Potresti scavare un buco fino al mantello terrestre?

Se la tua famiglia ti ha portato in vacanza al mare quando eri piccolo, probabilmente ricorderai la sensazione esaltante di scavare nella sabbia bagnata con una pala di plastica. Man mano che il buco diventava più grande e più profondo, ti chiedevi naturalmente cosa sarebbe successo se avessi continuato a scavare e scavare. Quanto in profondità potresti arrivare? Alla fine saresti davvero saltato fuori da qualche parte in Cina, come tua sorella o tuo fratello maggiore hanno cercato di farti credere? Sfortunatamente, non hai mai avuto modo di scoprirlo, perché proprio mentre stavi iniziando a fare dei veri progressi, era ora di mettere in valigia l'ombrellone e andare a prendere un cono gelato e fare un giro da 10 centesimi sul pony meccanico sul lungomare. Ma ancora, da qualche parte nella parte posteriore della tua mente, hai continuato a chiederti cosa sarebbe successo se qualcuno avesse scavato un buco davvero, davvero profondo.

Bene, potresti non doverti più chiedere se un team internazionale di scienziati che si fa chiamare il progetto MoHole To the Mantle del 2012 riuscirà nella sua ricerca. Stanno contando sul sostegno internazionale per uno sforzo da 1 miliardo di dollari in cui una nave giapponese di perforazione d'altura, la Chikyu, si scaverebbe nel fondo dell'Oceano Pacifico per scavare più a fondo di quanto chiunque altro abbia mai fatto prima. Il piano è di attraversare la crosta terrestre, lo strato superiore roccioso del pianeta, che ha uno spessore compreso tra 18 e 37 miglia (da 30 a 60 chilometri) sulla terraferma, ma uno spessore minimo di 3 miglia (5 chilometri) nel punto più sottile macchie sul fondo dell'oceano [fonte: Osman]. Se la perforatrice del Chikyu rompesse un confine di transizione chiamato Moho, raggiungerebbe il mantello terrestre, il misterioso strato spesso 1.740 miglia (2.900 chilometri) tra la crosta e il nucleo caldo e fuso del pianeta [fonti: USGS , ScienceDaily ] .

A differenza della tua fantasia d'infanzia, gli scienziati non hanno alcuna ambizione di scavare un tunnel attraverso il pianeta. Probabilmente non è nemmeno possibile, dal momento che l'enorme calore e pressione all'interno della Terra renderebbero impossibile strisciare lungo un tale passaggio, anche se in qualche modo non crollasse. Ma solo raggiungere il mantello, uno strato di cui sappiamo relativamente poco, e recuperare un campione sarebbe un risultato scientifico di tale portata che alcuni lo hanno chiamato la versione geologica dello sbarco sulla luna . In questo articolo spiegheremo la difficoltà di scavare un buco così profondo e cosa potremmo ricavarne.

1. Qual è il mantello terrestre?
2. Quanto è difficile scavare così in profondità?
3. Cosa impareremo scavando fino al mantello?

È incredibile pensare che potremmo spendere 1 miliardo di dollari per perforare il Moho, se si considera che circa un secolo fa non sapevamo nemmeno che esistesse quel confine. Nel 1909, Andrija Mohorovičić, un ricercatore croato, scoprì che a circa 20 miglia (50 chilometri) all'interno della Terra, le onde innescate dai terremoti viaggiavano più velocemente di quanto non facciano più vicino alla superficie. Mentre gli scienziati avevano già almeno una vaga idea che la Terra avesse strati, il lavoro di Mohorovičić ha suggerito che c'era un confine chiaro tra la crosta e uno strato sottostante che aveva composizione e proprietà fisiche diverse. In suo onore, ora chiamiamo quel confine Moho [fonte: Osman ].

Da allora, gli scienziati sono riusciti a saperne di più sul mantello, lo strato che si trova sotto il Moho, che ammonta all'83% del volume della Terra e al 67% della sua massa Encyclopaedia Britannica . Il modo più semplice per capirlo è pensare alla Terra come a un éclair di cioccolato. Lo spesso strato esterno di cioccolato glassato e pasta cotta è solido ma elastico. Questa è la crosta. Sotto, però, c'è un sacco di roba viscosa e appiccicosa. Naturalmente, questa è un'analogia limitata, perché la Terra non è ripiena di crema. Invece, il mantello è fatto di roccia fusa e fluida chiamata magma . Parte di quel magma viene espulso dai vulcani, quindi sappiamo che nella parte superiore del mantello - cioè le prime 620 miglia circa (1.000 chilometri) - sembra essere composto principalmente da ossidi di silicio, magnesio e ferro, con quantità minori di ossido di alluminio, calcio ossido e alcali gettati nella miscela [fonte: Encyclopedia Britannica ].

Detto questo, la nostra conoscenza del mantello è piuttosto limitata. Gli scienziati non possono scendere a guardarlo e non hanno mai avuto un campione puro prelevato direttamente dagli abissi da analizzare. Questo è ciò che il progetto MoHole to the Mantle del 2012 spera di ottenere.

Sarà piuttosto dura. Lo sappiamo perché gli scienziati hanno effettivamente provato a farlo già una volta. All'inizio degli anni '60, hanno praticato cinque fori nel fondo dell'oceano vicino all'isola di Guadalupe nell'Oceano Pacifico orientale a una profondità di 11.700 piedi (3.566 metri). Il buco più profondo è penetrato solo per 600 piedi (183 metri) nella crosta, appena oltre il sedimento in superficie in un sottostrato di roccia dura. Sfortunatamente, non sono andati molto più lontano. Alcuni membri del Congresso degli Stati Uniti pensavano che scavare fino al mantello non valesse il costo e nel 1966 annullarono il progetto [fonte: National Academies ].

Quasi mezzo secolo dopo, gli scienziati sperano che gli Stati Uniti, il Giappone e altri paesi uniranno le proprie risorse per coprire i costi. Ma le sfide fisiche legate alla perforazione del mantello rimangono piuttosto scoraggianti. Anche se gli scienziati trovano la sezione più sottile possibile della crosta sul fondo dell'oceano, ciò significa comunque perforare almeno diverse miglia di roccia solida. Per rendere le cose più difficili, mentre scavano più in profondità nella Terra, incontreranno temperature estreme, forse superiori a 1.000 gradi Fahrenheit (538 gradi Celsius) e incredibili quantità di pressione - fino a 4 milioni di libbre per piede quadrato in nelle vicinanze del mantello. Con quella forza di frantumazione che comprime l'attrezzatura, sarà una sfida mantenerla in funzione, per non parlare di spingere il materiale che viene scavato di nuovo in superficie,Yirka ].

Tra i lati positivi, tuttavia, negli ultimi 50 anni, grazie alla perforazione in acque profonde da parte dell'industria petrolifera , la tecnologia di perforazione è progredita in modo significativo. Abbiamo punte, strumenti e strumenti migliorati che sono molto più in grado di resistere al calore e alla pressione. E grazie al GPS e ad altri progressi, è molto più facile mantenere una nave perforatrice esattamente nello stesso punto in acque profonde. I ricercatori ora sanno anche di più sulla crosta oceanica e su come si forma, e sulle differenze tra crosta e mantello, secondo Damon Teagle del National Oceanography Center di Southampton, in Inghilterra, uno dei leader del progetto. "Abbiamo una comprensione molto migliore di ciò che stiamo cercando di fare", ha spiegato in un'intervista del 2011 [fonte: Cooper ].

Se gli scienziati non incontrano snafus imprevisti - che è un grande se, ovviamente - potrebbero volerci dai 18 mesi ai due anni per perforare fino al mantello. Sperano di iniziare nel 2013 o l'anno successivo e completare il progetto prima della fine del decennio [fonte: Cooper ].

Si spera, molto. Come abbiamo spiegato in precedenza, la conoscenza del mantello terrestre è piuttosto limitata, perché non possiamo andarci e non ne abbiamo mai avuto un campione puro. Invece, gli scienziati hanno cercato di capirlo studiando le onde sismiche ed esaminando la roccia fusa che fuoriesce dai vulcani . Hanno anche cercato di raccogliere indizi sulla composizione del mantello studiando i meteoriti , che sono forgiati dagli stessi detriti spaziali del nostro pianeta [fonte: Osman ].

Ma tutte queste fonti lasciano molte domande senza risposta. Se gli scienziati alla fine riusciranno a studiare parte del mantello, potrebbero ottenere alcune nuove intuizioni su come si è formata la Terra miliardi di anni fa, come si è sviluppata nel nucleo, nel mantello e nella crosta e come è iniziata la tettonica a zolle. Se possono saperne di più sulla precisa miscela di sostanze chimiche e isotopi nel mantello, possono avere un'idea migliore di come il mantello trasferisce le sostanze chimiche sulla superficie [fonte: Osman ].

Ancora più importante, potrebbero imparare esattamente come il movimento della roccia fluida del mantello influisce sulla crosta terrestre, in particolare come le placche tettoniche si spingono e si tirano l'una contro l'altra [fonte: Cooper ] Sapere di più sul mantello e su come interagisce con la crosta potrebbe un giorno anche aiutarci a prevedere eventi come terremoti ed eruzioni vulcaniche [fonte: Matsu'ura ].

Ma una delle possibilità più allettanti è che gli scienziati possano effettivamente trovare la vita nelle profondità della Terra. Non stiamo parlando dei mostri immaginati da Jules Verne in "Viaggio al centro della Terra", ma piuttosto di minuscoli organismi primitivi chiamati estremofili , che si sono evoluti per resistere a pressioni estreme e temperature elevate (come i microscopici "vermi da inferno" trovato in fondo a un oro sudafricanomio).Gli scienziati hanno già trovato tali organismi nei fondali oceanici più profondi. Se sono in grado di esistere ancora più in profondità nella Terra, gli scienziati ipotizzano che tali organismi potrebbero contenere enzimi unici o altre caratteristiche che i ricercatori potrebbero utilizzare nello sviluppo della biotecnologia. Ancora più importante, potrebbero aiutarci a comprendere i limiti fisiologici della vita [fonte: Osman ].

Nota dell'autore: potresti scavare un buco fino al mantello terrestre?

Da bambino, negli anni '60, amavo leggere i fumetti e uno dei miei preferiti era la versione Classics Illustrated del romanzo di Jules Verne "Viaggio al centro della Terra". Sono rimasto particolarmente affascinato dall'illustrazione di copertina, in cui i personaggi galleggiano nel passaggio sotterraneo del mare che Verne ha immaginato e sono attaccati da mostri marini preistorici. La vividezza di quell'immagine contribuì alla mia delusione alcuni anni dopo, quando appresi durante la lezione di scienze della scuola elementare che la Terra era piena di roccia fusa, che sembrava notevolmente meno interessante.

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