Ученые совершат путешествие к мантии Земли

Если проект, предполагающий бурение аж до земной мантии, получит одобрение, он станет одним из самых выдающихся достижений науки, сопоставимое с полётом на Луну, пишет NewScientist. Полученные данные могут полностью изменить представления об эволюции и строении Земли.

В 1909 году хорватский метеоролог Андрий Мохоровичич обнаружил, что сейсмические волны, вызванные землетрясениями, распространяются значительно быстрее в слоях, расположенных ниже 30 километров, что говорит об ином составе и иных физических свойствах пород на такой глубине. Рубеж получил имя первооткрывателя и с тех пор считается верхней границей мантии.

Теперь геологам известно, что верхняя часть мантии залегает в 30–60 километрах под поверхностью, а на некоторых участках морского дна — всего в 5 километрах. Процессы, происходящие там, двигают литосферные платформы, развязывают землетрясения и создают вулканы.

До сих пор никому ещё не удавалось пройти более трети пути к мантии. Рекорд удерживает 1507-метровая скважина на побережье Коста-Рики. Это не самая глубокая дыра, но именно в этом месте учёные оказались к мантии ближе всего: толщина коры там составляет всего 5,5 километра.

Новый проект, получивший название Mohole to Mantle, имеет чёткое научное обоснование. Хотя на мантию приходится 68% массы Земли, о ней до сих пор известно очень мало. В случае, если в руки учёных попадут ее образцы, можно будет выяснить, как планета разделилась на ядро, мантию и кору и когда началась тектоника плит. Состав верхней мантии показал бы, как вода, углекислый газ и энергия передаются в кору и как они влияют на глобальные геохимические циклы.

Кроме того, в мантии можно найти жизнь. Высокое давление на больших глубинах не проблема для многих экстремофилов. Лабораторные испытания показали, что микробы способны переносить тысячу атмосфер. Бактерии были обнаружены и в Марианской впадине, под 11-километровой толщей воды. Кроме того, давление в чрезвычайно горячей среде даже полезно, поскольку не позволяет воде кипеть.

Таким образом, решающим фактором может быть температура. Чуть ниже границы Мохоровичича она достигает, по некоторым оценкам, 120 ˚С. «Это соблазнительно близко к верхнему пределу известных форм жизни — 122˚», — отмечает Джон Паркс из Кардиффского университета (Великобритания).

Образцы мантии также позволят прояснить роль микробной жизни в эволюции планеты. Известно, что жизнь способна углубляться в кору, а её продукты (например, аммоний) могут просачиваться ещё ниже. По сути, весь азот в мантии произошёл от аммония, выработанного органикой. Это повышает вероятность того, что жизнь на заре земной истории изменила состав мантии и что образцы, позволяющие изучить тот период, всё ещё находятся там.

Для бурения шестикилометровой скважины в Тихом океане потребуется весьма необычный бур. Новый сверхтвёрдый материал должен будет выдерживать давление в 2 кбар и температуру до 250 ˚C.

В 2011 году фирма Blade Energy выпустила доклад, говорящий о том, что проект технически осуществим. «Обычно бывает наоборот, — говорит участник коллаборации Деймон Тигл из Национального океанографического центра Великобритании. — Инженер что-то изобретает и затем интересуется, пригодится ли это учёным. А в последнее время наука бежит впереди технологий».

Ещё одна проблема — финансирование. Одна только работа судна «Тикю» обойдётся в 1 миллиард долларов. Правительство Японии уже взяло на себя большую часть расходов, ведь проект в конечном итоге может помочь в прогнозировании землетрясений. Другие страны тоже выражают заинтересованность в проекте.

Если все финансовые вопросы будут решены в следующем году, учёные надеются добраться до мантии в течение десятилетия. Для этого они выберут одну из трех площадок в Тихом океане, расположенных относительно близко к срединно-океаническим хребтам, где формируется новая кора. Поднятие магмы приводит к повышению морского дна, поэтому там относительно мелко. Кроме того, породы там сравнительно холодные, а кора довольно однородна, что также облегчает задачу.