Ocean Drilling: wat wetenschappers 50 jaar later hebben ontdekt

Het is prachtig 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 wetenschappelijk boren in de oceaan - de systematische verzameling van kernmonsters uit de diepe zeebodem. Dit revolutionaire proces begon 50 jaar geleden, toen het boorschip Glomar Challenger op 11 augustus 1968 de Golf van Mexico binnenvluchtte op de eerste expeditie van het federaal gefinancierde Deep Sea Drilling Project.

Ik ging door op mijn eerste wetenschappelijke oceaanboringsexpeditie in 1980 en heb sindsdien deelgenomen aan zes andere expedities naar locaties, waaronder de Noord-Atlantische Oceaan en de Weddell-zee in Noord-Atlantische Oceaan. In mijn laboratorium werken mijn studenten en ik met kernmonsters van deze expedities. Elk van deze kernen, die 31 voet lang en 3 duim breed zijn, is als een boek waarvan de informatie wacht om in woorden te worden vertaald. Het vasthouden van een nieuw geopende kern, gevuld met stenen en sediment van de oceaanbodem, is als het openen van een zeldzame schatkist die het verstrijken van de tijd in de geschiedenis van de aarde registreert.

Zie ook: Expedition to Submerged 'Lost Continent' Zealandia a "Success"

Meer dan een halve eeuw heeft wetenschappelijk oceaanboren de theorie van platentektoniek bewezen, het gebied van paleoceanografie gecreëerd en opnieuw gedefinieerd hoe we het leven op aarde bekijken door een enorme verscheidenheid en volume van leven in de diepe mariene biosfeer bloot te leggen. En er valt nog veel meer te leren.

Technologische innovaties

Twee belangrijke innovaties maakten het mogelijk voor onderzoeksschepen om kernmonsters te nemen van precieze locaties in de diepe oceanen. De eerste, bekend als dynamische positionering, maakt het mogelijk om een ​​471-voet schip op zijn plaats te houden tijdens het boren en bergen van kernen, de ene bovenop de volgende, vaak in meer dan 12.000 voet water.

Verankering is niet haalbaar op deze diepten. In plaats daarvan laten technici een torpedo-vormig instrument vallen, een transponder genaamd, aan de zijkant. Een apparaat genaamd een transducer, gemonteerd op de scheepsromp, stuurt een akoestisch signaal naar de transponder, dat hierop antwoordt. Computers aan boord berekenen de afstand en de hoek van deze communicatie. Boegschroeven op de scheepsromp manoeuvreren het schip om op precies dezelfde locatie te blijven, tegen de krachten van stroming, wind en golven in.

Een andere uitdaging doet zich voor wanneer boorbeitels tijdens de werking moeten worden vervangen. De korst van de oceaan bestaat uit stollingsgesteente dat stukjes draagt ​​lang voordat de gewenste diepte is bereikt.

Wanneer dit gebeurt, brengt de boorploeg de gehele boorpijp naar de oppervlakte, monteert een nieuwe boor en keert terug naar hetzelfde gat. Dit vereist het geleiden van de pijp in een trechtervormige terugvoerkegel, minder dan 15 voet breed, geplaatst in de bodem van de oceaan bij de opening van het boorgat. Het proces, dat voor het eerst werd uitgevoerd in 1970, is als het verlagen van een lange streng spaghetti in een kwart inch brede trechter aan het einde van een Olympisch zwembad.

Bevestiging van plaattoniek

Toen de wetenschappelijke oceaanboring in 1968 begon, was de theorie van plaattektoniek een onderwerp van actief debat. Een belangrijk idee was dat er nieuwe oceaanbodems werden gecreëerd op bergkammen op de zeebodem, waar oceanische platen zich van elkaar verwijderden en tussen hen het magma uit het binnenste van de aarde opklom. Volgens deze theorie moet korst nieuw materiaal 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 boorde de Glomar Challenger 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 overliggende sedimenten die in perfecte overeenstemming met de voorspellingen waren verouderd, bevestigden dat de korst van de oceaan zich aan de randen en plaattektoniek vormde, correct was.

Reconstructie van de geschiedenis van de aarde

Het oceaanrecord van de geschiedenis van de aarde is meer continu dan geologische formaties op het land, waar erosie en herafzetting door wind, water en ijs het record kunnen verstoren. Op de meeste oceaanlocaties wordt sediment deeltjes voor deeltjes vastgelegd, microfossielen door microfossielen en blijft op zijn plaats, uiteindelijk bezwijkt onder druk en wordt rots.

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

Dankzij wetenschappelijk boren op de oceaan weten we dat na een asteroïde aanval 66 miljoen jaar geleden alle niet-aviaire dinosauriërs zijn gedood, koloniaal nieuw leven de kraterrand binnen jaren koloniseerde en binnen 30.000 jaar een volledig ecosysteem floreerde. Een paar diepe oceaanorganismen leefden dwars door de meteorietinslag.

Oceaanboringen hebben ook aangetoond dat tien miljoen jaar later een enorme uitstoot van koolstof - waarschijnlijk door uitgebreide vulkanische activiteit en methaan die vrijkomt bij het smelten van methaanhydraten - een abrupte, intense opwarmingsgebeurtenis of hyperthermal veroorzaakte, het Paleoceen-Eoceen thermale maximum genoemd. Tijdens deze aflevering bereikte zelfs de Noordpool meer dan 73 graden Fahrenheit.

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

Deze aflevering is een indrukwekkend voorbeeld van de impact van snelle opwarming van de aarde. De totale hoeveelheid koolstof die vrijkomt tijdens het PETM wordt geschat op ongeveer gelijk aan de hoeveelheid die mensen vrijgeven als we alle fossiele brandstofreserves van de Aarde verbranden. Toch is een belangrijk verschil dat de koolstof die vrijkomt door de vulkanen en hydraten veel langzamer is dan op dit moment fossiele brandstof wordt vrijgemaakt. We kunnen dus zelfs nog meer dramatische klimaat- en ecosysteemveranderingen verwachten tenzij we stoppen met het uitstoten van koolstof.

Het vinden van leven in oceaanbodems

Wetenschappelijk boren op zee heeft ook aangetoond dat er ongeveer evenveel cellen in mariene sedimenten zijn als in de oceaan of in de bodem. Expedities hebben het leven gevonden in sedimenten op dieptes van meer dan 8000 voet; in deposito's op de zeebodem die 86 miljoen jaar oud zijn; en bij temperaturen boven 140 graden Fahrenheit.

Vandaag stellen wetenschappers uit 23 landen voor en doen onderzoek via het International Ocean Discovery Program, dat wetenschappelijke oceaanboringen gebruikt om gegevens uit sedimenten en rotsen op de zeebodem te herstellen en omgevingen onder de oceaanbodem te monitoren. Coring produceert nieuwe informatie over plaattektoniek, zoals de complexiteit van de korstvorming in de oceaan 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 bezit, terugkrijgen en de schoonheid en complexiteit ervan beter begrijpen.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation door Suzanne O'Connell. Lees hier het originele artikel.