Nasza planeta składa się z trzech głównych części (geosfery). Rdzeń znajduje się w środku, nad nim rozciąga się gęsty i lepki płaszcz, a dość cienka skorupa jest najwyższą warstwą ciała stałego Ziemi. Granica między skorupą a płaszczem nazywana jest powierzchnią Mohorovichic. Głębokość jej występowania nie jest taka sama w różnych regionach: pod skorupą kontynentalną może osiągnąć 70 km, pod oceanem - tylko około 10. Jaka jest ta granica, co o niej wiemy, a czego nie wiemy, ale możemy założyć?
Zacznijmy od historii problemu.
Otwarcie
Początek XX wieku upłynął pod znakiem rozwoju naukowej sejsmologii. Seria potężnych trzęsień ziemi, które miały niszczycielskie konsekwencje, przyczyniła się do systematycznych badań tego budzącego grozę zjawiska naturalnego. Rozpoczęto katalogowanie i mapowanie źródeł trzęsień ziemi rejestrowanych instrumentalnie, a cechy fal sejsmicznych zaczęto aktywnie badać. Szybkość ich propagacji zależy od gęstości i sprężystościśrodowiska, co umożliwia uzyskanie informacji o właściwościach skał w trzewiach planety.
Otwory nie trwały długo. W 1909 r. jugosłowiański (chorwacki) geofizyk Andrija Mohorovichic przetworzył dane dotyczące trzęsienia ziemi w Chorwacji. Stwierdzono, że sejsmogramy takich płytkich trzęsień ziemi, uzyskane na stacjach oddalonych od epicentrum, przenoszą dwa (lub nawet więcej) sygnały z jednego trzęsienia ziemi - bezpośrednie i załamane. Ten ostatni świadczył o nagłym (od 6,7-7,4 do 7,9-8,2 km/s dla fal podłużnych) wzrostem prędkości. Naukowiec kojarzył to zjawisko z obecnością pewnej granicy oddzielającej warstwy podglebia o różnej gęstości: płaszcz położony głębiej, zawierający gęste skały, oraz skorupa – górna warstwa, złożona ze skał lżejszych.
Na cześć odkrywcy, interfejs między skorupą a płaszczem został nazwany jego imieniem i jest znany jako granica Mohorovichic (lub po prostu Moho) od ponad stu lat.
Gęstość skał oddzielonych przez Moho również gwałtownie się zmienia - od 2,8-2,9 do 3,2-3,3 g/cm3. Nie ma wątpliwości, że te różnice wskazują na różne składy chemiczne.
Jednak próby dotarcia bezpośrednio do dna skorupy ziemskiej jak dotąd nie powiodły się.
Projekt Mohole – Start zza oceanu
Pierwszą próbę dotarcia do płaszcza podjęły Stany Zjednoczone w latach 1961-1966. Projekt został nazwany Mohole - od słów Moho i dziura „dziura, dziura”. Miało to osiągnąć cel wiercąc dno oceanu,wyprodukowany z testowej platformy pływającej.
Projekt napotkał poważne trudności, fundusze zostały przekroczone, a po zakończeniu pierwszego etapu prac Mohol został zamknięty. Wyniki eksperymentu: wiercono pięć odwiertów, próbki skał pobrano z baz altowej warstwy skorupy oceanicznej. Udało nam się przewiercić dno na 183 m.
Kola Superdeep – przebijaj się przez kontynent
Do dziś jej rekord nie został pobity. Najgłębsze badania i najgłębszą studnię pionową położono w 1970 roku, prace nad nią prowadzono z przerwami do 1991 roku. Projekt miał wiele zadań naukowo-technicznych, część z nich pomyślnie rozwiązano, wydobyto unikalne próbki skał skorupy kontynentalnej (całkowita długość rdzeni wynosiła ponad 4 km). Ponadto podczas wiercenia uzyskano szereg nowych nieoczekiwanych danych.
Wyjaśnienie natury Moho i ustalenie składu górnych warstw płaszcza należało do zadań Kola Superdeep, ale studnia nie dotarła do płaszcza. Wiercenie zostało zatrzymane na głębokości 12 262 m i nie zostało wznowione.
Nowoczesne projekty wciąż są za oceanem
Pomimo dodatkowych wyzwań związanych z odwiertami głębinowymi, obecne programy planują dotrzeć do granicy Moho przez dno oceanu, ponieważ skorupa ziemska jest tutaj znacznie cieńsza.
Obecnie żaden kraj nie jest w stanie samodzielnie przeprowadzić tak dużego projektu jak ultragłębokie wiercenie, aby dotrzeć do dachu płaszcza. Od 2013 roku w ramach Programu MiędzynarodowegoIODP (International Ocean Discovery Program: Exploring the Earth Under the Sea) realizuje projekt Mohole to Mantle. Wśród jego celów naukowych jest pozyskiwanie próbek materii płaszcza poprzez wiercenie bardzo głębokiej studni na Oceanie Spokojnym. Głównym narzędziem w tym projekcie jest japoński statek wiertniczy „Tikyu” – „Ziemia”, zdolny zapewnić głębokość wiercenia do 10 km.
Możemy tylko czekać, a jeśli wszystko pójdzie dobrze, w 2020 roku nauka w końcu wydobędzie kawałek płaszcza z samego płaszcza.
Zdalne wykrywanie wyjaśni właściwości granicy Mohorovicic
Ponieważ nadal nie jest możliwe bezpośrednie badanie podglebia na głębokościach odpowiadających występowaniu sekcji skorupowo-płaszczowej, wyobrażenia na ich temat opierają się na danych uzyskanych metodami geofizycznymi i geochemicznymi. Geofizyka zapewnia naukowcom głębokie sondowanie sejsmiczne, głębokie sondowanie magnetotelluryczne, badania grawimetryczne. Metody geochemiczne umożliwiają badanie fragmentów skał płaszcza - ksenolitów wyniesionych na powierzchnię oraz skał wnikających w skorupę ziemską podczas różnych procesów.
Więc ustalono, że granica Mohorovichica oddziela dwa ośrodki o różnej gęstości i przewodności elektrycznej. Powszechnie przyjmuje się, że ta cecha odzwierciedla chemiczną naturę Moho.
Powyżej interfejsu znajdują się stosunkowo lekkie skały dolnej skorupy, które mają głównyskład (gabroidy), - ta warstwa jest konwencjonalnie nazywana „baz altem”. Poniżej granicy znajdują się skały górnego płaszcza - ultramaficzne perydotyty i wydony, aw niektórych obszarach pod kontynentami - eklogity - głęboko przeobrażone skały maficzne, być może relikty starożytnego dna oceanicznego, przeniesione do płaszcza. Istnieje hipoteza, że w takich miejscach Moho jest granicą przejścia fazowego substancji o tym samym składzie chemicznym.
Ciekawą cechą Moho jest to, że kształt granicy łączy się z rzeźbą powierzchni ziemi, odzwierciedlając ją: pod zagłębieniami granica jest uniesiona, a pod pasmami górskimi zagina się głębiej. W konsekwencji urzeczywistnia się tu izostatyczna równowaga skorupy, jakby zanurzona w górnym płaszczu (dla jasności przypomnijmy sobie górę lodową unoszącą się w wodzie). Ziemska grawitacja również „głosuje” za tym wnioskiem: granica Mohorovichic jest teraz globalnie zmapowana dogłębnie dzięki wynikom obserwacji grawitacyjnych z europejskiego satelity GOCE.
Obecnie wiadomo, że granica jest ruchoma, może nawet zapaść się podczas głównych procesów tektonicznych. Przy pewnym poziomie ciśnienia i temperatury tworzy się ponownie, co wskazuje na stabilność tego zjawiska wnętrza Ziemi.
Dlaczego jest to potrzebne
Zainteresowanie naukowców Moho nie jest przypadkowe. Oprócz ogromnego znaczenia dla nauk podstawowych, bardzo ważne jest wyjaśnienie tego zagadnienia dla stosowanych obszarów wiedzy, takich jak niebezpieczne procesy naturalne o charakterze geologicznym. Oddziaływanie materii po obu stronach odcinka skorupowo-płaszczowego, złożone życie samego płaszcza, mają decydujący wpływ na wszystko, co dzieje się na powierzchni naszej planety - trzęsienia ziemi, tsunami, różne przejawy wulkanizmu. Lepsze ich zrozumienie oznacza dokładniejsze przewidywanie.
