Pada awal musim bunga tahun 1961, sekumpulan ahli geologi mula menggerudi lubang ke dasar laut di luar pantai Pasifik Baja California. Ekspedisi, yang pertama jika jenisnya, merupakan fasa permulaan sesuatu projek yang bertujuan untuk menumbuk melalui kerak bumi dan mencapai mantel yang mendasarinya. Sedikit sekali mereka tahu bahawa usaha mereka akan dibayangi ketika John F. Kennedy melancarkan perlumbaan ke bulan pada bulan Mei tahun itu.
Kandungan Terkait
- Bumi Dalam Terkenal Dengan Bentuk Eksotik Kehidupan
- Kami Akhirnya Tahu Berapa Banyak Dino-Membunuh Asteroid Membentuk Bumi
- Inilah Satu Sebab Sangat Baik untuk Mengebom Jauh Ke Kerosakan Aktif
- Ada Mungkin Menjadi Laut Besar Kedua Di Dalam Permukaan
Menjelang akhir tahun 1972, selepas menghabiskan berbilion ringgit dan melalui usaha kolektif beribu-ribu saintis dan jurutera, enam misi Apollo mendarat di bumi orbital sahabat dan membawa pulang lebih dari 841 paun batu bulan dan tanah.
Sementara itu, ahli geologi bumi yang bermimpi untuk mendapatkan sekilas kerja dalaman Bumi dibiarkan tanpa tangan dengan sisa-sisa pelbagai program berkat pemotongan anggaran.
Sejak tahun 1960-an, para penyelidik telah berusaha untuk mengebom ke dalam mantel Bumi tetapi belum bertemu dengan kejayaan. Beberapa usaha gagal kerana masalah teknikal; yang lain telah menjadi mangsa pelbagai macam nasib malang-termasuk, seperti ditemui selepas fakta, memilih tempat-tempat yang tidak sesuai untuk menggerudi. Walau bagaimanapun, usaha tersebut telah menunjukkan bahawa teknologi dan kepakaran untuk menggerudi ke mantel wujud. Dan kini fasa pertama percubaan paling baru untuk mencapai bahagian penting planet ini adalah membosankan melalui bahagian kerak laut tipis di Lautan India barat daya.
Jangan bimbang: Apabila ahli gerudi akhirnya menembus mantel, batu lebur panas tidak akan melesat lubang dan tumpah ke dasar laut dalam letusan gunung berapi. Walaupun batu mantel mengalir, mereka melakukannya pada kelajuan yang sama dengan kadar pertumbuhan kuku, kata Holly Given, seorang ahli geofizik di Scripps Institution of Oceanography di San Diego.
Mantel adalah bahagian terbesar dari planet ini yang kita panggil di rumah, namun saintis tahu sedikit tentangnya melalui analisa langsung. Venir kerak tipis yang kita hidup menghasilkan kira-kira satu peratus daripada jumlah Bumi. Jisim padat dan cecair teras dalaman dan luaran yang sebahagian besarnya terbuat dari besi, nikel dan unsur padat lain-hanya menduduki hanya 15 peratus daripada jumlah planet. Mantel, yang terletak di antara inti luar dan kerak, membentuk kira-kira 68 peratus daripada jisim planet dan 85 peratus kekalahan jumlahnya.
Fikirkan mantel itu sebagai lampu lava bersaiz planet di mana bahan memetik haba di sempadan teras-mantel, menjadi kurang padat dan naik dalam bumerang yang mengalir ke tepi bawah kerak bumi, dan kemudian mengalir di sepanjang siling itu sehingga ia menyejuk dan tenggelam kembali ke arah teras. Peredaran dalam mantel sangat tipis: Menurut satu anggaran, perjalanan dari kerak ke inti dan kembali lagi mungkin mengambil masa selama 2 bilion tahun.
Mendapatkan sebahagian besar mantel adalah penting kerana ia akan membantu para saintis planet mengenal pasti bahan mentah dari mana Bumi bertambah apabila sistem suria kita masih muda. "Ia akan menjadi kebenaran-kebenaran untuk apa yang dunia terbuat dari, " kata Given. Komposisinya juga akan memberi petunjuk mengenai bagaimana Bumi mula-mula dibentuk dan bagaimana ia berubah menjadi orb berbilang lapisan yang kita tinggal hari ini, katanya.
Para saintis dapat membuat kesimpulan tentang mantel, walaupun tanpa sampel. Kelajuan dan laluan gelombang seismik yang dijana oleh gempa yang melintasi planet ini memberi gambaran tentang ketumpatan, kelikatan dan ciri-ciri keseluruhan mantel, serta bagaimana ciri-ciri tersebut berubah dari satu tempat ke tempat. Begitu juga kadar kerak bumi yang tumbuh ke atas selepas ditimbang oleh lembaran ais yang baru-baru ini (dalam istilah geologi) cair.
Pengukuran medan magnet dan graviti planet kita memberikan lebih banyak maklumat, menyempitkan jenis mineral yang dapat ditemui di dalam, kata Walter Munk, seorang ahli oceanography fizikal di Scripps. Ahli sains, kini 98, adalah sebahagian daripada sekumpulan penyelidik yang mula-mula memimpikan gagasan pengeboran ke dalam mantel pada tahun 1957. Tetapi kaedah tidak langsung ini hanya dapat memberitahu seorang saintis sahaja, katanya. "Tidak ada pengganti apa yang anda mahu menganalisis di tangan anda."
Penyelidik mempunyai sampel mantel di tangan, tetapi mereka tidak murni. Ada di antara mereka adalah potongan batu yang dibawa ke permukaan Bumi dengan meletus gunung berapi. Lain-lain telah naik ke atas dengan melancarkan pelanggaran antara plat tektonik. Namun yang lain telah meningkat ke dasar laut di sepanjang rabung tengah laut yang menyebar lambat, kata ahli geologi Henry Dick dan Chris MacLeod. Dick, Institut Oseanografi Hutan Woods Hole di Massachusetts, dan MacLeod, dari Cardiff University di Wales, adalah pemimpin bersama ekspedisi dalam penggerudian yang kini dibungkus di Lautan India barat daya.
Semua sampel mantel semasa telah diubah oleh proses yang membawa mereka ke permukaan bumi, terdedah kepada atmosfera atau tenggelam dalam air laut untuk jangka masa yang panjang - mungkin semua di atas. Sampel mantel yang terdedah kepada udara dan air mungkin telah kehilangan beberapa elemen kimia asalnya yang lebih mudah dibubarkan.
Oleh itu, keinginan besar untuk mendapatkan sebahagian mantel yang tidak dibersihkan, kata Dick. Setelah tersedia, saintis dapat menganalisis komposisi kimia keseluruhan sampel serta mineralogi, menilai kepadatan batu dan menentukan betapa mudahnya melakukan gelombang panas dan seismik. Hasilnya boleh dibandingkan dengan nilai-nilai yang disimpulkan dari pengukuran tak langsung, mengesahkan atau membantah teknik tersebut.
Penggerudian sepanjang jalan ke mantel juga akan memberi ahli geologi melihat apa yang mereka panggil ketetapan Mohorovičić, atau Moho, untuk jangka pendek. Di atas zon misteri ini, dinamakan ahli seismologi Croatia yang menemuinya pada tahun 1909, gelombang seismik bergerak sekitar 4.3 batu sesaat, kadar yang konsisten dengan gelombang yang bergerak melalui basalt, atau lava yang disejukkan. Di bawah Moho, ombak mengalir di sepanjang sekitar 5 batu sesaat, sama seperti kadar yang mereka lalui melalui batu silika yang dipanggil silika yang dipanggil peridotit. Moho biasanya terletak antara 3 hingga 6 batu di bawah dasar laut dan di mana-mana di antara 12 hingga 56 batu di bawah benua.
Zon ini telah lama dianggap sebagai sempadan kerak-kerak, di mana bahan secara beransur-ansur menyejukkan dan melekat pada lapisan kerak. Tetapi beberapa kajian makmal mencadangkan bahawa Moho mewakili zon di mana air meresap dari lapisan kerak bereaksi dengan mantel peridotit untuk mencipta sejenis mineral yang dipanggil serpentin. Kemungkinan ini menarik, Dick dan MacLeod mencadangkan. Reaksi geokimia yang menghasilkan serpentin juga menghasilkan hidrogen, yang kemudian dapat bertindak balas dengan air laut untuk menghasilkan metana, sumber tenaga untuk beberapa jenis bakteria. Atau, para penyelidik menyatakan, Moho boleh menjadi sesuatu yang tidak diketahui sepenuhnya oleh sains.
Kunci untuk membuka kunci rahsia mantel adalah untuk mencari lokasi yang tepat untuk mengebor. Bahan mantle naik ke dasar laut di tengah-tengah laut, di mana plat tektonik perlahan-lahan dihancurkan. Tetapi sampel-sampel itu tidak akan dilakukan. Bekerja melalui beberapa batu kerak di bawah lantai lautan mengubah bahan itu dengan ketara, menjadikan sampel mantel tidak mewakili apa yang ada di dalam Bumi. Dan penggerudian yang lebih mendalam di salah satu kawasan ini juga bermasalah, kata Dick. "Di sebuah rabung laut atau di sekelilingnya, kerak terlalu panas untuk mengebor lebih dari satu atau dua kilometer."
Jadi dia dan rakan-rakannya menggerudi di tempat di Lautan India barat daya yang disebut Atlantis Bank, yang terletak kira-kira 808 km tenggara Madagascar. Banyak faktor membuat tempat ini tempat yang sangat baik untuk ekspedisi itu untuk menggerudi, kata Dick.
Ahli geologi struktural Carlotta Ferrando mengkaji beberapa teras untuk patah dan urat yang dapat memberitahu dia sama ada batu-batu itu telah cacat. (Bill Crawford, IODP JRSO) 
Biji-bijian mineral yang kecil dan cacat dalam sampel kerak yang lebih rendah ini, dihiris nipis dan diapit di antara bahan-bahan supaya ia memancarkan cahaya terpolarisasi, kronik bagaimana batu lebur sebahagiannya diremas dan diregangkan ketika naik ke dasar laut di Atlantis Bank. (Bill Crawford, Program Penemuan Laut Antarabangsa) 
Ahli geologi James Natland (kiri) dan ahli sains bersama ekspedisi Henry Dick (tengah) dan Chris MacLeod (kanan) melihat apa yang pasukan percaya sebagai teras terluas yang pernah pulih oleh program penggerudian lautan. (Benoit Ildefonse, IODP) Untuk satu, salutan lantai berukuran Denver ini duduk di atas kerangka lautan yang berusia kira-kira 11 juta tahun, menjadikannya cukup sejuk untuk dikebumikan. Untuk yang lain, bahagian atas bank adalah dataran 9.7-persegi-mil yang berada dalam jarak 2, 300 kaki permukaan laut. Ini menjadikannya mengetuk dasar lautan di sana, bertentangan dengan laut yang berdekatan dengan sejauh 3, 7 mil di dekatnya, yang tidak ada gunanya. Arus laut yang kuat di kawasan itu telah memelihara sedimen daripada menumpuk di dasar laut, memelihara kerak di sana. Ia juga agak nipis - tinjauan seismik sebelumnya di kawasan itu mendapati bahawa kerak hanya ada 1.6 batu tebal.
Selain itu, kerak lautan di bawah Atlantis Bank terbentuk di bahagian rabung tengah laut di mana lapisan atas kerak baru muncul merebak dari satu arah ke arah keretakan, manakala lapisan bawah bergerak ke arah yang lain. Para saintis masih belum pasti bagaimana atau mengapa ini berlaku. Tetapi, disebabkan oleh penyebaran yang tidak sekata ini, yang mungkin berlaku pada sebahagian besar rawa di laut di dunia, Atlantis Bank tidak berpakaian dengan lapisan rapuh kerak atas yang dapat menghancurkan dan jatuh ke dalam lubang seperti yang sedang digerudi, kata Dick. Serpihan itu boleh merosakkan sedikit gerudi atau menyebabkan ia merampas, dan juga menjadikannya sukar untuk mengepam batu dan lumpur yang lebih kecil dari lubang.
Walaupun manfaat penggerudian di Atlantis Bank, ekspedisi itu telah mengalami kemunduran yang biasa dengan banyak projek penggerudian laut. Isu dengan memuatkan kapal menangguhkan pemergian pasukan dari Colombo, Sri Lanka pada satu hari. Sekali di tapak, pasukan itu memecahkan sebatang gerudi, tetapi sebelum mereka dapat memotong kepingan keluar dari lubang mereka, mereka perlu membungkus dan mengambil seekor kru yang sakit ke arah utara ke Mauritius untuk bertemu dengan helikopter berasaskan pantai untuk pemindahan perubatan. Kapal, yang dinamakan Resolusi JOIDES, kembali selepas hampir seminggu dan kemudian terpaksa menghabiskan beberapa hari menggunakan magnet yang kuat untuk mencuba dan memulihkan kepingan bit gerudi mereka.
Mereka tidak pernah menemui mereka yang hilang. Tetapi semasa usaha terakhir menggunakan vakum yang kuat untuk mencuba dan membantingnya, ekspedisi itu membawa semula apa yang mungkin menjadi sebahagian besar kerangka kerangka laut yang pernah pulih. Silinder batu gelap yang kasar, yang disebut gabbro, adalah 7 inci di tiga kali ukuran normal-dan 20 inci panjang.
Kedalaman sasaran pasukan untuk ekspedisi ini adalah 4, 265 kaki ke dalam kerak, hampir separuh ke mantel. Malangnya, sehingga 22 Januari, penggerudian hanya mencapai kedalaman 2, 330 kaki di bawah dasar laut.
Pada masa artikel ini diterbitkan, operasi penggerudian akan dibalut di Atlantis Bank-untuk projek ini. Satu lagi misi yang telah diluluskan oleh misi itu diharapkan dapat menyelesaikan tugas itu dan memasuki mantel. Tetapi itu boleh menjadi dari mana dua hingga lima tahun dari sekarang. Pertandingan untuk masa kapal dari pasukan lain yang ingin mengebor di tempat lain di dunia adalah sengit, kata Dick.
Pasukan sains tidak akan menjauh dari fasa pertama projek ini tanpa tangan, kata MacLeod. Memulihkan sampel dari seluruh kerak bumi juga penting. "Kami tidak tahu apa komposisi kerak laut di mana-mana di dunia, " kata Dick. Batu-batu kerak yang lebih rendah yang sebelum ini pulih dari tapak penggerudian yang lain tidak seperti apa yang diharapkan oleh penyelidik, katanya.
Projek Atlantis Bank akan melihat komposisi kimia kerak bawah. Dan profil yang lengkap melalui seluruh lapisan akan membantu saintis memahami bagaimana magmas secara kimia dan fizikal berubah di sana-termasuk bagaimana batu permata mengkristal dan menjadi melekat pada permukaan bawah kerak.
Sekali para penyelidik akhirnya mendapatkan sampel mantle mereka, pasukan lain boleh memancing semula projek dengan eksperimen mereka sendiri, kata MacLeod. "Ekspedisi masa depan mungkin menjatuhkan instrumen ke lubang untuk tahun yang akan datang." Sebagai contoh, ahli seismologi boleh menghantar sensor turun ke dalam lubang jauh-jauh dan kemudian secara langsung mengukur halaju gelombang seismik yang mengalir melalui kerak Bumi, bukannya menyimpulkannya melalui makmal ujian pada sampel kecil batu. Penyelidik juga boleh mengurangkan rentetan sensor suhu ke dalam lubang untuk mengukur aliran haba dari pedalaman planet kita.
Tidak dinafikan, sampel kerak dan mantel laut akhirnya diambil dari Atlantis Bank-serta data yang dikumpulkan dari lubang yang ditinggalkan-akan memelihara ahli geologi dan ahli geofisika yang sibuk selama beberapa dekad. Tetapi kesabaran adalah satu kebaikan, dan membentangkan masa mereka adalah apa yang Dick, MacLeod dan saudara-saudara geofizik mereka lakukan selama beberapa dekad.
Nota Editor: Artikel ini telah dikemaskinikan untuk membetulkan penyesuaian kaji selidik seismik Atlantis Bank.
