Pod povrch pomeranče

Vědci se chystají provrtat pod zemskou kůru. Lépe porozumějí zemětřesením i tsunami

Vědci se zatím dostali do takové hloubky Země, jako když zapíchnete špendlík 0,2 milimetru do pomeranče. Co je dál, sice odhadujeme, ale přesně to nevíme. Proto teď vrcholí přípravy na cestu ke středu Země, o níž zatím spisovatelé snili ve sci-fi románech. Vědci se chtějí provrtat pod zemskou kůru do zemského pláště, odtud vyzvednuté vzorky pak mají být pokladem „srovnatelným s významem měsíčních kamenů z mise Apollo“, jak se píší v magazínu Nature.

Výkop oslavou výročí

Se svými plány se Damon Teagle z britské Univerzity v Southamptonu a Benoit Ildefonse z francouzské Univerzity v Montpellier pochlubili světu u příležitosti padesátiletého výročí prvního pokusu, který měl poodhalit tajemství zemské kůry. Tehdy, na jaře v roce 1961, se ve východním Pacifiku poblíž Guadalupe vědci odhodlali k projektu zvaném Mohole. Hodlali se totiž provrtat přes takzvanou Mohorovičičovu diskontinuitu (zkracovanou na Moho), která odděluje zemskou kůru od pláště a tlumí intenzitu seizmické aktivity. Přestože o jejich snažení psal reportáže pro magazín Life slavný literát a amatérský oceánograf John Steinbeck, byl projekt po pěti letech a dosažení hloubky 180 metrů zrušen. Americkému Kongresu se čím dál dražší projekt přestal líbit.
„Tehdy byly tektonické desky rodící se a rozhodně ne široce akceptovanou teorií. A vědci neměli ani jasno v tom, jak to funguje,“ připomenul Teagle nevýhody načasování prvního pokusu v rozhovoru pro americkou rozhlasovou síť NPR. Během uplynulého půlstoletí se ale vědci naučili tolik, že mají lepší představu o tom, co je při vrtání čeká. K dispozici je navíc technologie, která jim dovolí provrtat se přes šest kilometrů pod dno oceánu. Ostatně k hlubším vodám se dostaly i ropné těžební společnosti.
První pokus přesto nevyjde nazmar. Jeho původní poloha je jedním z uvažovaných míst pro druhý pokus, další je například nedaleko Kostariky. V oceánu chtějí vědci vrtat, protože tam je zemská kůra nejtenčí. Zatímco během pozemského hloubkového průzkumu by se museli vyrovnat s třiceti až šedesáti kilometry kůry (proto se ani dvanáctikilometrový vrt ruských vědců během programu SG3 v 70. a 80. letech pláště nedobral), u oceánů jim překáží „jen“ šest až sedm kilometrů.
Na druhou stranu musejí při práci na vlnách oceánu vědci k hloubce vrtu připočítat přibližně 3,5 kilometru od hladiny ke dnu. S problémem vln, které průzkumnou loď mohou různě nadzvedávat či posunovat, jim má pomoci technologie GPS a loď Chikyu patřící japonské výzkumné společnosti Jamstec. O obojím si v 60. letech mohli nechat jen zdát. Chikyu se zhruba stometrovou vrtnou věží je schopná unést až deset kilometrů vrtných tyčí, jejichž nitrem bude možné vynést „pruty“ vzorků hornin. Udrží přesnou polohu během doby, kdy se musí zhruba po každých padesáti hodinách vyměňovat opotřebované vrtné hlavice.

Hledá se podzemský život

I když se vědci vyznají ve fungování tektonických desek a jejich složení lépe než v šedesátých letech, mají pořád co objevovat. Přece jen se ještě nedostali ani pod slupku pomeranče. „Na základní otázky, jak se Země vyvinula, budeme moci odpovědět teprve tehdy, až pochopíme strukturu zemské kůry. Tedy jak kůra vrstvou Moho přechází k zemskému plášti i složení pláště samotného,“ vysvětluje cíl projektu Teagle pro BBC.
Ačkoli se Moho i plášť na různých místech ve svém složení a fungování liší stejně jako zemská kůra, slibují si výzkumníci vědeckou revoluci i od jednoho vzorku. Pomohl by pochopit chemické složení, o němž mají dosud představu jen z hornin vyvržených sopečnou lávou či z vrstev uvězněných v horských masivech. Je ale jasné, že tyto vzorky jsou deformované, metamorfované anebo prošly erozí. Nejlepší variantou by pro vědce bylo, kdyby se jim postupně podařilo získat vzorky přímo z pláště, a navíc z různých míst.
„Je to velmi důležité. V závislosti na složení se budou lišit fyzikální vlastnosti pláště a budou mít různý efekt na dynamiku Země. Během toho se plášť může pohybovat, eventuálně se částečně roztaví a vyprodukuje magma, které je vyneseno na povrch a vytvoří například novou oceánskou kůru,“ uvádí Ildefonse.
Vědci by mohli díky průzkumu složení zemského pláště a efektů Mohorovičičovy diskontinuity lépe pochopit proces vedoucí k vulkanické aktivitě. Lépe by se mohlo porozumět i tektonickým deskám a jejich pohybu, který je příčinou zemětřesení či vln tsunami, jejichž následky momentálně řeší země vycházejícího Slunce. Právě Moho totiž může za to, že zatímco pod ní kmitají seizmické vlny rychlostí 7,6 až 8,6 kilometru za vteřinu, po jejím překročení přibrzdí přibližně o kilometr. Pochopení jejího vlivu by tak možná mohlo vědcům budoucnosti pomoci vymyslet pozemskou vrstvu, která by zemětřesení v kritických místech utlumila ještě o něco více.
Dalším důvodem pokusů o cestu do středu Země je možnost nalézt známky „podzemského života“ v hloubkách, kde ho zatím nikdo nehledal. Bylo by paradoxní, kdybychom našli prozatím neznámé, byť jen mikroskopické formy života cestou do středu Země spíše než při fascinaci vyvolávajících cestách do vesmíru. „Až do teploty 120 stupňů Celsia jsme našli důkazy o mikrobiální aktivitě, kamkoli jsme se podívali. Na to bychom si cestou k zemskému plášti určitě také posvítili,“ přesvědčuje Damon Teagle časopis National Geographic.

Pár let a je to

Než se vědcům všechny ty úžasné objevy podaří, chvilku to potrvá. A to nejen kvůli tomu, že zmiňovaná průzkumná loď Chikyu byla poškozena vlnou tsunami po nedávném zemětřesení. Ačkoli průzkum vrtu z šedesátých let se rozbíhá už toto jaro, do větších hloubek se vědci vydají nejdříve v roce 2018. „Jakkoli může být zajímavé objevení mikrobů či odlišností ve složení svrchního pláště od našich očekávání, opravdovým úspěchem bude, že se provrtáme za Moho, pokud k tomu tedy nebudeme potřebovat nukleární exploze,“ konstatuje na svém blogu na serveru BigThink.com geolog Erik Klemetti, který se na americké Denison Univerzity věnuje především studiím magmatu.
Vědecký tým si je komplikacemi jistý, a proto si dává patnáctiletý odklad pro doladění a zapracování nových technologií, které skutečně hloubkový průzkum Země usnadní. Na rozdíl od petrolejářských společností, které se v podstatě vrtají v sedimentech, se budou vědci muset cestou k zemskému plášti prodrat skrz extra tvrdé krystalické horniny. Na vrtné hlavice by se tak vědcům hodil materiál tvrdší a odolnější než karbid wolframu, který se aktuálně používá v průmyslu.
Navíc se během překonávání tříkilometrové hloubky oceánu, šestikilometrového vrtání zemskou kůrou a zhruba pěti sty metry vytouženého zemského pláště budou muset vyrovnat se stoupající teplotou, která může dosahovat až 300 stupňů Celsia. Zařízení pronikající do takových hloubek bude zároveň muset odolávat rostoucímu tlaku, jenž může dosahovat až 285tisícinásobku toho, s čím se na zemském povrchu vyrovnává člověk.
Až se potřebné technologie doladí, zabere proces vrtání osmnáct měsíců až dva roky. Při financování se vědci alespoň nebudou muset obávat náladovosti Kongresu jako během prvního pokusu. Tentokrát má akci financovat organizace Integrated Ocean Drilling Program, která sdružuje přes dvacet států a do níž kromě Američanů nejvíce přispívají Japonci, Evropa, Čína a Indie. Pokud se experiment vydaří, budou moci vědci překonat námitky skeptiků, kterým kvůli různorodosti zemských vrstev nestačí jeden vrt, a pokusy opakovat.