Könntest du ein Loch bis zum Erdmantel graben?

Wenn Ihre Familie Sie als kleines Kind in den Urlaub an die Küste mitgenommen hat, erinnern Sie sich wahrscheinlich an das aufregende Gefühl, mit einer Plastikschaufel in den nassen Sand zu graben. Als das Loch größer und tiefer wurde, fragten Sie sich natürlich, was passieren würde, wenn Sie einfach weiter graben und graben würden. Wie tief konntest du kommen? Würdest du wirklich irgendwo in China aus dem Boden schießen, wie deine große Schwester oder dein großer Bruder versucht hat, dich glauben zu machen? Leider haben Sie es nie erfahren, denn gerade als Sie anfingen, echte Fortschritte zu machen, war es Zeit, den Sonnenschirm einzupacken, eine Eistüte zu holen und einen 10-Cent-Ritt auf dem mechanischen Pony zu machen auf der Promenade. Aber irgendwo im Hinterkopf haben Sie sich immer wieder gefragt, was passieren würde, wenn jemand ein wirklich, wirklich tiefes Loch graben würde.

Nun, Sie müssen sich vielleicht nicht mehr fragen, ob ein internationales Team von Wissenschaftlern, das sich 2012 MoHole To the Mantle-Projekt nennt, bei seiner Suche erfolgreich ist. Sie zählen auf internationale Unterstützung für ein 1-Milliarden-Dollar-Projekt, bei dem sich ein japanisches Tiefsee-Bohrschiff, die Chikyu, in den Grund des Pazifischen Ozeans graben würde, um tiefer zu graben, als jemals zuvor jemand gegangen ist. Der Plan ist, direkt durch die Erdkruste zu gehen, die felsige oberste Schicht des Planeten, die an Land 30 bis 60 Kilometer dick ist, aber an ihrer dünnsten Stelle nur 5 Kilometer dick ist Flecken auf dem Meeresboden [Quelle: Osman]. Wenn das Bohrgerät des Chikyu eine Übergangsgrenze namens Moho durchbricht, würde es den Erdmantel erreichen, die mysteriöse 1.740 Meilen (2.900 Kilometer) dicke Schicht zwischen der Kruste und dem heißen, geschmolzenen Kern des Planeten [Quellen: USGS , ScienceDaily ] .

Im Gegensatz zu Ihrer Kindheitsphantasie haben die Wissenschaftler keine Ambitionen, einen Tunnel durch den ganzen Planeten zu bohren. Das ist wahrscheinlich nicht einmal möglich, da die enorme Hitze und der Druck im Inneren der Erde es unmöglich machen würden, einen solchen Gang hinunterzukriechen, selbst wenn er irgendwie nicht zusammenbrechen würde. Aber nur den Mantel zu erreichen, eine Schicht, über die wir relativ wenig wissen, und eine Probe zu entnehmen, wäre eine wissenschaftliche Errungenschaft von solchem ​​Ausmaß, dass einige es die geologische Version der Mondlandung nennen . In diesem Artikel erklären wir, wie schwierig es ist, ein so tiefes Loch zu graben, und was wir davon haben könnten.

1. Was ist der Erdmantel?
2. Wie schwer ist es, so tief zu graben?
3. Was werden wir aus dem Graben bis zum Mantel lernen?

Es ist erstaunlich, sich vorzustellen, dass wir möglicherweise 1 Milliarde Dollar ausgeben, um durch die Moho zu bohren, wenn man bedenkt, dass wir vor etwa einem Jahrhundert nicht einmal wussten, dass diese Grenze existiert. 1909 entdeckte der kroatische Forscher Andrija Mohorovičić, dass sich die von Erdbeben ausgelösten Wellen etwa 50 Kilometer im Erdinneren schneller ausbreiteten als näher an der Oberfläche. Während Wissenschaftler bereits zumindest eine vage Vorstellung davon hatten, dass die Erde Schichten hat, deutete die Arbeit von Mohorovičić darauf hin, dass es eine klare Grenze zwischen der Kruste und einer darunter liegenden Schicht mit unterschiedlicher Zusammensetzung und physikalischen Eigenschaften gab. Ihm zu Ehren nennen wir diese Grenze jetzt Moho [Quelle: Osman ].

Seitdem ist es den Wissenschaftlern gelungen, etwas mehr über den Mantel zu erfahren, die Schicht, die unter dem Moho liegt und 83 Prozent des Erdvolumens und 67 Prozent ihrer Masse ausmacht Encyclopaedia Britannica . Der einfachste Weg, dies zu verstehen, besteht darin, sich die Erde als Schokoladen-Eclair vorzustellen. Die dicke äußere Schicht aus glasierter Schokolade und gebackenem Teig ist fest, aber elastisch. Das ist die Kruste. Darunter befindet sich jedoch eine Menge zähflüssiges, klebriges Zeug. Natürlich ist das eine begrenzte Analogie, weil die Erde nicht mit Sahne gefüllt ist. Stattdessen besteht der Mantel aus geschmolzenem, flüssigem Gestein namens Magma . Ein Teil dieses Magmas wird von Vulkanen ausgestoßen, also wissen wir, dass der obere Teil des Mantels – das heißt, die oberen 620 Meilen (1.000 Kilometer) – hauptsächlich aus Oxiden von Silizium, Magnesium und Eisen besteht, mit kleineren Mengen an Aluminiumoxid, Kalzium Oxid und Alkalien, die in die Mischung geworfen werden [Quelle: Encyclopedia Britannica ].

Allerdings ist unser Wissen über den Mantel ziemlich begrenzt. Wissenschaftler können nicht hinuntergehen und es sich ansehen, und sie hatten noch nie eine reine Probe, die direkt aus der Tiefe genommen wurde, um sie zu analysieren. Das ist es, was das MoHole-to-the-Mantle-Projekt 2012 zu erreichen hofft.

Es wird ziemlich hart. Wir wissen das, weil Wissenschaftler es tatsächlich schon einmal versucht haben. In den frühen 1960er Jahren bohrten sie fünf Löcher in den Meeresboden in der Nähe der Insel Guadalupe im östlichen Pazifik in einer Tiefe von 11.700 Fuß (3.566 Meter). Das tiefste Loch drang nur 600 Fuß (183 Meter) in die Kruste ein, direkt hinter dem Sediment an der Oberfläche in eine Unterschicht aus hartem Gestein. Leider kamen sie nicht viel weiter. Einige Mitglieder des US-Kongresses dachten, das Graben bis zum Mantel sei die Kosten nicht wert, und 1966 stornierten sie das Projekt [Quelle: National Academies ].

Fast ein halbes Jahrhundert später hoffen Wissenschaftler, dass die USA, Japan und andere Länder ihre Ressourcen bündeln werden, um die Kosten zu decken. Aber die körperlichen Herausforderungen beim Bohren zum Mantel bleiben ziemlich entmutigend. Selbst wenn Wissenschaftler den dünnstmöglichen Abschnitt der Kruste auf dem Meeresboden finden, bedeutet dies immer noch, mindestens mehrere Meilen durch festes Gestein zu bohren. Um die Sache noch schwieriger zu machen, werden sie, wenn sie tiefer in die Erde bohren, extremen Temperaturen ausgesetzt sein, möglicherweise über 538 Grad Celsius, und einem fantastischen Druck – bis zu 4 Millionen Pfund pro Quadratfuß die Nähe des Mantels. Mit dieser erdrückenden Kraft, die die Ausrüstung zusammendrückt, wird es eine Herausforderung sein, sie am Laufen zu halten, ganz zu schweigen davon, das ausgehobene Material wieder an die Oberfläche zu schieben.Jirka ].

Positiv ist jedoch zu vermerken, dass sich die Bohrtechnologie in den letzten 50 Jahren dank Tiefwasserbohrungen durch die Ölindustrie erheblich weiterentwickelt hat. Wir haben verbesserte Bohrer, Werkzeuge und Instrumente, die Hitze und Druck viel besser standhalten. Und dank GPS und anderen Fortschritten ist es viel einfacher, ein Bohrschiff in tiefem Wasser an genau derselben Stelle zu halten. Laut Damon Teagle vom National Oceanography Centre in Southampton, England, einem der Leiter des Projekts, wissen die Forscher jetzt auch mehr über die Meereskruste und ihre Entstehung sowie über die Unterschiede zwischen Kruste und Mantel. „Wir haben ein viel besseres Verständnis dafür, was wir zu tun versuchen“, erklärte er 2011 in einem Interview [Quelle: Cooper ].

Wenn die Wissenschaftler nicht auf unvorhergesehene Probleme stoßen – was natürlich ein großes Wenn ist – könnte es zwischen 18 Monaten und zwei Jahren dauern, bis sie zum Erdmantel gebohrt haben. Sie hoffen, 2013 oder im folgenden Jahr zu beginnen und das Projekt vor Ende des Jahrzehnts abzuschließen [Quelle: Cooper ].

Hoffentlich viel. Wie wir bereits erklärt haben, ist das Wissen über den Erdmantel ziemlich begrenzt, weil wir nicht dorthin gehen können und wir nie eine reine Probe davon hatten. Stattdessen haben Wissenschaftler versucht, es herauszufinden, indem sie seismische Wellen untersuchten und das geschmolzene Gestein untersuchten, das aus Vulkanen fließt . Sie haben auch versucht, Hinweise auf die Zusammensetzung des Mantels zu finden, indem sie Meteoriten untersuchten , die aus demselben Weltraummüll geschmiedet wurden wie unser Planet [Quelle: Osman ].

Aber all diese Quellen lassen viele Fragen unbeantwortet. Wenn Wissenschaftler schließlich einen Teil des Mantels zum Studium bekommen, werden sie einige neue Erkenntnisse darüber gewinnen, wie die Erde vor Milliarden von Jahren entstanden ist, wie sie sich zu Kern, Mantel und Kruste entwickelt hat und wie die Plattentektonik begann. Wenn sie mehr über die genaue Mischung von Chemikalien und Isotopen im Mantel erfahren können, können sie ein besseres Gefühl dafür bekommen, wie der Mantel Chemikalien an die Oberfläche überträgt [Quelle: Osman ].

Noch wichtiger ist, dass sie möglicherweise genau erfahren, wie sich die Bewegung des flüssigen Gesteins des Mantels auf die Erdkruste auswirkt, insbesondere wie die tektonischen Platten gegeneinander drücken und ziehen [Quelle: Cooper ] Wenn Sie mehr über den Mantel wissen und wie er mit der Kruste interagiert, könnte dies eines Tages der Fall sein helfen uns sogar, Ereignisse wie Erdbeben und Vulkanausbrüche vorherzusagen [Quelle: Matsu'ura ].

Aber eine der verlockendsten Möglichkeiten ist, dass Wissenschaftler tatsächlich Leben tief im Inneren der Erde finden könnten. Wir sprechen nicht von den Monstern, die sich Jules Verne in „Die Reise zum Mittelpunkt der Erde“ vorgestellt hat, sondern von winzigen, primitiven Organismen, den sogenannten Extremophilen , die sich entwickelt haben, um extremen Drücken und hohen Temperaturen zu widerstehen (wie die mikroskopisch kleinen „Würmer von hell" gefunden auf dem Grund eines südafrikanischen Goldesmine).Wissenschaftler haben solche Organismen bereits im tiefsten Meeresboden gefunden. Wenn sie in der Lage sind, noch tiefer in der Erde zu existieren, spekulieren Wissenschaftler, dass solche Organismen einzigartige Enzyme oder andere Eigenschaften enthalten könnten, die Forscher bei der Entwicklung von Biotechnologie nutzen könnten. Noch wichtiger ist, dass sie uns helfen könnten, die physiologischen Grenzen des Lebens zu verstehen [Quelle: Osman ].

Anmerkung des Autors: Könnten Sie ein Loch bis zum Erdmantel graben?

Als Kind in den 1960er Jahren habe ich gerne Comics gelesen, und einer meiner Favoriten war die illustrierte Version von Jules Vernes Roman „Die Reise zum Mittelpunkt der Erde“. Besonders fasziniert hat mich die Titelillustration, in der die Figuren in dem unterirdischen Meeresgang treiben, den sich Verne vorgestellt hat, und von prähistorischen Seeungeheuern angegriffen werden. Die Lebendigkeit dieses Bildes trug einige Jahre später zu meiner Enttäuschung bei, als ich im naturwissenschaftlichen Unterricht der Grundschule erfuhr, dass die Erde mit geschmolzenem Gestein gefüllt war, was erheblich weniger interessant erschien.

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