Ocean Drilling: Was Wissenschaftler 50 Jahre später entdeckt haben

Es ist erstaunlich, aber wahr, dass wir mehr über die Oberfläche des Mondes wissen als über den Meeresboden der Erde. Ein Großteil des Wissens stammt aus wissenschaftlichen Meeresbohrungen - der systematischen Entnahme von Kernproben aus dem Tiefseeboden. Dieser revolutionäre Prozess begann vor 50 Jahren, als das Bohrschiff Glomar Challenger am 11. August 1968 auf der ersten Expedition des staatlich finanzierten Deep Sea Drilling Project in den Golf von Mexiko segelte.

Ich habe 1980 meine erste wissenschaftliche Ozeanbohrexpedition unternommen und habe seitdem an sechs weiteren Expeditionen teilgenommen, unter anderem am weit entfernten Nordatlantik und am Weddellmeer der Antarktis. In meinem Labor arbeiten meine Schüler und ich mit Kernproben dieser Expeditionen. Jeder dieser Kerne, deren Zylinder 31 Fuß lang und 3 Zoll breit sind, ist wie ein Buch, dessen Informationen darauf warten, in Worte übersetzt zu werden. Das Halten eines neu geöffneten Kerns, gefüllt mit Steinen und Sedimenten vom Meeresboden der Erde, ist wie das Öffnen einer seltenen Schatzkiste, die den Lauf der Zeit in der Erdgeschichte erfasst.

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Wissenschaftliche Meeresbohrungen haben die Theorie der Plattentektonik über ein halbes Jahrhundert hinweg bewiesen, das Gebiet der Paläozeanographie geschaffen und neu definiert, wie wir das Leben auf der Erde betrachten, indem es eine enorme Vielfalt und ein großes Volumen an Lebensräumen in der tiefen Meeresbiosphäre offenbart. Und es bleibt noch viel zu lernen.

Technologische Innovationen

Zwei wichtige Neuerungen ermöglichten es Forschungsschiffen, Kernproben von genauen Orten in den tiefen Ozeanen zu entnehmen. Die erste, als dynamische Positionierung bezeichnete, ermöglicht es einem 471-Fuß-Schiff, während des Bohrens und der Gewinnung von Kernen an Ort und Stelle fixiert zu werden, einer auf den anderen, oft in über 12.000 Fuß Wasser.

In diesen Tiefen ist eine Verankerung nicht möglich. Stattdessen lassen die Techniker ein torpedoförmiges Instrument, Transponder genannt, über die Seite fallen. Ein Gerät, ein Wandler, der am Schiffsrumpf montiert ist, sendet ein akustisches Signal an den Transponder, der antwortet. Computer an Bord berechnen die Entfernung und den Winkel dieser Kommunikation. Schubdüsen auf dem Schiffsrumpf manövrieren das Schiff so, dass es sich genau an derselben Stelle befindet und den Kräften von Strömungen, Wind und Wellen entgegenwirkt.

Eine weitere Herausforderung ergibt sich, wenn Bohrer während des Betriebs ausgetauscht werden müssen. Die Meereskruste besteht aus magmatischem Gestein, das sich schon lange vor dem Erreichen der gewünschten Tiefe abnutzt.

In diesem Fall bringt die Bohrmannschaft das gesamte Bohrrohr an die Oberfläche, bringt einen neuen Bohrer auf und kehrt zum selben Loch zurück. Dies erfordert das Führen des Rohrs in einen trichterförmigen Wiedereintrittskegel mit einer Breite von weniger als 15 Fuß, der sich am Meeresgrund an der Mündung des Bohrlochs befindet. Das Verfahren, das erstmals 1970 durchgeführt wurde, ist, als würde man einen langen Spaghetti-Strang in einen viertel Zoll breiten Trichter am tiefen Ende eines olympischen Schwimmbeckens absenken.

Bestätigung der Plattentektonik

Als 1968 mit wissenschaftlichen Meeresbohrungen begonnen wurde, war die Theorie der Plattentektonik Gegenstand aktiver Debatten. Eine Schlüsselidee war, dass neue Meereskruste an den Rücken des Meeresbodens geschaffen wurde, wo sich ozeanische Platten voneinander entfernten und Magma aus dem Erdinneren zwischen ihnen aufstieg. Nach dieser Theorie sollte die Kruste ein neues Material auf dem Kamm der Meeresrücken sein, und ihr Alter sollte mit der Entfernung vom Kamm zunehmen.

Die einzige Möglichkeit, dies zu beweisen, bestand in der Analyse von Sedimenten und Gesteinskernen. Im Winter 1968-1969 bohrte der Glomar Challenger sieben Stellen im Südatlantik östlich und westlich des Mittelatlantikkamms. Sowohl die magmatischen Gesteine ​​des Meeresbodens als auch die darüber liegenden Sedimente gealterten in perfekter Übereinstimmung mit den Vorhersagen und bestätigten, dass sich an den Graten und der Plattentektonik Ozeankruste bildete.

Rekonstruktion der Erdgeschichte

Der Meeresrekord der Erdgeschichte ist beständiger als geologische Formationen an Land, wo Erosion und Neupositionierung durch Wind, Wasser und Eis den Rekord stören können. In den meisten Meeresregionen wird Sediment Partikel für Partikel, Mikrofossil für Mikrofossil abgelagert und bleibt an Ort und Stelle, unterliegt schließlich Druck und verwandelt sich in Gestein.

Mikrofossilien (Plankton), die in Sedimenten konserviert sind, sind schön und informativ, auch wenn einige kleiner sind als die Breite eines menschlichen Haares. Wie größere Pflanzen- und Tierfossilien können Wissenschaftler diese empfindlichen Strukturen aus Kalzium und Silizium verwenden, um vergangene Umgebungen zu rekonstruieren.

Dank wissenschaftlicher Meeresbohrungen wissen wir, dass nach einem Asteroidenangriff vor 66 Millionen Jahren alle nicht-aviären Dinosaurier getötet wurden, das neue Leben innerhalb von Jahren den Kraterrand besiedelte und innerhalb von 30.000 Jahren ein volles Ökosystem florierte. Ein paar tiefe Meeresorganismen lebten direkt durch den Meteoriteneinschlag.

Meeresbohrungen haben auch gezeigt, dass zehn Millionen Jahre später ein massiver Austrag von Kohlenstoff - wahrscheinlich aufgrund ausgedehnter vulkanischer Aktivität und Methan, das aus schmelzenden Methanhydraten freigesetzt wird - ein plötzliches, intensives Erwärmungsereignis oder Hyperthermie hervorgerufen hat, das als Paleocene-Eocene-Temperaturmaximum bezeichnet wird. Während dieser Episode erreichte sogar die Arktis über 73 Grad Fahrenheit.

Die daraus resultierende Versauerung des Ozeans durch die Freisetzung von Kohlenstoff in die Atmosphäre und den Ozean verursachte eine massive Auflösung und Veränderung im Ökosystem der tiefen Ozeane.

Diese Episode ist ein beeindruckendes Beispiel für die Auswirkungen der raschen Klimaerwärmung. Es wird geschätzt, dass die Gesamtmenge an Kohlenstoff, die während des PETM freigesetzt wird, ungefähr der Menge entspricht, die der Mensch freisetzen wird, wenn wir alle fossilen Reserven der Erde verbrennen. Ein wichtiger Unterschied ist jedoch, dass der von den Vulkanen und Hydraten freigesetzte Kohlenstoff viel langsamer war als wir derzeit fossile Brennstoffe freisetzen. Daher können wir noch dramatischere Klima- und Ökosystemänderungen erwarten, wenn wir nicht aufhören, Kohlenstoff zu emittieren.

Das Leben in Ozeansedimenten finden

Wissenschaftliche Meeresbohrungen haben auch gezeigt, dass es ungefähr genauso viele Zellen in marinen Sedimenten gibt wie im Meer oder im Boden. Expeditionen haben das Leben in Sedimenten in einer Tiefe von mehr als 8000 Fuß gefunden. in Meeresbodenablagerungen, die 86 Millionen Jahre alt sind; und bei Temperaturen über 140 Grad Fahrenheit.

Heute schlagen Wissenschaftler aus 23 Nationen das internationale Ozeanentdeckungsprogramm vor, das wissenschaftliche Untersuchungen durchführt, um Daten aus Meeresbodensedimenten und Gesteinen zu gewinnen und die Umwelt unter dem Meeresboden zu überwachen. Coring liefert neue Informationen über die Plattentektonik, wie die Komplexität der Krustenbildung im Ozean und die Vielfalt des Lebens in den tiefen Ozeanen.

Diese Forschung ist teuer und technologisch und intellektuell intensiv. Nur durch die Erkundung der Tiefsee können wir die Schätze, die sich darin befinden, wiederfinden und deren Schönheit und Komplexität besser verstehen.

Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation von Suzanne O’Connell veröffentlicht. Lesen Sie hier den Originalartikel.