حفاری رکوردشکنی زمین شناسان در پوسته زمین اسرار گوشته را فاش کرد

نتیجه یک استوانه بلند از سنگ است که به عنوان نمونه هسته شناخته می شود و طول آن ۱۲۶۸ متر (۴۱۶۰ فوت) رکوردشکنی است. این استوانه که از سنگ آذرین تشکیل شده است که توسط آب دریا در فرآیندی به نام سرپانتینه شدن از نظر شیمیایی تغییر یافته است، اکنون آنالیز شده و اسرار آن فاش شده است.

این رشته از پوست زمین، که از اعماق اقیانوس استخراج می‌شود، مخزن اطلاعاتی است که می‌توان از آن برای پرکردن گوشته مرموز زمین، لایه‌ای از سنگ‌های آتشفشانی جامد که پوسته را از هسته جدا می‌کند، استفاده کرد.

تیمی به رهبری یوهان لیسنبرگ، سنگ شناس و ژئوشیمیدان از دانشگاه کاردیف در بریتانیا، می نویسد: ‘ما یک بخش ۱۲۶۸ متری از پریدوتیت گوشته اقیانوسی سرپانتینه شده را بازیابی کردیم.’

‘بازیابی تقریبا مستمر فرصتی برای به دست آوردن فهرست سنگ شناسی، کانی شناسی، ساختاری و دگرسانی قوی و کمی از گوشته بالایی فراهم می کند.’

گوشته زمین، برای ما خزنده های سطحی، به طرز ناامیدکننده ای دور از دسترس است. ضخامت پوسته زمین در نازک ترین حالت آن ۶ کیلومتر (۳.۷ مایل) است.

ما ابزارهایی برای حفاری بسیار عمیق از سطح قاره داریم – همانطور که توسط گمانه ۱۲۲۶۲ متری عمیق کولا در روسیه گواه است – اما پوسته قاره ای بسیار ضخیم تر از پوسته اقیانوسی است.

به احتمال زیاد ما به این زودی ها نیز از کف اقیانوس به گوشته نمی رسیم، اما پوسته اقیانوسی در حال حاضر بهترین مکان برای به دست آوردن نمونه هایی است که به ما امکان می دهد آن را مطالعه کنیم. در مکان‌های خاصی، فعالیت‌های تکتونیکی، مواد گوشته را به پوسته تبدیل می‌کند، از آنجا که می‌توانیم آن‌ها را ببریم.

اما همانطور که ممکن است تصور کنید، حفاری یک حفره عمیق در انتهای اقیانوس در یک مرز تکتونیکی گرم شده توسط آتشفشان، بسیار ساده تر از انجام آن است. تلاش‌های قبلی حفره‌ای با عمق کمتر از ۲۰۰.۸ متر ایجاد کرده است – و از مواد حفاری شده، تنها ۴۷ درصد آن بازیابی شده است.

بنابراین، کار لیسنبرگ و همکارانش واقعاً چیز خاصی است. آنها عمیقاً در زیر اقیانوس اطلس به نام توده آتلانتیس حفاری کردند، توده کوه عظیمی که در فاصله ۴۲۶۷ متری از بستر دریا در خط الراس میانی آتلانتیک، مرزی بین دو صفحه تکتونیکی قرار دارد. تصور می شود که این توده، از سنگ گوشته که به نام پریدوتیت شناخته می شود، از سنگ گوشته که از طریق پوسته به سمت بالا فشرده می شود، تشکیل شده است.

کوان یو لین، زمین شناس از دانشگاه دلاور، سال گذشته پس از تکمیل حفاری گفت: طرح اولیه حفاری یک سوراخ کم عمق در حدود ۲۰۰ متر بود.

‘اما در کمال تعجب، حفره عمیق‌تر و عمیق‌تر می‌شد و نرخ بازیابی بسیار بالایی داشت که قبلاً در حفاری این نوع سنگ‌ها دیده نشده بود. متعجب از آنچه می‌دیدیم، طرف علمی موافقت کرد که این طرح را تغییر دهد تا به عمق بخشیدن گودال ادامه دهد.’

حفره آنها که Hole U1601C نام داشت، رکورد ۱۲۶۸ متر را گسترش داد و آنچه محققان استخراج کردند حتی بهتر بود. آنها موفق شدند ۷۱ درصد از نمونه اصلی را بازیابی کنند.

این نمونه، مانند خود توده، از پریدوتیت، یک سنگ آذرین دانه درشت تشکیل شده است که تقریباً به طور کامل از الیوین و پیروکسن تشکیل شده است.

هنگامی که آب دریا وارد می شود، برخورد آن با مواد معدنی واکنشی به نام سرپانتینه شدن را تحریک می کند و الیوین و پیروکسن در معرض را به مواد معدنی سرپانتین تبدیل می کند و هیدروکربن هایی تولید می کند که می توانند برای شکل های حیات کف دریا استفاده شوند. اما نتیجه برای زمین شناسان این است که تفسیر سنگ دشوارتر می شود، مانند تلاش برای خواندن جوهری که در باران رها شده است.

جالب اینجاست که محققان دریافتند که نمونه هسته آنها به شدت سرپانتینه شده بود، حتی پریدوتیت با حداقل تغییر در ۴۰ درصد در کل طول نمونه تبدیل شده بود، که نشان می دهد نفوذ آب دریا بسیار بالا است. با وجود این، ترکیب سنگ اولیه بهتر از هسته های کم عمق تر حفظ شد و اطلاعات جدیدی در مورد گوشته در زیر توده آتلانتیس فاش کرد.

محققان مقدار پیروکسن بسیار کمتری را نسبت به آنچه انتظار داشتند کشف کردند که می تواند به دلیل حل شدن پیروکسن در هنگام گرم شدن سنگ باشد. و محققان دریافتند که حرکت مذاب سنگ به دور از سنگ جامد در حالی که ماگما به سمت بالا فشرده می شود در یک زاویه مایل از بالا آمدن گوشته رخ می دهد – یافته ای که بسیار متفاوت از مدل های مهاجرت مذاب است.

در نهایت، محققان نفوذهای یک کانی آذرین به نام گابرو را پیدا کردند. پریدوتیت در نزدیکی این توده‌های گابروئی تغییرات شدید مربوط به قرار گرفتن در معرض محیط گرمابی را نشان می‌دهد که در سایر بخش‌های نمونه هسته دیده نمی‌شود، و نشان می‌دهد که گابرو نقش غیرمنتظره‌ای در ژئوشیمی سیال دریچه‌های گرمابی حیات‌بخش در میدان گرمابی شهر گمشده بازی می‌کند.

مطالعات برای درک بهتر فرآیندهایی که سنگ را شکل داده اند ادامه خواهد داشت، اما تحقیقات تا کنون نشان می دهد که حفره های گودال چقدر می توانند ارزشمند باشند.

محققان می نویسند: ‘رکاب جامع سنگی که در طی اکسپدیشن ۳۹۹ به دست آمد، فرصت های زیادی را برای پیشرفت های اساسی در درک ما از گوشته بالایی اقیانوسی فراهم می کند.’

نفوذ سوراخ U1601C به زیرسطح میدان هیدروترمال شهر گمشده، فرصتی برای مطالعه محدودیت‌ها و میزان حیات در لیتوسفر اقیانوسی و بستری بالقوه برای آزمایش‌های آینده در زمین‌شناسی، شیمی و زیست‌شناسی خارج از محور سیستم هیدروترمال فراهم می‌آورد.

این تحقیق در Science منتشر شده است.