A földkéreg harmadáig már sikerült lefúrnunk, a cél a Föld magját burkoló köpeny elérése

A Qubit a szabad és tájékozott magyar nyilvánosságért dolgozik. Segítsd a munkánkat!

Jacques Piccard és Don Walsh 1960-ban érte el a Föld óceánjainak legmélyebb pontját, a Mariana-árok Challenger mélységét, a Trieste mélytengeri tengeralattjáró fedélzetén. Ezzel nagyjából egy időben amerikai kutatók egy csoportja ennél is ambiciózusabb expedícióra kerekedett: a földkéreg és a földköpeny határából terveztek mintát venni, amiről úgy gondolták, végleg igazolhatja, hogy a Föld külső részét vándorló kőzetlemezek alkotják.

Az előző évben megkezdődő űrverseny és a hidegháború kontextusában 1958-ban létrehozott Mohole-projekt célja az Andrija Mohorovičić horvát geofizikusról elnevezett Moho-határvonalból való mintavétel volt. Azt már ekkor tudták a kutatók, hogy a kéreg és köpeny közötti régió elérése a kontinentális kéreg 25–70 kilométeres vastagsága miatt csak a sokkal vékonyabb, 5–10 kilométeres óceáni kéreg átfúrásával lenne lehetséges. A projekt fő támogatója Harry Hess amerikai geológus volt, a lemeztektonika elméletének egyik megalapozója, aki kidolgozta az elmélethez kulcsfontosságú tengeraljzat-szétterülés folyamatát.

A Mohole tesztprojekt úszó fúrótornyaFotó: Fritz Goro/The LIFE Picture Collection

Hess úgy vélte, hogy a Mohole-lal megvalósított mintavétel segíthet tesztelni a tengeraljzat-szétterülés hipotézisét. A projekt 1961-ban el is indult, a sikeres tesztfúrásokat a CUSS I olajfúró hajóról, Mexikó nyugati partjától több mint 200 kilométerre végezték. Ezalatt öt, maximum 183 méter mélyre hatoló lyukat hoztak létre, 3600 méterrel a tengerszint alatti aljzatban. A nem kikötött hajó által, dinamikus pozicionálással végzett mélyvízi fúrás ekkor rendkívüli technikai eredménynek számított, és a fúrások során vett, miocén korú vulkanikus kőzetminták tudományos szempontból is érdekesnek bizonyultak.

A projekt azonban súlyos menedzsmentproblémák, a tudományos célokat és a fúrás helyszínét érintő viták, technikai kihívások, illetve növekvő költségek miatt nem tudott folytatódni, és végül a Kongresszus 1966-ban megvonta a projekt támogatását. A Mohole kudarca ellenére a tesztfúrások megalapozták a következő évtizedek mélytengeri fúrási programjait, és a munka 1968-ban folytatódhatott is, immár a DSDP programmal. Ez más geológiai és geofizikai kutatásokkal együtt az óceáni kéregből való mintavétellel fontos szerepet játszott az addigra már elfogadottá váló lemeztektonikai elmélet végső igazolásában, és az 1970-es évek elejére lényegében teljesítette a Mohole tudományos célkitűzését. A sikeres DSDP programot a nemzetközi együttműködésben végzett integrált óceánfúrási program (IODP) követte 2003–2013 közt, amelynek a máig tartó nemzetközi óceán-felfedezési program (IODP) vette át a helyét. Ez utóbbi 2016-ban, a Chicxulub-kráterbe való lefúrással lehetővé tette a Kréta végi kihalást okozó becsapódás forgatókönyvének rekonstruálását.

A legmélyebbre jutó fúrások rekordját azonban nem az óceáni programok, hanem a szárazföldi fúrások tartják. Az Oklahoma államban található Washita megyében 1974-ben fejezték be a Bertha Rogers olajkút fúrását, amely 9583 méteres rekordmélységbe jutott le. A fúrást a hatalmas nyomás és a fúrócsövek körül megszilárduló folyékony kénlerakódás miatt nem lehetett ennél is tovább folytatni.

Öt évvel később, a Kola-félszigeten zajló szovjet tudományos fúrási program megdöntötte a Bertha Rogers korábbi rekordját. Az 1970-ben kezdődött Kola Szupermély Fúrással az volt a szovjetek célja, hogy a lehető legmélyebbre fúrjanak, a területen közel 35 kilométer mély földkéregben. 13 évnyi munka után, 1983-ban egy második, 23 centiméter széles furatlyukkal 12 kilométeres mélységre jutottak le, majd 1989-ben a harmadik furatlyukkal az azóta is rekordnak számító 12 262 méterre.

A Kola-félszigeten végrehajtott fúrás helyszíneForrás: Wikimedia Commons

A szupermély fúrás a Balti-pajzs archaikum eonban (4–2,5 milliárd évvel ezelőtt) keletkezett kőzeteibe hatolt be. Kiderült, hogy a várakozásokkal ellentétben 3–6 kilométer mélyen nincs gránitból bazaltos kőzetekbe való átmenet, mint ahogy arra a szeizmikus mérések utaltak, ehelyett a jelet metamorf rétegek eredményezték. Emellett a kőzetek repedései vizet tartalmaztak, ami a kutatók szerint a környező kőzetek ásványaiból származhatott. Szintén váratlan volt, hogy több mint 6 kilométerrel a felszín alatt plankton mikrofosszíliákra bukkantak, amelyek a magas hőmérséklet és nyomás ellenére jó állapotban maradtak meg. A 12 kilométeres mélység elérése után a Szovjetunió felbomlásával eltűnő források, illetve a kőzetrétegek vártnál lényegesen magasabb, 180 fokos hőmérséklete lehetetlenítette el a további fúrást, így 1994-ben minden munka befejeződött a területen, és lezárták a furatlyukakat.

A Német kontinentális fúrási projekt helyszíneFotó: GEO-Zentrum és KTB

Van azonban egy mélyfúrás, amely máig helyt ad tudományos kísérleteknek. A német kontinentális fúrási program (KTB) 1987-ben indult Windischeschenbach település mellett, a cseh határ közelében. Az akár 250-300 fokos hőmérsékletet is elviselő fúró 1994-ben fejezte be munkáját, 9101 méteres mélységben, a kontinentális kéreg közel egyharmadának átfúrásával. A Kola-fúráshoz hasonlóan itt is víz áramlott a mélyen fekvő kőzetrétegek repedéseiben, illetve sokkal gyorsabban emelkedett a hőmérséklet: 9100 méteren már 260 fokot ért el, miközben ezt a forróságot 10–14 kilométeres mélységben várták. Mint Christoph Clauser és kollégái 1997-ben, a Journal of Geophysical Research folyóiratban közölt tanulmányukban összefoglalták, a jelentős eltérést alapvetően a felső 1500 méter hőmérsékleti gradiensének hibás meghatározása okozta, mivel a jelenkori hőmérséklettel való kalkuláció helyett a kéregre akár 4 kilométer mélyen kiható paleohőmérsékletet, konkrétabban a pleisztocén kori hőmérséklet változásait is figyelembe kellett volna venni.

A program a Föld mélyének hangját is segítette rögzíteni. Lotte Geevan holland multimédia-művész 2014-ben a fúrással összefüggő kutatómunkát koordináló Német Geofizikai Kutatóintézet munkatársai segítségével egy hőtől védett mikrofont engedett le a furatlyukba, és mély, mormoló hangot vett fel.

Szintén 2014-ben kezdődött meg Ázsia legmélyebb szárazföldi fúrási projektje, az északkelet-kínai Szungliao-medencében, amelynek üledékes kőzetei jelentős olaj- és földgáztartalékokat rejtenek. A Szungko-fúrás 2018-as befejeződésekor 7018 méteres mélységet ért el, és a krétától a karbon időszakig tartó rétegeket tárt fel. A kutatók szerint a furatminták egyesítése az első olyan szárazföldi rétegoszlopot hozza létre, amely a teljes, 145 millió évtől 66 millió évig tartó kréta időszakot lefedi.

Szent András-törésvonal obszervatórium sematikus illusztrációjaIllusztráció: SAFOD

A német fúrási projektnél még fontosabb tudományos megfigyeléseket végez a kaliforniai Szent András-törésvonal obszervatórium, melynek 3,2 kilométeres mélységet elérő, a törésvonalat átszelő fő furatlyuka 2007-ben készült el. Az obszervatórium mélybe eresztett geofonok segítségével a két kőzetlemez találkozása által keltett földrengéseket figyeli meg, ezáltal az amerikai földtani intézet (USGS) szerint pontosan fényt deríthet a földrengéseket a törésvonalban kiváltó fizikai és kémiai folyamatokra.

A Föld kérgében végzett tudományos fúrások története ezzel nem ér véget. Ha minden jól alakul, a nemzetközi óceánfelfedezési program több mint fél évszázaddal a Mohole-projekt után teljesítheti annak eredeti célkitűzését. Az M2M (Mohole-tól a köpenyig) program japán kutatók vezetésével a következő években 6 kilométer mélyre szeretne lefúrni az óceáni kéregben, a Csendes-óceán nyugati részén, hogy eljusson a földkéreg és a felső köpeny határáig, és annak feltárásra váró titkaiig.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: