Het is verbluffend maar waar dat we meer weten over het oppervlak van de maan dan over de oceaanbodem van de aarde. Veel van wat we wel weten, is afkomstig van wetenschappelijke oceaanboringen - de systematische verzameling van kernmonsters uit de diepe zeebodem. Dit revolutionaire proces begon 50 jaar geleden, toen het boorschip Glomar Challenger op 11 augustus de Golf van Mexico binnenvoer, 1968 op de eerste expeditie van het door de federale overheid gefinancierde Deep Sea Drilling Project.

Ik ging op mijn eerste wetenschappelijke oceaanboorexpeditie in 1980, en sindsdien hebben ze deelgenomen aan nog zes expedities naar locaties, waaronder de verre Noord-Atlantische Oceaan en de Weddellzee op Antarctica. In mijn laboratorium, mijn studenten en ik werken met kernmonsters van deze expedities. Elk van deze kernen, die cilinders zijn van 31 voet lang en 3 inch breed, is als een boek waarvan de informatie wacht om in woorden te worden vertaald. Houd een pas geopende kern vast, gevuld met rotsen en sediment van de oceaanbodem van de aarde, is als het openen van een zeldzame schatkist die het verstrijken van de tijd in de geschiedenis van de aarde vastlegt.

Meer dan een halve eeuw, wetenschappelijke oceaanboringen hebben de theorie van platentektoniek bewezen, creëerde het veld van paleoceanografie en herdefinieerde hoe we het leven op aarde zien door een enorme verscheidenheid en volume aan leven in de diepe mariene biosfeer te onthullen. En er valt nog veel meer te leren.

Technologische innovaties

Twee belangrijke innovaties maakten het voor onderzoeksschepen mogelijk om kernmonsters te nemen op precieze locaties in de diepe oceanen. De eerste, bekend als dynamische positionering, stelt een schip van 471 voet in staat om op zijn plaats te blijven tijdens het boren en herstellen van kernen, de ene op de andere, vaak boven de 12, 000 voet water.

Ankeren is op deze diepten niet mogelijk. In plaats daarvan, technici laten een torpedovormig instrument, een transponder genaamd, over de zijkant vallen. Een apparaat dat een transducer wordt genoemd, gemonteerd op de scheepsromp, stuurt een akoestisch signaal naar de transponder, die antwoordt. Computers aan boord berekenen de afstand en hoek van deze communicatie. Boegschroeven op de scheepsromp manoeuvreren het schip om op exact dezelfde locatie te blijven, het tegengaan van de krachten van stromingen, wind en golven.

Een andere uitdaging doet zich voor wanneer boren halverwege het gebruik moeten worden vervangen. De korst van de oceaan bestaat uit stollingsgesteente dat stukjes afslijt lang voordat de gewenste diepte is bereikt.

Wanneer dit gebeurt, de boorploeg brengt de hele boorpijp naar de oppervlakte, monteert een nieuwe boor en keert terug naar hetzelfde gat. Dit vereist het geleiden van de pijp in een trechtervormige terugkeerconus, minder dan 15 voet breed, geplaatst in de bodem van de oceaan aan de monding van het boorgat. Het proces, die voor het eerst werd bereikt in 1970, is als het laten zakken van een lange sliert spaghetti in een kwart inch brede trechter aan het diepe uiteinde van een Olympisch zwembad.

Bevestiging van platentektoniek

Toen in 1968 wetenschappelijke oceaanboringen begonnen, de theorie van de platentektoniek was een onderwerp van actief debat. Een belangrijk idee was dat nieuwe oceaankorst werd gecreëerd op ruggen in de zeebodem, waar oceanische platen van elkaar verwijderden en magma uit het binnenste van de aarde tussen hen opwelde. Volgens deze theorie is korst zou nieuw materiaal moeten zijn op de top van oceaanruggen, en zijn leeftijd zou moeten toenemen met de afstand tot de top.

De enige manier om dit te bewijzen was door sediment- en rotskernen te analyseren. In de winter van 1968-1969, de Glomar Challenger boorde zeven locaties in de Zuid-Atlantische Oceaan ten oosten en ten westen van de Mid-Atlantische rug. Zowel de stollingsgesteenten van de oceaanbodem als de bovenliggende sedimenten verouderden in perfecte overeenstemming met de voorspellingen, bevestigen dat de oceaankorst zich vormde op de ruggen en dat de platentektoniek correct was.

De geschiedenis van de aarde reconstrueren

Het oceaanrecord van de geschiedenis van de aarde is ononderbroken dan geologische formaties op het land, waar erosie en herafzetting door wind, water en ijs kunnen het record verstoren. Op de meeste oceaanlocaties wordt sediment deeltje voor deeltje afgezet, microfossiel door microfossiel, en blijft op zijn plaats uiteindelijk bezwijken voor druk en veranderen in steen.

Microfossielen (plankton) bewaard in sediment zijn mooi en informatief, ook al zijn sommige kleiner dan de breedte van een mensenhaar. Net als grotere fossielen van planten en dieren, wetenschappers kunnen deze delicate structuren van calcium en silicium gebruiken om vroegere omgevingen te reconstrueren.

Dankzij wetenschappelijke oceaanboringen, we weten dat na een asteroïde-aanval 66 miljoen jaar geleden alle niet-vogeldinosaurussen omkwamen, nieuw leven koloniseerde de kraterrand binnen jaren, en binnen 30, 000 jaar bloeide een volledig ecosysteem. Een paar diepzee-organismen leefden dwars door de meteorietinslag.

Oceaanboringen hebben ook aangetoond dat tien miljoen jaar later, een massale afvoer van koolstof – waarschijnlijk door uitgebreide vulkanische activiteit en methaan dat vrijkomt uit smeltende methaanhydraten – veroorzaakte een abrupte, intense opwarmingsgebeurtenis, of hyperthermisch, het Paleoceen-Eoceen Thermal Maximum genoemd. Tijdens deze aflevering, zelfs het noordpoolgebied bereikte meer dan 73 graden Fahrenheit.

De resulterende verzuring van de oceaan door het vrijkomen van koolstof in de atmosfeer en de oceaan veroorzaakte massale ontbinding en verandering in het ecosysteem van de diepe oceaan.

Deze aflevering is een indrukwekkend voorbeeld van de impact van snelle klimaatopwarming. De totale hoeveelheid koolstof die vrijkomt tijdens PETM wordt geschat op ongeveer gelijk aan de hoeveelheid die mensen zullen vrijgeven als we alle fossiele brandstofreserves van de aarde verbranden. Nog, een belangrijk verschil is dat de koolstof die vrijkwam door de vulkanen en hydraten veel langzamer ging dan we nu fossiele brandstof vrijgeven. We kunnen dus nog dramatischere klimaat- en ecosysteemveranderingen verwachten, tenzij we stoppen met het uitstoten van koolstof.

Leven vinden in oceaansedimenten

Wetenschappelijke oceaanboringen hebben ook aangetoond dat er ongeveer evenveel cellen in zeesediment zijn als in de oceaan of in de bodem. Expedities hebben leven gevonden in sedimenten op diepten van meer dan 8000 voet; in zeebodemafzettingen die 86 miljoen jaar oud zijn; en bij temperaturen boven 140 graden Fahrenheit.

Tegenwoordig stellen wetenschappers uit 23 landen onderzoek voor en voeren ze onderzoek uit via het International Ocean Discovery Program, die wetenschappelijke oceaanboringen gebruikt om gegevens van zeebodemsedimenten en rotsen te herstellen en om de omgevingen onder de oceaanbodem te bewaken. Coring produceert nieuwe informatie over platentektoniek, zoals de complexiteit van de vorming van oceaankorst, en de diversiteit van het leven in de diepe oceanen.

Dit onderzoek is duur, en technologisch en intellectueel intens. Maar alleen door de diepe zee te verkennen, kunnen we de schatten die het bevat terugkrijgen en de schoonheid en complexiteit ervan beter begrijpen.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.