За допомогою японського судна для глибоководного буріння «Тікю» дослідники планують дістатися до розлому, який викликав руйнівний землетрус Тохоку в минулому році.

Вчені збираються дійти аж до мантії, чого ще нікому не вдавалося.

Якщо проект отримає зелене світло, це буде одне з найвидатніших досягнень науки, який можна порівняти з польотом на Місяць. Отримані дані можуть перевернути уявлення про еволюцію і будову Землі. Існує навіть вірогідність того, що ми знайдемо щось непередбачене.

Геологам не в перший раз захотілося дістатися до глибин планети. У 1909 році хорватський метеоролог Андрій Мохоровичич виявив, що сейсмічні хвилі, викликані землетрусами, поширюються значно швидше в шарах, розташованих нижче 30 км, ніж у верхніх. Це говорить про іншому складі та інших фізичних властивостях порід на такій глибині. Даний рубіж отримав ім'я першовідкривача і з тих пір вважається верхньою границею мантії.

Тепер геологам відомо, що верхня частина мантії залягає в 30-60 км під поверхнею, а на деяких ділянках морського дна - всього в 5 км. Процеси, що відбуваються там, рухають літосферні платформи, розв'язують землетрусу і створюють вулкани.

Наступний крок на шляху до мантії був зроблений в кінці 1950-х. У той час теорія тектоніки плит все ще була гарячою дискусійною проблемою. Гаррі Гесс і інші прихильники теорії стверджували, що гарячі конвективні потоки з глибин мантії керують рухом тектонічних плит по поверхні планети. Оскільки потрібні фактичні докази, Гесс і його колега Уолтер Мунк звернулися до своїх приятелів з Національної академії наук США. Так у квітні 1957 року народився проект Mohole. Легенда свідчить, що це сталося в сонячній Каліфорнії за сніданком з рясними винними випивкою. Мовляв, по-іншому засідання так званого Американського суспільства всякої всячини не проходили.

Ентузіастам довелося вирішувати безліч проблем від пошуку засобів до винаходу технології, що дозволяла утримувати бурове судно на одному місці у відкритому морі. На жаль, останню не можна було запозичити у нафтовиків, оскільки ті тоді ще не бурили в глибоких водах. Тому довелося створити технологію динамічного позиціонування, яка передбачає спритно розміщені по всьому судну гвинти і двигуни. Перший керн був отриманий з глибини 183 м біля берегів карибського острова Гваделупа в квітні 1961 року. Він же став і останнім.

Незабаром після того, як експедиція повернулася, провідні вчені були відсторонені від управління проектом, фінансування пішло по низхідній, і якийсь молодий політик на ім'я Дональд Рамсфелд домігся в результаті того, що в 1966 році конгрес проголосував великим пальцем вниз.

Але геологи не здавалися, на зміну полеглим вставали інші, і буріння океанічної кори тривало. Проте нікому ще не вдавалося пройти більше третини шляху до мантії. Рекорд утримує 1507-метрова свердловина на узбережжі Коста-Ріки. Це не сама глибока діра (навіть в океанічній корі), але саме в цьому місці вчені виявилися до мантії ближче всього - товщина кори там всього 5,5 км

Що стосується нового проекту, який отримав назву Mohole to Mantle, має чітке наукове обґрунтування. Хоча на мантію припадає 68% маси Землі, ми насправді дуже мало знаємо про неї. «У нас немає жодного чистого зразка мантії», - підкреслює учасник колаборації Деймон Тіґл з Національного океанографічного центру Великобританії.

Деякі зразки досягають поверхні, але всі вони забруднені. Наприклад, рідкісні мантийные конкреції, що зустрічаються в лаві, говорять про те, що мантія складається з мінералів, багатих магнієм і бідних кремнієм (олівіну, піроксену і ін). Подекуди на дні океану породи, які колись були частиною мантії, голі, проте в ході контакту з морською водою вони сильно змінили свій склад. Різниця приблизно та ж, що між марсіанськими метеоритами та безпосередніми пробами порід Червоної планети. А без чистих зразків неможливо підтвердити навіть прості факти начебто складу мантії, способів її формування і т. д.

Доводиться будувати теорії на непрямих доказах. Наприклад, можна відслідковувати швидкість сейсмічних хвиль, як це робив Мохоровичич. Крім того, є метеорити, викувані з того ж космічного сміття, що і наші скелясті планети. Є й більш екзотичні методи зразок спостережень за нейтрино, які утворюються при розпаді деяких елементів.

В результаті багато питань залишаються без відповіді. Лише якщо у руки вчених потраплять індикатори мантійній конвекції (наприклад, благородні гази і відповідні ізотопи), можна буде з'ясувати, як і коли наша планета розділилася на ядро, мантію і кору і коли почалася тектоніка плит. Склад верхньої мантії показав би, як вода, вуглекислий газ і енергія передаються в кору і як вони впливають на глобальні геохімічні цикли. Якщо б вдалося розібратися, наскільки мантія гетерогенна, стало б зрозуміло, як магма піднімається, а потім викидається в серединно-океанічних хребтах.

Мабуть, в мантії можна знайти і життя. Звичайно, це будуть не жюльверновские монстри, але значимість відкриття від цього не поменшає. І, до речі, подібні экстремофилы не так вже неможливі.

У минулому році Талліс Онстотт з Прінстонського університету (США) виявив мікроскопічних круглих черв'яків (нематодозів) на глибині 4 км в південноафриканській золотий шахті. Він же з'ясував, що одноклітинні мікроби живуть на ще більшій глибині - до 5 км.

Під морським дном мікроорганізми знайдені на глибині 1,6 км поблизу східного узбережжя Канади. Дослідники припустили, що їм сотні мільйонів років, бо вони начебто діляться раз на сто тисяч років.

Високий тиск на великих глибинах не проблема для багатьох экстремофилов. Лабораторні випробування показали, що мікроби здатні переносити тисячу атмосфер. Бактерії виявлені і в Маріанській западині під 11-кілометровою товщею води. До речі, тиск в надзвичайно гарячої середовищі навіть корисно, оскільки не дозволяє воді кипіти.

Таким чином вирішальним фактором може бути температура. Трохи нижче границі Мохоровичича вона досягає, за деякими оцінками, 120 °С. «Це спокусливо близько до верхньої межі відомих форм життя - 122°», - зазначає Джон Паркс з Кардіфського університету (Великобританія).

Тим не менш Метт Шренк з Університету Східної Кароліни (США) вважає, що шанси знайти мантийную життя невеликі. Циркуляція рідини там дуже обмежена, а тому приплив поживних речовин дуже малий.

Незважаючи на свої сумніви, р-н Шренк підтримує проект Mohole to Mantle, бо він допоможе визначити фізіологічні межі життя і навіть вивчити зміни клімату, оскільки біосфера здатна вплинути на глибоку частину вуглецевого циклу. Тамтешня життя може також виявитися корисною в медицині, оскільки місцеві організми можуть володіти унікальними ферментами або здійснювати небачені на поверхні біологічні процеси.

Зразки мантії распутают також загадки щодо ролі мікробної життя в еволюції планети. Нещодавнє дослідження геофізика Нормана Сліпа зі Стенфордського університету (США) показало, що життя здатне розвиватися в кору, а її продукти (наприклад, амоній) можуть просочуватися ще нижче. По суті, весь азот в мантії стався від амонію, виробленого органікою. Це підвищує ймовірність того, що життя на зорі історії Землі змінила склад мантії і що зразки, що дозволяють вивчити той період, все ще знаходяться там.

Але повернемося до технічної частини проекту. Р-н Тіґл порівнює буріння шестикілометровій свердловини в Тихому океані з опусканням сталевої нитки товщиною з людську волосину в басейн двометрової глибини, після чого дротиком треба буде продовбати фундамент ще на три метри. Простіше кажучи, доведеться виготовити бур, якого ще не було на світі.

І справа не тільки в довжині, але і в матеріалі свердла. При бурінні отвору шириною 30 см в твердих магматичних породах зі швидкістю 1 м/годину головка живе лише близько 50 годин. А зубці можуть сточиться ще швидше. Новий наджорсткий матеріал має також витримувати тиск в 2 кбар і температуру до 250 °C.

На щастя, доповідь, випущена в 2011 році фірмою Blade Energy, свідчить про те, що проект технічно здійсненний. «Зазвичай буває навпаки, - говорить г-н Тіґл. - Інженер щось винаходить і потім цікавиться, чи знадобиться це ученим. А останнім часом наука біжить попереду технологій».

Ще одна проблема - фінансування. Грошей потрібно стільки, що без політичної волі не обійтися. Одна тільки робота судна «Тікю» обійдеться в $1 млрд. Уряд Японії взяв на себе левову частку витрат, адже проект в кінцевому підсумку може допомогти в прогнозуванні землетрусів. Інші країни теж висловили зацікавленість.

Якщо всі фінансові питання будуть вирішені наступного року, вчені сподіваються дістатися до мантії протягом десятиліття. Належить, до речі, вибрати одну з трьох майданчиків. Всі вони знаходяться в Тихому океані (один з кандидатів - якраз те місце, де бурили попередники з проекту Mohole), і кожен розташований відносно близько до серединно-океанічних хребтах, де формується нова кора. Підняття магми призводить до підвищення морського дна, тому там щодо дрібно. Крім того, породи там порівняно холодні. Нарешті кора утворюється досить швидко, а значить, вона досить однорідна, що теж полегшує завдання.

Підготовлено за материалам NewScientist.