Ocean Drilling: ciò che gli scienziati hanno scoperto 50 anni dopo

È incredibile ma vero che sappiamo di più sulla superficie della luna che sul fondo oceanico della Terra. Gran parte di ciò che sappiamo proviene da trivellazioni oceaniche scientifiche: la raccolta sistematica di campioni di base dai fondali profondi. Questo processo rivoluzionario iniziò 50 anni fa, quando la nave di perforazione Glomar Challenger salpò nel Golfo del Messico l'11 agosto 1968, durante la prima spedizione del progetto Deep Sea Drilling finanziato dal governo federale.

Ho intrapreso la mia prima spedizione scientifica di perforazione oceanica nel 1980 e da allora ho partecipato a sei altre spedizioni in località tra cui il lontano Atlantico del Nord e il Mare di Weddell in Antartide. Nel mio laboratorio, i miei studenti e io lavoriamo con campioni di base di queste spedizioni. Ognuno di questi nuclei, che sono cilindri lunghi 31 piedi e larghi 3 pollici, è come un libro la cui informazione è in attesa di essere tradotta in parole. Tenere un nucleo appena aperto, pieno di rocce e sedimenti dal fondo oceanico della Terra, è come aprire un scrigno del tesoro raro che registra il passare del tempo nella storia della Terra.

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Oltre mezzo secolo, la perforazione oceanica scientifica ha dimostrato la teoria della tettonica a placche, ha creato il campo della paleoceanografia e ha ridefinito il modo in cui vediamo la vita sulla Terra rivelando un'enorme varietà e volume di vita nella profonda biosfera marina. E molto altro resta da imparare.

Innovazioni tecnologiche

Due innovazioni chiave hanno consentito alle navi di ricerca di prelevare campioni di base da posizioni precise negli oceani profondi. Il primo, noto come posizionamento dinamico, consente a una nave di 471 piedi di rimanere fissa sul posto durante la perforazione e il recupero dei nuclei, uno sopra l'altro, spesso in oltre 12.000 piedi d'acqua.

L'ancoraggio non è fattibile a queste profondità. Invece, i tecnici rilasciano uno strumento a forma di siluro chiamato transponder sul lato. Un dispositivo chiamato trasduttore, montato sullo scafo della nave, invia un segnale acustico al transponder, che risponde. I computer di bordo calcolano la distanza e l'angolo di questa comunicazione. I propulsori sullo scafo della nave manovrano la nave per rimanere esattamente nella stessa posizione, contrastando le forze delle correnti, del vento e delle onde.

Un'altra sfida si presenta quando le punte da trapano devono essere sostituite a metà operazione. La crosta oceanica è composta da roccia ignea che indossa pezzi giù molto prima che venga raggiunta la profondità desiderata.

Quando ciò accade, il personale di trivellazione porta l'intera perforazione in superficie, monta una nuova punta e torna allo stesso foro. Ciò richiede di guidare il tubo in un cono di rientro a forma di imbuto, largo meno di 15 piedi, posizionato nel fondo dell'oceano alla bocca del foro di perforazione. Il processo, che è stato realizzato per la prima volta nel 1970, è come abbassare una lunga fila di spaghetti in un imbuto largo un quarto di pollice all'estremità più profonda di una piscina olimpionica.

Conferma della tettonica delle placche

Quando le trivellazioni oceaniche scientifiche iniziarono nel 1968, la teoria della tettonica delle placche fu oggetto di un dibattito attivo. Un'idea chiave era che la nuova crosta oceanica era stata creata sulle creste del fondo marino, dove le placche oceaniche si allontanavano l'una dall'altra e il magma proveniente dall'interno della terra si sollevava tra loro. Secondo questa teoria, la crosta dovrebbe essere materiale nuovo sulla cresta delle creste oceaniche, e la sua età dovrebbe aumentare con la distanza dalla cresta.

L'unico modo per dimostrarlo era analizzando i sedimenti e i nuclei di roccia. Nell'inverno del 1968-1969, il Glomar Challenger ha perforato sette siti nell'Oceano Atlantico meridionale a est e ad ovest della dorsale medio-atlantica. Sia le rocce ignee del fondo oceanico che i sedimenti sovrastanti sono invecchiati in perfetto accordo con le previsioni, confermando che la crosta oceanica si stava formando sulle creste e la tettonica delle placche era corretta.

Ricostruire la storia della Terra

Le registrazioni oceaniche della storia della Terra sono più continue delle formazioni geologiche sulla terra, dove l'erosione e la rideposizione del vento, dell'acqua e del ghiaccio possono disturbare il record. Nella maggior parte delle posizioni oceaniche il sedimento viene depositato particella per particella, microfossile mediante microfossile e rimane sul posto, alla fine soccombendo alla pressione e trasformandosi in roccia.

I microfossili (plancton) conservati nei sedimenti sono belli e istruttivi, anche se alcuni sono più piccoli della larghezza di un capello umano. Come i più grandi fossili di piante e animali, gli scienziati possono utilizzare queste delicate strutture di calcio e silicio per ricostruire gli ambienti del passato.

Grazie alle trivellazioni oceaniche scientifiche, sappiamo che dopo un attacco di asteroidi hanno ucciso tutti i dinosauri non-aviari 66 milioni di anni fa, nuova vita ha colonizzato il bordo del cratere in anni, e in 30.000 anni un ecosistema completo era fiorente. Alcuni organismi oceanici profondi vivevano proprio attraverso l'impatto dei meteoriti.

Le trivellazioni oceaniche hanno anche dimostrato che dieci milioni di anni dopo, una massiccia scarica di carbonio - probabilmente da un'intensa attività vulcanica e metano rilasciato dagli idrati di metano in fusione - ha causato un brusco, intenso evento di riscaldamento, o ipertermale, chiamato il massimo termico paleocenico-eocenico. Durante questo episodio, anche l'Artico ha raggiunto oltre 73 gradi Fahrenheit.

La conseguente acidificazione dell'oceano dal rilascio di carbonio nell'atmosfera e nell'oceano ha causato una massiccia dissoluzione e un cambiamento nell'ecosistema oceanico profondo.

Questo episodio è un esempio impressionante dell'impatto del riscaldamento climatico rapido. Si stima che la quantità totale di carbonio rilasciata durante il PETM sia all'incirca uguale alla quantità che gli esseri umani rilasceranno se bruciassimo tutte le riserve di combustibile fossile della Terra. Tuttavia, una differenza importante è che il carbonio rilasciato dai vulcani e dagli idrati era molto più lento di quello che stiamo attualmente rilasciando combustibile fossile. Quindi possiamo aspettarci cambiamenti climatici ed ecosistemici ancora più drammatici, a meno che non smettiamo di emettere carbonio.

Trovare la vita nei sedimenti oceanici

La perforazione oceanica scientifica ha anche dimostrato che ci sono circa il numero di cellule nei sedimenti marini come nell'oceano o nel suolo. Le spedizioni hanno trovato la vita in sedimenti a profondità superiori a 8000 piedi; nei depositi del fondo marino che hanno 86 milioni di anni; ea temperature superiori a 140 gradi Fahrenheit.

Oggi gli scienziati di 23 nazioni stanno proponendo e conducendo ricerche attraverso l'International Ocean Discovery Program, che utilizza la perforazione oceanica scientifica per recuperare i dati dai sedimenti e dalle rocce del fondale marino e per monitorare gli ambienti sotto il fondale oceanico. Il coring sta producendo nuove informazioni sulla tettonica a placche, come la complessità della formazione della crosta oceanica e la diversità della vita negli oceani profondi.

Questa ricerca è costosa, e tecnologicamente e intellettualmente intensa. Ma solo esplorando il mare profondo possiamo recuperare i tesori che contiene e comprendere meglio la sua bellezza e complessità.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation di Suzanne O'Connell. Leggi l'articolo originale qui.