50年代科學家們已經深入海底 - 這是他們迄今為止所發現的

50年代科學家們已經深入海底 - 這是他們迄今為止所發現的 經過成功的海上試驗和科學和鑽探設備的測試,科學鑽探船JOIDES Resolution抵達檀香山。 IODP, CC BY-ND

這真是令人驚嘆但真實的 我們更多地了解月球表面而不是地球的海底。 我們所知道的大部分來自科學海洋鑽探 - 從深海海床系統收集核心樣本。 這個革命性的過程開始於50多年前,當時鑽井船Glomar Challenger在8月11航行到墨西哥灣,1968在聯邦政府資助的第一次遠征 深海鑽探工程.

我在1980進行了我的第一次科學海洋鑽探探險,從那時起又參加了六次遠征,包括遠北大西洋和南極洲的威德爾海。 在我的實驗室裡,我的學生和我一起研究這些探險隊的核心樣本。 這些核心中的每一個都是31英尺長,3英寸寬的圓柱體,就像一本書,其信息等待翻譯成文字。 拿著一個新開的核心,充滿了來自地球海底的岩石和沈積物,就像打開一個罕見的寶箱,記錄著地球歷史上的時間流逝。

半個多世紀以來,科學的海洋鑽探已經證明了板塊構造理論,創造了古海洋學領域,並重新定義了我們如何通過揭示深海生物圈中巨大的多樣性和生命體積來觀察地球上的生命。 還有很多東西需要學習。

 科學家通過從世界海洋盆地鑽探岩心樣本來擴展人類知識,但他們的工作遠未完成。

技術創新

兩項關鍵創新使研究船能夠從深海的精確位置採集核心樣本。 第一種,稱為動態定位,使471-foot船在鑽井和恢復岩心時保持固定,一個位於下一個頂部,通常位於12,000英尺以上的水中。

在這些深度錨定是不可行的。 相反,技術人員在側面放下一個稱為轉發器的魚雷形儀器。 安裝在船體上的稱為傳感器的裝置向應答器發送聲音信號,應答器回复。 機上計算機計算此通信的距離和角度。 船體上的推進器操縱船隻停留在完全相同的位置,抵抗電流,風和波浪的作用力。

50年代科學家們已經深入海底 - 這是他們迄今為止所發現的 再入錐體圍繞鑽桿焊接在一起,然後在更換鑽頭之前降低管道以引導重新插入。 IODP, CC BY-ND

當鑽頭必須在操作中間更換時,出現了另一個挑戰。 海洋的地殼由火成岩組成,在達到所需深度之前很久就會磨損。

當發生這種情況時,鑽井人員將整個鑽桿帶到地面,安裝新的鑽頭並返回到同一個鑽孔。 這需要將管道引導至漏斗形的再入錐體,其小於15英尺寬,放置在鑽孔口處的海洋底部。 這個過程,是 首先在1970中完成,就像在奧林匹克游泳池的深處將一長串意大利麵條放入四分之一英寸寬的漏斗中。

確認板塊構造

當科學海洋鑽探開始在1968,理論 板塊構造 是一個積極辯論的主題。 一個關鍵的想法是在海底的山脊上形成了新的海洋地殼,海洋板塊彼此遠離,地球內部的岩漿在它們之間湧動。 根據這一理論,地殼應該是海脊頂部的新材料,其年齡應隨著距波峰的距離而增加。

證明這一點的唯一方法是分析沉積物和岩心。 在1968-1969的冬季,Glomar Challenger在南大西洋的東部和西部鑽探了七個地點。 大西洋中脊。 海底的火成岩和上覆沉積物的年齡與預測完全一致,證實在海脊和板塊構造上形成海洋地殼是正確的。

50年代科學家們已經深入海底 - 這是他們迄今為止所發現的 Chicxulub撞擊坑的核心部分的一部分。 它是一種岩石,是一種在撞擊過程中形成的岩石,包含岩石碎片和融化的岩石。 IODP, CC BY-ND

重建地球的歷史

地球歷史的海洋記錄比陸地上的地質構造更為連續,風,水和冰的侵蝕和再沉積可能破壞記錄。 在大多數海洋位置,沉積物由顆粒逐層沉積,微化石由微化石沉積,並保留在原位,最終屈服於壓力並變成岩石。

保存在沉積物中的微化石(浮游生物)是美麗且信息豐富的,即使有些小於人類頭髮的寬度。 像大型植物和動物化石一樣,科學家們可以利用這些精緻的鈣和矽結構來重建過去的環境。

由於科學的海洋鑽探,我們知道在小行星撞擊之後 萬年前殺死了所有非禽類恐龍66新的生命在幾年內在火山口邊緣殖民,並在30,000年內 一個完整的生態系統正蓬勃發展。 一些深海生物 通過隕石撞擊生活.

海洋鑽探還表明,一千萬年後,碳的大量排放 - 可能來自 廣泛的火山活動 和甲烷釋放出來的 熔化甲烷水合物 - 引起突然的,強烈的變暖事件,或者說是高溫,稱為 古新世 - 始新世最高溫度。 在這一集中,即使是北極也到了 超過華氏73度.

由於碳釋放到大氣和海洋中而導致的海洋酸化導致深海生態系統的大量溶解和變化。

這一集是氣候變暖快速影響的一個令人印象深刻的例子。 如果我們燃燒地球上所有的化石燃料儲備,估計PETM期間釋放的碳總量約等於人類釋放的碳量。 然而,一個重要的區別是火山和水合物釋放的碳是 以更慢的速度 比我們目前正在釋放化石燃料。 因此,除非我們停止排放碳,否則我們可以期待更加引人注目的氣候和生態系

50年代科學家們已經深入海底 - 這是他們迄今為止所發現的 浮游植物的增強掃描電子顯微鏡圖像(左,矽藻;右,coccolithophore)。 不同的浮游植物物種具有明顯的氣候偏好,這使其成為表層海洋條件的理想指標。 迪布雷格, CC BY-NC-ND

在海洋沉積物中尋找生命

科學海洋鑽探也表明大致存在 海洋沉積物中的細胞與海洋或土壤中的細胞一樣多。 探險在深處的沉積物中發現了生命 超過8000英尺; 在海底沉積物中 86百萬歲; 並在 溫度高於華氏140度.

今天,來自23國家的科學家正在通過該計劃提出並開展研究 國際海洋探索計劃,利用科學海洋鑽探從海底沉積物和岩石中回收數據,並監測海底環境。 Coring正在提供有關板塊構造的新信息,例如海洋地殼形成的複雜性以及深海生物的多樣性。

這項研究費用昂貴,技術和智力都很強烈。 但只有探索深海才能恢復它所擁有的寶藏,更好地了解它的美麗和復雜性。談話

關於作者

Suzanne O'Connell,地球與環境科學教授, 衛斯理大學

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

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