Tidigt på våren 1961 började en grupp geologer att borra ett hål i havsbotten utanför Stillahavskusten i Baja California. Expeditionen, den första i sitt slag, var den inledande fasen i ett projekt som syftade till att slå igenom jordskorpan och nå den underliggande manteln. De visste inte att deras ansträngningar snart skulle komma att överskuggas när John F. Kennedy inledde kapplöpningen till månen i maj samma år.

I slutet av 1972 hade sex Apollo-uppdrag, efter att ha kostat miljarder dollar och med hjälp av tusentals vetenskapsmän och ingenjörer, landat på jordens bana och tagit med sig mer än 841 pund månstenar och jord hem.

Under tiden lämnades de jordbundna geologer som drömde om att få en glimt av jordens inre med tomma händer med resterna av olika program tack vare budgetnedskärningar.

Sedan 1960-talet har forskarna försökt borra sig in i jordens mantel, men har ännu inte lyckats. Vissa försök misslyckades på grund av tekniska problem, andra har fallit offer för olika typer av otur – inklusive, vilket upptäcktes i efterhand, att man valt olämpliga platser att borra på. Dessa försök har dock visat att det finns teknik och expertis för att borra till manteln. Och nu borrar sig den första fasen av det senaste försöket att nå denna viktiga del av vår planet genom en tunn sektion av havsskorpan i sydvästra Indiska oceanen.

Oroa dig inte: När borrarna så småningom tränger in i manteln kommer varm smält sten inte att strömma upp genom hålet och rinna ut på havsbottnen i ett vulkanutbrott. Även om berg i manteln flödar, sker det med en hastighet som kan jämföras med tillväxten av en fingernagel, säger Holly Given, geofysiker vid Scripps Institution of Oceanography i San Diego.

Manteln är den största delen av den här planeten som vi kallar vårt hem, men ändå vet forskarna relativt lite om den genom direkta analyser. Den tunna skorpa som vi lever på utgör ungefär en procent av jordens volym. Den inre och yttre kärnan – fasta och flytande massor som till stor del består av järn, nickel och andra täta grundämnen – upptar endast 15 procent av planetens volym. Manteln, som ligger mellan den yttre kärnan och skorpan, utgör uppskattningsvis 68 procent av planetens massa och hela 85 procent av dess volym.

Tänk på manteln som en lavalampa i planetstorlek där material tar upp värme vid gränsen mellan kärnan och manteln, blir mindre tätt och stiger upp i flytplymor till den nedre kanten av jordskorpan, och flyter sedan längs det taket tills det svalnar och sjunker tillbaka mot kärnan. Cirkulationen i manteln är exceptionellt långsam: Enligt en uppskattning kan en rundresa från jordskorpan till kärnan och tillbaka igen ta så lång tid som 2 miljarder år.

Det är viktigt att få tag på en orörd bit av manteln, eftersom det skulle hjälpa planetforskare att bättre fastställa de råmaterial som jorden bildades av när vårt solsystem var ungt. “Det skulle vara en sanning om vad världen är gjord av”, säger Given. Dess sammansättning skulle också ge ledtrådar om hur jorden ursprungligen bildades och hur den utvecklades till det flerskiktade klot som vi bebor idag, säger hon.

Vetenskapsmännen kan dra många slutsatser om manteln, även utan ett prov. Hastigheterna och banorna för jordbävningsgenererade seismiska vågor som passerar genom planeten ger en inblick i mantelns densitet, viskositet och övergripande egenskaper, samt hur dessa egenskaper varierar från plats till plats. Detsamma gäller hastigheten med vilken jordskorpan fjädrar uppåt efter att ha tyngts ned av massiva istäcken som nyligen (i geologiska termer) har smält.

Mätningar av vår planets magnet- och gravitationsfält ger ännu mer information, vilket gör det möjligt att begränsa de typer av mineraler som kan hittas på djupet, säger Walter Munk, en fysisk oceanograf vid Scripps. Forskaren, som nu är 98 år gammal, ingick i en liten grupp forskare som först drömde om att borra i manteln 1957. Men dessa indirekta metoder kan bara berätta så mycket för en forskare, konstaterar han. “Det finns ingen ersättning för att ha en bit av det man vill analysera i sina händer.”

Forskarna har prover av manteln i handen, men de är inte orörda. En del av dem är stenbitar som bärs upp till jordytan av vulkaner i utbrott. Andra har lyfts upp genom smulaktiga kollisioner mellan tektoniska plattor. Ytterligare andra har stigit upp till havsbotten längs långsamt utbredda mellanoceana åsar, säger geologerna Henry Dick och Chris MacLeod. Dick, från Woods Hole Oceanographic Institution i Massachusetts, och MacLeod, från Cardiff University i Wales, är medledare för den djupborrningsexpedition som just nu avslutas i sydvästra Indiska oceanen.

Alla de nuvarande mantelproverna har förändrats av de processer som förde dem upp till jordens yta, utsatts för atmosfären eller legat i havsvatten under längre tidsperioder – möjligen allt det ovanstående. De mantelprover som utsatts för luft och vatten har förmodligen förlorat en del av sina lättare upplösta ursprungliga kemiska grundämnen.

Därav den stora önskan att få tag på en obefläckad bit av manteln, säger Dick. När den väl är tillgänglig skulle forskarna kunna analysera provets övergripande kemiska sammansättning samt dess mineralogi, bedöma stenens densitet och avgöra hur lätt den leder värme och seismiska vågor. Resultaten skulle kunna jämföras med de värden som härleds från indirekta mätningar, vilket skulle bekräfta eller ifrågasätta dessa tekniker.

Borrning hela vägen till manteln skulle också ge geologerna en titt på vad de kallar Mohorovičić-diskontinuiteten, eller Moho, förkortat. Ovanför denna mystiska zon, uppkallad efter den kroatiska seismolog som upptäckte den 1909, färdas seismiska vågor i en hastighet av cirka 4,3 miles per sekund, en hastighet som stämmer överens med att dessa vågor färdas genom basalt, eller svalnad lava. Under Moho river vågorna fram i en hastighet av cirka 8 km/sekund, vilket liknar den hastighet med vilken de rör sig genom en kiselfattig typ av magmatisk bergart som kallas peridottit. Moho ligger vanligtvis mellan 3 och 6 mil under havsbotten och någonstans mellan 12 och 56 mil under kontinenterna.

Denna zon har länge betraktats som gränsen mellan jordskorpan och manteln, där material gradvis svalnar och fastnar på den överliggande jordskorpan. Men vissa laboratoriestudier tyder på att det är möjligt att Moho representerar den zon där vatten som sipprar ner från den överliggande skorpan reagerar med mantelperidotiter för att skapa en typ av mineral som kallas serpentin. Denna möjlighet är spännande, menar Dick och MacLeod. De geokemiska reaktioner som skapar serpentin producerar också väte, som sedan kan reagera med havsvatten för att producera metan, en energikälla för vissa typer av bakterier. Eller, konstaterar forskarna, Moho kan vara något annat helt okänt för vetenskapen.

Nyckeln till att avslöja mantelns hemligheter är att hitta rätt plats att borra på. Mantelmaterial stiger upp till havsbottnen vid medelhavsryggar, där tektoniska plattor långsamt skjuts isär. Men dessa prover räcker inte till. Om man arbetar genom några kilometer skorpa under havsbotten förändras materialet avsevärt, vilket gör att mantelprovet inte är representativt för vad som finns djupt inne i jorden. Att borra djupare vid en av dessa åsar är också problematiskt, säger Dick. “Vid en havsrygg eller dess omedelbara flanker är skorpan för varm för att borra mer än en eller två kilometer.”

Så han och hans kollegor borrar vid en plats i sydvästra Indiska oceanen som kallas Atlantis Bank, som ligger cirka 808 mil sydost om Madagaskar. Många faktorer gör denna plats till en utmärkt plats för expeditionen att borra på, säger Dick.

För det första ligger denna Denver-stora fläck av havsbotten ovanpå en havsskorpa som är cirka 11 miljoner år gammal, vilket gör den tillräckligt sval för att kunna borras. För det andra är toppen av banken en 9,7 kvadratkilometer stor platå som ligger inom 2 300 fot från havsytan. Det gör att det är lätt att tappa på havsbotten där, i motsats till den 3,7 mil djupa havsbotten som ligger i närheten. Starka havsströmmar i området har hindrat sediment från att samlas på havsbotten, vilket har gjort att jordskorpan i stort sett är exponerad. Den är också relativt tunn – en tidigare seismisk undersökning av området visade att skorpan där bara är 1,6 mil tjock.

Och dessutom bildades havsskorpan under Atlantis Bank vid ett avsnitt av den mellanoceana ryggen där de övre lagren av den begynnande skorpan spred sig i den ena riktningen från sprickan, medan de nedre lagren rörde sig i den andra riktningen. Forskarna är ännu inte säkra på hur eller varför detta hände. Men tack vare denna så kallade asymmetriska spridning, som troligen sker vid en betydande del av världens mellanoceana ryggar, är Atlantis Bank inte täckt av spröda lager av den övre skorpan som kan splittras och falla ner i ett hål när det borras, säger Dick. Sådant skräp kan skada borrkronan eller orsaka att den fastnar, och det kan också göra det svårt att spola ut mindre bitar av sten och lera ur hålet.

Trots fördelarna med att borra vid Atlantis Bank har expeditionen drabbats av de motgångar som är vanliga för många havsborrningsprojekt. Problem med att lasta fartyget försenade teamets avresa från Colombo, Sri Lanka med en dag. När laget väl var på plats gick en borrkrona sönder, men innan de kunde fiska upp bitarna ur hålet var de tvungna att packa ihop och ta med sig en sjuk besättningsmedlem norrut mot Mauritius för att möta en landbaserad helikopter för medicinsk evakuering. Fartyget, som hette JOIDES Resolution, återvände efter nästan en veckas resa och fick då tillbringa ett par dagar med att använda en stark magnet för att försöka återfinna bitarna från deras trasiga borrkrona.

De hittade aldrig de saknade bitarna. Men under en sista ansträngning med hjälp av ett starkt vakuum för att försöka få upp dem, tog expeditionen med sig vad som kan vara den största bit av havsskorpan med diameter som någonsin har återfunnits. Cylindern av mörk, grovkornig sten, kallad gabbro, är 7 tum i diameter – tre gånger den normala storleken – och 20 tum lång.

Lagets måldjup för den här expeditionen var 4 265 fot in i jordskorpan, knappt halvvägs till manteln. Tyvärr hade borrningen den 22 januari bara nått ett djup på 2 330 fot under havsbotten.

När denna artikel publiceras kommer borrningarna att avslutas vid Atlantis Bank för denna del av projektet. En andra, redan godkänd del av uppdraget skulle förhoppningsvis slutföra uppgiften och ta sig in i manteln. Men det kan dröja mellan två och fem år. Konkurrensen om fartygstid från andra team som vill borra på andra platser i världen är hård, säger Dick.

Det vetenskapliga teamet kommer dock inte att gå tomhänt från den första fasen av detta projekt, säger MacLeod. Det är också viktigt att samla in prover från hela jordskorpan. “Vi har ingen aning om hur sammansättningen av havsskorpan i stort sett ser ut på någon plats på jordklotet”, säger Dick. Stenar från den nedre jordskorpan som tidigare återvunnits från andra djupborrningsplatser har inte alls varit lika bra som forskarna förväntade sig, säger han.

Atlantis Bank-projektet skulle ge en titt på den kemiska sammansättningen av den nedre jordskorpan. Och en fullständig profil genom hela skiktet skulle hjälpa forskarna att förstå hur magma omvandlas kemiskt och fysiskt där – inklusive hur mantelstenar kristalliseras och fästs vid skorpans nedre yta.

När forskarna så småningom får sitt mantelprov, kan andra grupper dra nytta av projektet med egna experiment, säger MacLeod. “Framtida expeditioner kan komma att släppa ner instrument i hålet i flera år framöver.” Seismologer kan till exempel skicka ner sensorer i det kilometerdjupa hålet och sedan direkt mäta hastigheten hos de seismiska vågor som pulserar genom jordskorpan, i stället för att dra slutsatser om dem via laboratorietester på små stenprover. Forskarna kan också sänka ner en rad temperatursensorer i hålet för att mäta värmeflödet från vår planets inre.

De prover av havsskorpan och manteln som så småningom hämtas från Atlantis Bank – liksom de data som samlas in från hålet som lämnas kvar – kommer utan tvekan att sysselsätta geologer och geofysiker i årtionden framöver. Men tålamod är en dygd, och att vänta på sin tid är vad Dick, MacLeod och deras geofysiska bröder har gjort i årtionden.

Redaktörens anmärkning: Denna artikel har uppdaterats för att korrigera tilldelningen av en seismisk undersökning av Atlantis Bank.