materialul, ceea ce face ca proba de mantaua să nu fie reprezentativă pentru ceea ce se află în adâncul Pământului. Și forarea mai adâncă la una dintre aceste creste este, de asemenea, problematică, spune Dick. “La o creastă oceanică sau la flancurile sale imediate, crusta este prea fierbinte pentru a fora mai mult de unul sau doi kilometri.”

Așa că el și colegii săi forează într-un punct din sud-vestul Oceanului Indian numit Atlantis Bank, care se află la aproximativ 808 mile sud-est de Madagascar. Mulți factori fac din acest loc un loc excelent pentru ca expediția să foreze, spune Dick.

Pentru început, acest petic de fund de mare de mărimea Denver se află deasupra unei scoarțe oceanice vechi de aproximativ 11 milioane de ani, ceea ce îl face suficient de rece pentru a fora în el. Pe de altă parte, partea superioară a bancului este un platou de 9,7 mile pătrate care se află la mai puțin de 2.300 de metri de suprafața oceanului. Acest lucru face ca exploatarea fundului oceanului de acolo, spre deosebire de fundul oceanic aflat la o adâncime de 3,7 mile în apropiere, să fie un lucru simplu. Curenții oceanici puternici din zonă au împiedicat sedimentele să se acumuleze pe fundul mării, menținând crusta de acolo în mare parte expusă. Este, de asemenea, relativ subțire – un studiu seismic anterior al zonei a constatat că scoarța de acolo are o grosime de numai 1,6 mile.

În plus, scoarța oceanică de sub Atlantis Bank s-a format într-o secțiune a crestei de la mijlocul oceanului, unde straturile superioare ale crustei emergente s-au răspândit într-o direcție dinspre falie, în timp ce straturile inferioare s-au deplasat în cealaltă direcție. Oamenii de știință nu sunt încă siguri cum sau de ce s-a întâmplat acest lucru. Dar, datorită acestei așa-numite răspândiri asimetrice, care probabil are loc la o fracțiune substanțială a crestelor medio-oceniene din lume, Atlantis Bank nu este acoperit cu straturi fragile de crustă superioară care se pot sparge și cădea într-o gaură în timp ce aceasta este forată, spune Dick. Astfel de resturi pot deteriora burghiul de foraj sau îl pot face să se blocheze, precum și să îngreuneze evacuarea bucăților mai mici de rocă și noroi din gaură.

În ciuda beneficiilor forajului la Atlantis Bank, expediția a suferit eșecuri comune multor proiecte de foraj oceanic. Problemele legate de încărcarea navei au întârziat cu o zi plecarea echipei din Colombo, Sri Lanka. Odată ajunsă la fața locului, echipa a rupt un burghiu, dar înainte de a putea pescui bucățile din gaura lor, a trebuit să împacheteze și să ducă un membru al echipajului bolnav spre nord, spre Mauritius, pentru a se întâlni cu un elicopter de la țărm în vederea unei evacuări medicale. Nava, numită JOIDES Resolution, s-a întors după aproape o săptămână de absență și apoi a trebuit să petreacă câteva zile folosind un magnet puternic pentru a încerca să recupereze bucățile din burghiul lor rupt.

Nu au găsit niciodată acele bucăți lipsă. Dar, în timpul unui ultim efort, folosind un aspirator puternic pentru a încerca să le înghită, expediția a adus înapoi ceea ce ar putea fi cea mai mare bucată de scoarță oceanică cu cel mai mare diametru recuperată vreodată. Cilindrul de rocă întunecată, cu granulație grosieră, numită gabbro, are un diametru de 7 inci – de trei ori mai mare decât dimensiunea normală – și o lungime de 20 de inci.

Adâncimea țintă a echipei pentru această expediție a fost de 4.265 de picioare în scoarță, abia la jumătatea drumului spre manta. Din nefericire, la 22 ianuarie, forajul ajunsese doar la o adâncime de 2.330 de picioare sub fundul mării.

Până la data publicării acestui articol, operațiunile de foraj se vor încheia la Atlantis Bank-pentru această etapă a proiectului. O a doua etapă a misiunii, deja aprobată, ar urma, se speră, să finalizeze sarcina și să atingă mantaua. Dar acest lucru ar putea avea loc peste doi până la cinci ani. Concurența pentru timpul navei din partea altor echipe care doresc să foreze în alte părți ale lumii este acerbă, spune Dick.

Echipa științifică nu va pleca totuși cu mâinile goale din prima fază a acestui proiect, spune MacLeod. Recuperarea de eșantioane din întreaga scoarță terestră este, de asemenea, importantă. “Nu avem nicio idee despre care este compoziția masivă a crustei oceanice în niciun loc de pe glob”, spune Dick. Rocile din scoarța inferioară recuperate anterior din alte situri de foraj de mare adâncime nu au fost deloc asemănătoare cu ceea ce se așteptau cercetătorii, spune el.

Proiectul Atlantis Bank ar oferi o privire asupra compoziției chimice a scoarței inferioare. Iar un profil complet al întregului strat ar ajuta oamenii de știință să înțeleagă modul în care magmele sunt transformate chimic și fizic acolo – inclusiv modul în care rocile mantalei se cristalizează și se atașează de suprafața inferioară a crustei.

După ce cercetătorii vor obține în cele din urmă eșantionul de mantaua, alte echipe se vor putea alătura proiectului cu propriile experimente, spune MacLeod. “Expedițiile viitoare ar putea arunca instrumente în gaură pentru anii următori”. De exemplu, seismologii pot trimite senzori în gaura adâncă de câțiva kilometri și apoi să măsoare direct vitezele undelor seismice care pulsează prin scoarța terestră, mai degrabă decât să le deducă prin teste de laborator pe mostre mici de rocă. De asemenea, cercetătorii pot coborî un șir de senzori de temperatură în gaură pentru a măsura fluxul de căldură din interiorul planetei noastre.

Îndoielnic, mostrele de crustă oceanică și mantaua recuperate în cele din urmă din Atlantis Bank – precum și datele adunate din gaura lăsată în urmă – vor ține geologii și geofizicienii ocupați timp de zeci de ani. Dar răbdarea este o virtute, iar așteptarea timpului este ceea ce Dick, MacLeod și confrații lor geofizicieni au făcut timp de decenii.

Nota editorului: Acest articol a fost actualizat pentru a corecta atribuirea unui studiu seismic al Atlantis Bank.