Inżynierom ze statku wiertniczego JOIDES Resolution udało się wydobyć rekordowo długi rdzeń z płaszcza Ziemi. Ma on długość 1286 metrów i pochodzi z Grzbietu Śródatlantyckiego, gdzie płaszcz Ziemi znajduje się blisko powierzchni. Analiza rdzenia skalnego dostarczyła nowych informacji dotyczących ewolucji najbardziej zewnętrznych warstw naszej planety. Być może przyszłe badania pozwolą uzyskać też wskazówki dotyczące pochodzenia życia na naszej planecie.
Płaszcz ziemski stanowi około 70-80 proc. masy naszej planety. Znajduje się pod skorupą ziemską, na której żyjemy. Skorupa ta, w zależności od miejsca, ma grubość od kilku do kilkudziesięciu kilometrów. Badacze wyróżniają płaszcz górny oraz płaszcz dolny. Górny płaszcz, który znajduje się tuż pod skorupą, składa się głównie z bogatej w magnez skały zwanej perydotytem. To ta warstwa napędza ruchy płyt tektonicznych, które powodują trzęsienia Ziemi oraz aktywność wulkaniczną. Dolny płaszcz stanowi większą część masy płaszcza. Graniczy z jądrem planety, jednak warstwa ta jest słabo poznana.
W ubiegłym roku naukowcom udało się wwiercić w płaszcz Ziemi na głębokość 1286 metrów. Poprzednie próby kończyły się na głębokości zaledwie około 200 metrów. Dokonali tego z pokładu statku JOIDES Resolution. Odwiert został zlokalizowany na Grzbiecie Śródatlantyckim. - Do tej pory mieliśmy dostęp tylko do fragmentów płaszcza, ale jest wiele miejsc, w których płaszcz jest odsłonięty na dnie morskim - mówi Johan Lissenberg z Cardiff University w Wielkiej Brytanii.
Jednym z takich miejsc jest formacja geologiczna o nazwie Atlantis Massif. Znajduje się w pobliżu aktywnego wulkanicznie regionu Grzbietu Śródatlantyckiego i wznosi się na około 4267 metrów od dna morskiego. Aktywność tektoniczna wtłacza materiał płaszcza do skorupy, skąd można go stosunkowo łatwo pobrać. To właśnie bezpośrednia bliskość płaszcza Ziemi powoduje powstawanie wielu wulkanów na tym obszarze.
Gdy woda morska wsiąka głębiej w płaszcz i wchodzi w interakcje z materiałem skalnym, wysokie temperatury powodują powstawanie węglowodorów, takich jak metan, które wydostają się z powrotem przez kominy hydrotermalne i mogą być wykorzystywane przez różnorakie formy życia bytujące na dnie morskim. To proces przeobrażenie skał magmowych w minerały z grupy serpentynu i określany jest jako serpentynizacja.
Lissenberg wraz z kolegami początkowo zamierzał wwiercić się na głębokość około 200 metrów w płaszcz Ziemi. - Zaczęliśmy wiercić i wszystko przebiegało zadziwiająco dobrze. Wydobywaliśmy naprawdę długie odcinki skał i postanowiliśmy zagłębić się tak głęboko, jak to możliwe – mówi Andrew McCaig z University of Leeds w Wielkiej Brytanii, członek wyprawy badawczej. Ostatecznie zespołowi udało się wwiercić na głębokość 1268 metrów w płaszcz Ziemi.
Badaczom udało się odzyskać 71 procent próbki rdzenia. Próbka, podobnie jak sama formacja, składa się z perydotytu, gruboziarnistej skały magmowej składającej się niemal wyłącznie z oliwinu i piroksenu. Naukowcy dostrzegli, że rdzeń został przeobrażony i nawet najmniej zmieniony perydotyt był przekształcony w 40 proc. na całej długości próbki, co sugeruje, że penetracja wody morskiej sięga znacznie głębiej.
Jednak w pozostałej części próbki został zachowany pierwotny skład skał, co pozwoliło pozyskać nowe informacje o płaszczu Ziemi. Naukowcy odkryli, że rdzeń zawiera znacznie niższe poziomy piroksenu w porównaniu z innymi próbkami płaszcza zebranymi z całego świata. Sugeruje to, że ta konkretna część płaszcza uległa w przeszłości znacznemu stopieniu.
W przyszłości badacze mają nadzieję zrekonstruować ten proces, co może pomóc lepiej zrozumieć, w jaki sposób płaszcz się topi i w jaki sposób ta stopiona skała migruje na powierzchnię i zasila wulkany oceaniczne. Jak dotąd zespół odkrył, że zamiast przemieszczać się pionowo, topniejące materiały wydają się poruszać ukośnie w kierunku powierzchni.
Region, w którym wykonano odwiert, jest usiany kominami hydrotermalnymi. Są one produktem aktywności geologicznej Ziemi. Często można je spotkać miejscach aktywnych wulkanicznie, czy tam, gdzie ścierają się płyty tektoniczne. Kominy mogą osiągać wysokość dochodzącą do kilkunastu metrów i tryskają gorącą, bogatą w minerały wodą. Pomimo ekstremalnych temperatur panujących wokół kominów hydrotermalnych, naukowcy odkryli tam dobrze prosperujące łańcuchy pokarmowe wypełnione bakteriami chemosyntetyzującymi, ślimakami czy krabami, które czerpią energię z bogatej w składniki odżywcze wody wydobywającej się z kominów.
Niektórzy naukowcy uważają, że życie na Ziemi zaczęło się w głębinach oceanicznych właśnie w pobliżu kominów hydrotermalnych. Mikrobiolodzy badając substancje chemiczne znajdujące się w wydobytym rdzeniu mają nadzieję określić warunki, które mogły doprowadzić do powstania życia.
Jak wskazuje współautorka badania Marguerite Godard z University of Montpellier, bez światła lub materii organicznej, cała energia do życia pochodzi z reakcji chemicznych. Jednym z niewielu źródeł energii obecnych na dnie jest wodór, który powstaje jako produkt uboczny serpentynizacji. Mógł on być podstawowym źródłem energii najwcześniejszych mieszkańców Ziemi.
Badania ukazały się na łamach pisma „Science” (DOI: 10.1126/science.adp1058).
Źródło: Science, Nature, Science Alert, fot. Professor Johan Lissenberg
