Egy lépéssel közelebb a Föld mélyének titkaihoz

Az ötvenes években született az elképzelés, hogy a kutatók megpróbálják elérni a Föld eddig ismeretlen mélységeit, és lefúrnak egészen a bolygó köpenyéig. Számos próbálkozás történt, és fél évszázad után végre közel kerültek a célhoz, a Chikyu hajó segítségével.

A japán Chikyu (magyarul Föld) nevű fúróhajó feladata, hogy véghezvigyen egy eddig lehetetlen küldetést. A hajó méreteinél még megdöbbentőbb a belőle kiemelkedő 100 méterre magasodó fúrótorony, a legnagyobb, amelyet hajó eddig hordozott. Nem meglepőek a méretek azonban, ha arra gondolunk, feladata lefúrni egészen a Föld köpenyéig, olyan mélyre, amely eddig senkinek sem sikerült. Ha sikerül eljutniuk a köpenyig és mintát venni, az nagyban hozzájárul a bolygó fejlődésének megértéséhez.

A hajó jelenleg Japán partjainál tanulmányozza a tavalyi Tohoku földrengés okait, segítséget nyújtva a kutatóknak a földrengések előrejelzésében. A 2007-ben tengerre bocsátott hajó már számos expedíciót hajtott végre az Integrated Ocean Drilling Program (IODP) keretében. Az 57 ezer tonnás monstrumot arra tervezték, hogy képes legyen 7000 méteres mélységbe lefúrni, és mintákat venni a Föld köpenyének anyagából. Az elképzelés már 1951-ben megszületett, de a technológiai és pénzügyi feltételek mostanáig nem voltak megfelelőek.

Bár történtek fúrások az elmúlt évtizedekben, sosem jutottak mélyebbre a szükséges út egyharmadánál. A legközelebbi pont a köpeny felső határához Costa Rica partjai mentén található, 1507 méter mélységben. Az óceáni kéreg itt csupán 5,5 kilométer vastag, tehát kisebb utat kell megtenni a köpeny eléréséig.

A Chikyu küldetése a tavalyi japán földrengés és cunami után egy időre félbeszakadt, de az idén áprilisban új rekordot állított fel az ismét munkába álló hajó. A legmélyebb, 1978-ban elért pont 7048,5 méterrel a tengervíz szintje alatt húzódott. A Chikyu fúrója azonban már 7740 méter mélyre jár a tengerszinttől.

A Chikyu kutatóhajó

A kutatók abban reménykednek, hogy meglepetés is várja őket az extrém mélységekben. Ugyan kevés az esélye, de előfordulhat, hogy élőlényekre bukkannak. Csupán mikrobák képesek elviselni azt a hatalmas nyomást és magas hőmérsékletet, amely ott uralkodik. Az élet jelenléte a Föld mélyén már régebb óta ismert, a kérdés az, hogy vajon milyen mélységig képesek az élőlények megmaradni.

A Mohole-terv

50 évvel ezelőtt, néhány kutatóból álló csoport belevágott a Mohole-tervbe, amelynek fő célja az volt, hogy lefúrjanak az óceáni kéreg mélyére, majd azon túl, elérve a felső köpenyt, mintát vegyenek belőle. Maga az ötlet egy földtudós klub egyik találkozóján született, 1957 áprilisában.

A terv akkoriban technológiai- és pénzügyi nehézségek következtében meghiúsult, az álom azonban most újraéledhet. A kutatók szerint akár egy évtizeden belül lehetségessé válik, hogy a fúrófejek egészen a Föld köpenyéig hatoljanak. Egy földköpenyből származó minta olyan tudományos értéket képviselne, mint az Apollo-program Földre szállított holdkőzetei. Számos, a Föld eredetéről és fejlődéséről szóló tudományos kérdésben és vitában segíthetnék a kutatókat.

A fúrás menete

A Mohole-terv fő célja elérni a kéreg és a köpeny határát, és mintát venni a köpeny felső részéből. A földköpeny litoszférához tartozó részének anyagát elsősorban peridotitok (kis szilíciumtartalmú, piroxénból-olivinból-spinelből álló kőzetek) alkotják. A peridotitok jelentősége, hogy ezek az óceáni bazaltlávák forráskőzetei, illetve ezek képezik az úgynevezett ofiolitok (hegységképződés során a kontinensekre tolódott óceáni kéreg, és az arra települt üledékek) alsó részét.

A Föld belső szerkezete

A Föld belseje eltérő halmazállapotú és sűrűségű övekre oszlik. A legkülső kőzetburka a kéreg, amely csupán 1 százalékát alkotja a Föld tömegének. Változó vastagságú, az óceáni lemezek esetében csupán 5-8 kilométer, míg a szárazföldek alatt 30-60 kilométer vastagságú is lehet. A kéreg alatt helyezkedik el a bolygó tömegének legnagyobb részét adó köpeny, amely közel 2900 kilométer vastagságú, szilikátokban gazdag gömbhéj. Egy átmeneti réteg után következik a mag, a Föld vasban gazdag legbelső öve, a Föld középpontjáig, 6378 kilométeres mélységig.

A kéreg és a köpeny közötti határt Mohorovicic-féle törésfelületnek (Andrija Mohorovicic tiszteletére, aki elsőként figyelte meg, hogy a szeizmikus hullámok sebessége megváltozik kb. 30 kilométer mélységben, tehát valamilyen törési felületnek kell ott húzódnia) vagy röviden Mohonak nevezik (innen ered a Mohole-terv elnevezése is).

Az eredeti terv kiagyalói bár nem jutottak el a kitűzött célig, mégis jelentős eredményt értek el. A Mohole-terv keretében először sikerült mintát venni az óceáni kéregből (1961-ben a Guadalupe sziget közelében): 3800 méteres mélységből, 170 méter vastag üledékréteg alól hoztak felszínre óceáni bazaltot. Mindez akkor 1,5 millió dollárba került, ma ugyanez körülbelül 40 millió dollár lenne. Az amerikai kongresszus azonban 1966-ban visszavonta a támogatást, így a terv évtizedekig szunnyadt.

Azóta több program indult a megvalósítás érdekében: a mélytengeri fúrás program (Deep Sea Drilling Project), az óceánfúrási program (Ocean Drilling Program) és a jelenleg is folyó integrált óceánfúrási program (Integrated Ocean Drilling Program), amelynek részeként a Chikyu is tevékenykedik.

Nem mindegy hol fúrnak

A fúráshoz ideális pont megtalálásához több faktort kell figyelembe venni. Legfontosabb, hogy sekély vízben legyen, ne legyen a közelben vulkáni aktivitás, illetve hogy a lehető legalacsonyabb legyen a kéreg hőmérséklete. Alacsony vízmélység az óceánközépi hátságoknál található, itt azonban folyamatosan képződik az új kéreglemez, nagy a vulkáni aktivitás. Nehéz tehát a helyválasztás, az eddig kijelölt pontok mindegyike a Csendes-óceánban található.

Tervezett (sárga) és végrehajtott (piros) expedíciók 2007-2012 között

Eddigi fúrásrekordok

A Föld szárazföldi kérgében az eddigi legmélyebb fúrás a Kola-félszigeten található. Az 1970-ben indított fúrás egy évtized alatt jutott el 12 kilométeres mélységig, végül 1989-ben állították le 12 261 méteres mélységben. Az eredeti terv 15 kilométert irányzott elő, amellyel elérték volna a kéreg alsó határát, és belefúrtak volna a köpenybe. Lefelé haladva a hőmérséklet azonban gyorsabban emelkedett a számítottnál (12 kilométeren 180 fok uralkodott a várt 100 fok helyett), ez jelentősen megterhelte a fúrófejet. 15 kilométeren pedig már 300 fok lett volna, így a fúrást 1989-ben leállították.

A Kola-félszigeten található lyuk a legmélyebb, de nem a leghosszabb furat. Ezt a címet a 12 300 méteres Maersk BD-04A nevezetű olajkút viseli, amely Al-Shaheennál, Katarban található. Az óceáni mélyfúrások során azonban nagy nehézséget jelent a több ezer méteres vízoszlop, így a legmélyebb lyuk jóval alatta marad a szárazföldinek.

Információk a mélyből

A Föld köpenyéből vett minták rengeteg információval szolgálnak a geológusoknak. A földköpeny teszi ki a bolygó anyagának mintegy 68 százalékát, így puszta tömege miatt is fontos megismerése. Összetételének és változásainak ismerete segít megmagyarázni, hogyan formálódott és fejlődött a Föld, illetve jobban megérthető a lemeztektonikai ciklus.

Igaz, hogy egyetlen furatból még nem derül fény az összes rejtélyre, viszont ahogy Harry Hess mondta 1958-ban: "Egy lyukon keresztül még nem tudunk meg mindent a Föld belsejéről, de ha nincs első, nem lesz második, harmadik, se századik. Valahol el kell kezdeni."

Mélységi bioszféra

A Földön még a legbarátságtalanabb és legelképzelhetetlenebb helyekre is beférkőzik az élet. Nincs ez másképp a Föld mélyén sem. A kutatók sokáig nem is sejtették, hogy milyen hatalmas mennyiségű mikroorganizmus él mind a szárazföldi, mind az óceáni kéreg mélységeiben. Becslések szerint - széntömegben kifejezve - 90 milliárd tonna mikroorganizmus él a mélységi bioszférában, amelynek túlnyomó részét nem baktériumok, hanem a régebben ősbaktériumoknak nevezett, ma már önálló birodalomba sorolt archeák alkotják.

Elterjedésüknek a nyomás, illetve a hőmérséklet szabhat határt. Eddig a legmélyebb fúrásoknál is találtak élőlényeket. Az általuk elviselt hőmérséklet felső határát 110 Celsius-foknak tekintve a szárazföldi kéregben 4 kilométer, az óceániban pedig 7 kilométer mélységig lehetnek jelen.