地質学的勝利において、科学者たちは地球のマントルに窓を開けます

大西洋の真ん中にある海底山で、科学者たちは海底から1マイル近く地下を掘削し、前例のない科学的恵みである地球の岩石マントルの破片を引き上げた。

この記録破りの成果は、何十年もの間、地球の大部分を占める神秘的な領域をサンプリングするために地球の地殻を何マイルにもわたって突き破ることを夢見てきた地球科学者たちに衝撃を与えた。熱によるマントルの撹拌は、地殻内のプレートテクトニクスを促進し、山、火山、地震を引き起こします。

ジョイデス・レゾリューション号と呼ばれる海洋掘削船による今回の新たな遠征は、技術的にはマントルへの掘削ではなく、その穴はこれまでに海底下で掘削された中で最も深いものではない。その代わりに、研究者らは北大西洋の特別な「構造の窓」に向かって航行し、そこではドリルが土砂を攻撃するためにそれほど遠くまでトンネルを掘る必要がありません。ここでは、近くの大西洋中央海嶺で海底がゆっくりと引き裂かれるにつれて、マントルの岩石が地表近くまで押しやられています。

5月1日、彼らはU1601Cとして知られる穴の掘削を開始した。遠征隊の共同主任科学者であるアンドリュー・マッケイグ氏は、1990年代に樹立されたマントル岩石の掘削記録がわずか10分の1マイルだったため、浅い「ピン刺し」ができると予想していた。研究者らは、マントルの岩石と水の間の化学反応がどのようにして地球上に生命を誕生させたのかを解明するのに十分なサンプルを回収したいと考えていた。しかし、海洋掘削は不確実な事業である可能性があり、ドリルが動かなくなったり、回収される長い岩石のコアが部分的なサンプルにすぎない可能性があります。

しかし今回は、ドリルによって暗い岩石のチューブが次々と得られ、その多くは驚くほど完成していました。

「それはどんどん深く、深く、深くなっていきました。すると、科学パーティの全員が『おい、これが我々がずっと望んでいたものだ。1960年以来、我々はマントル岩にこれほど深い穴を開けたいと思っていたんだ』と言いました」とマッケイグ氏は語った。ジョイデス決議で、さらに長い暗い岩の部分が船上に引き上げられる数分前に語った。 6月2日に掘削を中止したとき、チームは海底下4,157フィートもの深さから岩石サンプルを採取していた。

「私たちは何十年にもわたって科学コミュニティに栄養を与えてきた野望を達成しました」とマッケイグ氏は語った。

地上の科学者たちは、地球深部への新たな窓を開き、長年にわたる研究の原動力となる大量のデータを期待して、この遠征を熱心に監視してきた。

カリフォルニア大学サンタクルーズ校の水文地質学者アンドリュー・フィッシャー氏は、「我々は彼らが手に入れたもの、つまり素晴らしい岩石部分に興奮しながら月に到着したところだ」と語った。彼らの進捗状況をリモートで監視しています。

1909 年、アンドリヤモホロヴィチッチというクロアチアの地震学者が地球内部の境界を発見しました。

モホロヴィチッチ氏は、X線を使って人体の内部を調べるのと同じように、地震によって発生した地震波が地面をどのように伝わるかを監視した。地表に近づくと、地震波は同じ速度で伝わりましたが、地球上の特定のゾーンを超えると、より速く伝わり、波が 2 つの異なる岩石層を通って移動していたことを示唆しています。

モホと呼ばれるこの不連続部分は、現在では地球の地殻とマントルの間の線として認識されています。その深さはさまざまですが、マントルは通常、海底から約8マイル、大陸から約20マイルの深さから始まります。

「美しくアイスされたケーキを作るように生地を考えてください。しかし、あなたが求めているのはケーキであって、アイシングではありません」と、このプロジェクトのモニタリングも行っているデラウェア大学の地球科学教授ジェシカ・ウォーレンは言う。リモートで進行します。「地球全体を理解したいなら、その下には膨大な量の岩石があるはずです。」

地球の内核は自転を遅くしているようだ

マントルはまったく未知の存在というわけではない。時折、火山の噴火によってその破片が噴き出します。緑がかった橄欖岩の塊は、上部マントルを支配する種類の岩石で、玄武岩の中に埋め込まれています。しかし、マントル捕獲岩と呼ばれるこれらのサンプルには限界があります。なぜなら、それらは地表への移動によって噛み砕かれたり、風化したりすることが多いからです。また、上部マントルの一部が隆起して陸地に貼り付けられた、海洋地殻のシートであるオフィオライトもあります。しかし、彼らもまた旅によって変わってしまった。

科学者たちが長い間切望していたものは、マントル岩の掘削サンプルでした。有名な海洋探検隊であるモホール計画は、1961 年に海底の薄い地殻を掘削してマントルに到達する計画を立てましたが、失敗しました。

マントルが地表に近い海底部分は、数マイルにわたる地殻を掘削するという技術的な困難を伴うことなくサンプルを採取できる機会のように思えた。そこは、JOIDES Resolution 号に乗船している科学者たちが、2024 会計年度に予定されている退役前の最後のミッションの 1 つに照準を合わせた場所です。

チームは4月にポルトガルのアゾレス諸島のポンタ・デルガダを出発し、レーニア山とほぼ同じ大きさの海底山であるアトランティス山塊に向かった。その主な使命は、マントル岩にまだ最も深い穴を掘削することではなく、誕生したばかりの地球に生命が存在しなかったときに、岩石が水と反応して小さな有機分子がどのように形成されたのかを知る手がかりを得るためにそれらの岩石をサンプリングすることでした。

「これは、基本的に水と岩だけを持った状態から進む方法かもしれません」と、今回の遠征の共同主任科学者であり、ウッズホール海洋研究所の科学者でもあるスーザン・ラング氏は語った。「それは水素を生成し、その水素はより小さな有機分子の形成などにとって非常に大きな燃料となり、他の有機分子と結合して初期の生命をもたらすことができます。」

穴 U1601C から抽出された岩石コアは、上部マントルで見つかる最も一般的な種類の岩石であるかんらん岩が大半を占めています。サンプルは海水にさらされることによって変化しており、科学者たちはすでに発見をどう解釈するかについて議論を始めている。

マントルの大部分は地殻の下に埋まっており、この場所のように海に露出していません。そこで根本的な疑問が生じます。最新のサンプルはマントルの残りの部分をどの程度模倣しているのでしょうか? この岩石は本当にマントルを表しているのでしょうか、それとも下部地殻なのでしょうか?

さらに言えば、マントルと地殻の境界は明確な境界なのでしょうか、それとも緩やかな境界なのでしょうか? サンプルは純粋なかんらん岩ではなく、それが重要な証拠となる可能性があります。

フィッシャー氏は、毎日の科学日誌で報告されているさまざまな種類の岩石を挙げながら、「ちょっとした話だが、それが地殻下部の正体かもしれない」と語った。「これは本当に珍しいことです。高度に変化した下部地殻および/または上部マントルの岩石が1キロ以上にわたって存在します。混合物だと思います。」

科学者たちは回収した膨大な量の岩石の処理に忙しく、サンプルを詳細に研究したり、成果の大きさを振り返る機会さえほとんどなかった。ドリルビットは 50 時間ごとに交換する必要があります。船内のチームは 12 時間交代で勤務しており、一分たりとも時間を無駄にしません。

最近の朝、窓から海水が飛沫するのを見たラングさんは気が散ってインタビューを辞退した。

「私はこの海水ステージを見ました。それは常に非常にドラマチックなポイントで、これを切り離し、あちこちで海水のしぶきが大量に飛び散ります」とラングは語った。「通常、これは、約5分以内にコアが甲板に来るという警告です。」

彼ら全員を興奮させているのは、最も深いサンプルから、他のプロセスによる変化が少なく、マントルの実際の材質に近い、さらに「新鮮な」岩石が得られるという期待です。

「深く入るほど、それらの岩石の姿、つまりマントルの姿に近づいていくのです」とウォーレン氏は語った。