science >> Wetenschap >  >> Natuur

Kun je een gat graven tot aan de aardmantel?

De cast van de film "Journey To The Center Of The Earth" uit 1959, " kijkt omhoog in een grot. Wat zullen wetenschappers vinden als ze de echte reis maken? 20th Century-Fox/Getty Images

Als je familie je meenam op vakantie naar de kust toen je een klein kind was, je herinnert je waarschijnlijk het opwindende gevoel van het graven in het natte zand met een plastic schop. Naarmate het gat groter en dieper werd, je vroeg je natuurlijk af wat er zou gebeuren als je maar bleef graven en graven. Hoe diep zou je kunnen gaan? Zou je ooit echt ergens in China uit de grond komen, zoals je grote zus of broer je probeerde te laten geloven? Helaas, je hoeft er nooit achter te komen, want net toen je enige echte vooruitgang begon te boeken, het was tijd om de parasol in te pakken, en ga een ijsje halen en maak een ritje van 10 cent op de mechanische pony op de promenade. Maar nog steeds, ergens in je achterhoofd, je bleef je afvragen wat er zou gebeuren als iemand een echt, echt diep gat.

We zullen, je hoeft je misschien niet meer af te vragen, als een internationaal team van wetenschappers die zichzelf het 2012 MoHole To the Mantle-project noemen, in hun zoektocht slagen. Ze rekenen op internationale steun voor een inspanning van $ 1 miljard waarbij een Japans diepzeeboorschip, de Chikyu, zou ingraven in de bodem van de Stille Oceaan om dieper te graven dan ooit tevoren. Het plan is om dwars door de aardkorst te gaan, de rotsachtige toplaag van de planeet, die 18 tot 37 mijl (30 tot 60 kilometer) dik is op het land, maar slechts 5 kilometer dik op de dunste plekken op de oceaanbodem [bron:Osman]. Als de boorinstallatie van de Chikyu door een overgangsgrens, de Moho, breekt, het zou de aardmantel bereiken, de mysterieuze 1, 740 mijl (2, 900 kilometer) dikke laag tussen de aardkorst en de hete, gesmolten kern [bronnen:USGS, WetenschapDagelijks].

In tegenstelling tot je kinderfantasie, de wetenschappers hebben geen ambities om een ​​tunnel door de hele planeet te boren. Dat kan waarschijnlijk niet eens, omdat de enorme hitte en druk in de aarde het onmogelijk zou maken om door zo'n doorgang te kruipen, zelfs als het op de een of andere manier niet instortte. Maar net de mantel bereikend, een laag waarvan we relatief weinig weten, en het ophalen van een monster zou een wetenschappelijke prestatie zijn van zo'n omvang dat sommigen het de geologische versie van de maanlanding hebben genoemd. In dit artikel, we zullen uitleggen hoe moeilijk het is om zo'n diep gat te graven, en wat we ermee kunnen winnen.

Inhoud
  1. Wat is de aardmantel?
  2. Hoe moeilijk is het om zo diep te graven?
  3. Wat zullen we leren van het graven tot aan de mantel?

Wat is de aardmantel?

Een afbeelding van de aardkorst, mantel en kern. Hemera/Thinkstock

Het is verbazingwekkend om te bedenken dat we misschien $ 1 miljard uitgeven om door de Moho te boren, als je bedenkt dat een eeuw of zo geleden, we wisten niet eens dat die grens bestond. 1909, Andrija Mohorovičić, een Kroatische onderzoeker, ontdekte dat ongeveer 20 mijl (50 kilometer) binnen de aarde, de golven veroorzaakt door aardbevingen reisden sneller dan ze dichter bij het oppervlak doen. Terwijl wetenschappers al een vaag idee hadden dat de aarde lagen had, Het werk van Mohorovičić suggereerde dat er een duidelijke grens was tussen de korst en een laag eronder met verschillende samenstelling en fysieke eigenschappen. Ter ere van hem, we noemen die grens nu de Moho [bron:Osman].

Vanaf dat moment, wetenschappers zijn erin geslaagd iets meer te leren over de mantel, de laag die onder de Moho ligt, wat neerkomt op 83 procent van het volume van de aarde en 67 procent van zijn massa Encyclopaedia Britannica. De gemakkelijkste manier om dit te begrijpen, is door de aarde te zien als een chocolade-eclair. De dikke buitenlaag van geglazuurde chocolade en gebakken deeg is stevig maar elastisch. Dat is de korst. Daaronder, Hoewel, er is veel stroperig, vette dingen. Natuurlijk, dat is een beperkte analogie, omdat de aarde niet gevuld is met room. In plaats daarvan, de mantel is gemaakt van gesmolten, vloeibaar gesteente genaamd magma . Een deel van dat magma wordt uitgestoten door vulkanen, dus we weten dat in het bovenste deel van de mantel - dat wil zeggen, de top 620 of zo mijl (1, 000 kilometer) — het lijkt voornamelijk te bestaan ​​uit oxiden van silicium, magnesium en ijzer, met kleinere hoeveelheden aluminiumoxide, calciumoxide en alkaliën in de mix gegooid [bron:Encyclopedia Britannica].

Dat gezegd hebbende, onze kennis van de mantel is vrij beperkt. Wetenschappers kunnen niet naar beneden gaan om ernaar te kijken, en er is nog nooit een zuiver monster rechtstreeks uit de diepte genomen om te analyseren. Dat is wat het MoHole to the Mantle-project van 2012 hoopt te bereiken.

Hoe moeilijk is het om zo diep te graven?

Het gaat behoorlijk zwaar worden. We weten dit omdat wetenschappers het al een keer eerder hebben geprobeerd. In het begin van de jaren zestig, ze boorden vijf gaten in de oceaanbodem bij Guadalupe Island in de oostelijke Stille Oceaan op een diepte van 11, 700 voet (3, 566 meter). Het diepste gat drong slechts 183 meter door in de korst, net voorbij het sediment aan de oppervlakte in een onderlaag van hard gesteente. Helaas, ze kwamen niet veel verder. Sommige leden van het Amerikaanse congres dachten dat het niet de kosten waard was om naar de grond te graven, en in 1966, ze hebben het project geannuleerd [bron:National Academies].

Bijna een halve eeuw later, wetenschappers hopen dat de VS, Japan en andere landen zullen hun middelen bundelen om de kosten te dekken. Maar de fysieke uitdagingen van het boren naar de mantel blijven behoorlijk ontmoedigend. Zelfs als wetenschappers het dunst mogelijke deel van de korst op de oceaanbodem vinden, dat betekent nog steeds boren door minstens enkele kilometers vast gesteente. Om het moeilijker te maken, terwijl ze dieper in de aarde boren, ze zullen extreme temperaturen tegenkomen, mogelijk meer dan 1, 000 graden Fahrenheit (538 graden Celsius), en fantastische hoeveelheden druk - wel 4 miljoen pond per vierkante voet in de buurt van de mantel. Met die verpletterende kracht die de apparatuur samenknijpt, het wordt een uitdaging om het draaiende te houden, laat staan ​​om materiaal dat wordt opgegraven terug naar de oppervlakte te duwen, zodat wetenschappers de monsters kunnen krijgen die ze willen [bron:Yirka].

Aan de positieve kant, Hoewel, in de afgelopen 50 jaar, dankzij diepwaterboringen door de olie-industrie, boortechnologie is aanzienlijk gevorderd. We hebben verbeterde boren, gereedschappen en instrumenten die veel beter bestand zijn tegen hitte en druk. En dankzij GPS en andere ontwikkelingen, het is veel gemakkelijker om een ​​boorschip op precies dezelfde plek in diep water te houden. Onderzoekers weten nu ook meer over de oceaankorst en hoe deze wordt gevormd, en over de verschillen tussen de korst en de mantel, volgens Damon Teagle van het National Oceanography Centre in Southampton, Engeland, een van de leiders in het project. "We hebben een veel beter begrip van wat we proberen te doen, " legde hij uit in een interview uit 2011 [bron:Cooper].

Als de wetenschappers geen onvoorziene snafus tegenkomen - wat een grote als, natuurlijk - het kan tussen de 18 maanden en twee jaar duren om door de aardmantel te boren. Ze hopen in 2013 of het volgende jaar te beginnen en het project voor het einde van het decennium af te ronden [bron:Cooper].

Wat zullen we leren van het graven tot aan de mantel?

Hopelijk, heel veel. Zoals we eerder hebben uitgelegd, kennis over de aardmantel is vrij beperkt, omdat we daar niet heen kunnen, en we hebben er nog nooit een zuiver voorbeeld van gehad. In plaats daarvan, wetenschappers hebben geprobeerd dit te achterhalen door seismische golven te bestuderen en het gesmolten gesteente te onderzoeken dat uit vulkanen stroomt. Ze hebben ook geprobeerd aanwijzingen te verzamelen over de samenstelling van de mantel door meteorieten te bestuderen, die zijn gesmeed uit hetzelfde ruimtepuin als onze planeet [bron:Osman].

Maar al die bronnen laten veel vragen onbeantwoord. Als wetenschappers uiteindelijk een deel van de mantel krijgen om te bestuderen, ze staan ​​​​om nieuwe inzichten te verwerven over hoe de aarde miljarden jaren geleden werd gevormd, hoe het zich ontwikkelde tot de kern, mantel en korst, en hoe platentektoniek begon. Als ze meer kunnen leren over de precieze mix van chemicaliën en isotopen in de mantel, ze kunnen een beter beeld krijgen van hoe de mantel chemicaliën naar het oppervlak overbrengt [bron:Osman].

Belangrijker, ze kunnen precies leren hoe beweging van het vloeibare gesteente van de mantel de aardkorst beïnvloedt, in het bijzonder hoe de tektonische platen tegen elkaar duwen en trekken [bron:Cooper] Meer weten over de mantel en hoe deze interageert met de korst, kan ons op een dag zelfs helpen om gebeurtenissen zoals aardbevingen en vulkaanuitbarstingen te voorspellen [bron:Matsu'ura] .

Maar een van de meest verleidelijke mogelijkheden is dat wetenschappers het leven diep in de aarde zouden kunnen vinden. We hebben het niet over de monsters die Jules Verne zich voorstelde in "Reis naar het middelpunt van de aarde, "maar eerder klein, primitieve organismen genaamd extremofielen , die zijn geëvolueerd om extreme drukken en hoge temperaturen te weerstaan ​​(zoals de microscopische "wormen uit de hel" die op de bodem van een Zuid-Afrikaanse goudmijn worden gevonden). Wetenschappers hebben dergelijke organismen al in de diepste oceaanbodem gevonden. Als ze nog dieper in de aarde kunnen bestaan, wetenschappers speculeren dat dergelijke organismen unieke enzymen of andere kenmerken kunnen bevatten die onderzoekers zouden kunnen gebruiken bij de ontwikkeling van biotechnologie. Nog belangrijker, ze kunnen ons helpen de fysiologische grenzen van het leven te begrijpen [bron:Osman].

Veel meer informatie

Notitie van de Auteur:Kun je een gat graven tot aan de aardmantel?

Als kind in de jaren 60 Ik hield van stripboeken lezen, en een van mijn favorieten was de Classics Illustrated-versie van Jules Verne's roman 'Reis naar het middelpunt van de aarde'. Ik was vooral gefascineerd door de omslagillustratie, waarin de personages drijven in de onderaardse zeegang die Verne zich voorstelde en worden aangevallen door prehistorische zeemonsters. De levendigheid van dat beeld droeg een paar jaar later bij aan mijn teleurstelling, toen ik op de basisschool leerde dat de aarde gevuld was met gesmolten gesteente, die aanzienlijk minder interessant leek.

gerelateerde artikelen

  • Hoe vulkanen werken
  • Wat zou er gebeuren als ik een tunnel door het centrum van de aarde zou boren en erin zou springen?
  • 10 ongelooflijke gaten
  • Zullen we ooit zonder magma komen te zitten?
  • 10 gedenkwaardige meteoorcrashes

bronnen

  • Amerikaans natuurhistorisch museum. "Ultra-hogedruk-experimentalist die de diepe aarde bestudeert." Amnh.org. Niet gedateerd. (4 nov. 2012) http://www.amnh.org/explore/resource-collections/earth-inside-and-out/ultra-high-pressure-experimentalist
  • Encyclopedie Britannica. "Chemisch element - de aardmantel." Britannica.com. Niet gedateerd. (5 november, 2012) http://www.britannica.com/EBchecked/topic/108636/chemical-element/81230/The-Earths-core#toc81231
  • Kuiper, Karel. "Reis gepland naar het middelpunt van de aarde." CBSnieuws.com. 28 maart 2011. (2 nov., 2012) http://www.cbsnews.com/8301-501465_162-20047788-501465.html
  • plat, Ira. "Het boren naar de mantel van de aarde." Npr.org. 25 maart, 2011. (2 nov., 2012) http://www.npr.org/2011/03/25/134855888/Drilling-To-The-Mantle-Of-The-Earth
  • Jackson, jan. "De aardmantel:compositie, Structuur en evolutie." Cambridge University Press. 1998. (5 november, 2012) http://books.google.com/books?id=RlixwcPYF2AC&printsec=frontcover&dq=%22earth's+mantle%22&hl=en&sa=X&ei=V9WXUKKeB8m10AHdvYDwCA&ved=0CC8Q6AEwAA
  • Kaufman, Marc. "Space Odyssey:wetenschappers gaan tot het uiterste om de geheimen van buitenaards leven te definiëren." Washington Post. 27 februari 2011. (7 nov., 2012) http://www.washingtonpost.com/wp-dyn/content/article/2011/02/18/AR2011021805058.html?nav=emailpage
  • Matsu'ura, Mitsuhiro. "Reproduceren van Core-Mantle Dynamics en het voorspellen van Crustal-activiteiten door middel van geavanceerde computing." Dagboek van de aarde-simulator. april 2004. (5 nov. 2012) http://www.jamstec.go.jp/esc/publication/journal/jes_vol.1/pdf/JES1-4.2-matsuura.pdf
  • Nationale Academie van Wetenschappen. "Project Mohole:1958-1966." Nas.edu. 2005. (5 november, 2012) http://www.nas.edu/history/mohole/
  • Osman, Jheni. "Missie naar de mantel:boren door de aardkorst." Nieuwe wetenschapper. 3 juli, 2012. (3 nov., 2012) http://www.newscientist.com/article/mg21428710.200-mission-to-the-mantle-drilling-through-earths-crust.html?full=true
  • WetenschapDagelijks. "De Moho in kaart brengen met GOCE." Sciencedaily.com. 9 maart 2012. (4 nov., 2012) http://www.sciencedaily.com/releases/2012/03/120309103810.htm
  • WetenschapDagelijks. "Nieuw begrip van de aardmantel onder de Stille Oceaan." Sciencedaily.com. 22 maart, 2012. (4 nov., 2012) http://www.sciencedaily.com/releases/2012/03/120322142159.htm
  • thee, Damon en Ildefonse, Benoït. "Reis naar de mantel van de aarde." Natuur. 24 maart 2011. (2 nov., 2012) http://www.nature.com/nature/journal/v471/n7339/full/471437a.html
  • US Geological Survey (USGS). "Mantel (aarde)." USgs.gov. Niet gedateerd. (4 nov. 2012) http://www.usgs.gov/science/science.php?term=690
  • yirka, Bob. "Wetenschappers zijn van plan om helemaal tot aan de aardmantel te boren." Phys.org. 25 maart, 2011. (2 nov., 2012) http://phys.org/news/2011-03-scientists-drill-earth-mantle.