Mein Lieblingsort auf der Welt ist kein fester Ort. Es ist die JOIDES-Resolutionein international finanziertes Forschungsschiff, das seine gesamte Dienstzeit ständig unterwegs war, von den Tiefen der Antarktis bis hoch in die Arktis.
Seit 1985 haben wissenschaftliche Expeditionen mit diesem einzigartigen hochseetauglichen Labor 370 Kilometer Erdreich gebohrt. Sediment- und Gesteinskerne– lange zylindrische Proben, die einen einzigartigen Blick auf den Meeresboden ermöglichen. Die Kerne stammen von tausenden verschiedenen Standorten und ermöglichen es Wissenschaftlern vieler Universitäten auf der ganzen Welt, Veränderungen im Inneren der Erde zu erforschen.
Sie bieten auch ein Fenster in die Geschichte unseres Planeten. Der Meeresboden bewahrt eine geologische Bibliothek, die Millionen Jahre Klimawandel und Evolution dokumentiert.
Leider ist die JOIDES Resolution, auch bekannt als JR, möglicherweise zum letzten Mal in See gestochen. Am 2. August 2024 legte sie in Amsterdam an, ohne dass klar wäre, wie die 72 Millionen US-Dollar pro Jahr aufgebracht werden könnten, die für den Betrieb des Schiffes benötigt werden. Der Großteil dieser Mittel stammt von der US-amerikanischen National Science Foundation, die 2023 bekannt gab, dass sie würde die JR nicht über 2024 hinaus finanzieren weil die Beiträge der internationalen Partner nicht mit den steigenden Kosten Schritt halten konnten. Die Besatzungen haben begonnen Entfernen wissenschaftlicher Geräte vom Schiff.
Die National Science Foundation sagt, sie werde die laufende Forschung mit vorhandenen Kernproben unterstützen und mit Wissenschaftlern zusammenarbeiten, um die Zukunft der wissenschaftlichen Meeresbohrungen zu planen. Aber für mich und viele andere Wissenschaftler sind die Kosten für den Betrieb des JR gering im Vergleich zu den Schäden, die ein einzelnes großes Erdbeben anrichtet – wie das Tohuku-Oki-Beben in Japan 2011. geschätzt auf 220 Milliarden Dollar– oder die Billionen von Dollar Schäden durch den Klimawandel. Die Erforschung von Meereskernen hilft Wissenschaftlern, solche Ereignisse zu verstehen, sodass Gesellschaften für die Zukunft planen können.
Ein schwimmendes Labor
Kein anderes Schiff verfügt über die Fähigkeiten der JR. Das Schiff ist 469 Fuß (143 Meter) lang—50 % länger als ein Fußballfeld. Es hat mehr als 5 Meilen (8 Kilometer) Bohrgestänge Es verbindet das Schiff mit dem Meeresboden und den darunterliegenden Schichten und ermöglicht so die Beförderung von Kernproben aus dem Meeresboden zum Schiff.
Die JRs dynamisches Positionierungssystem ermöglicht es, tage- oder wochenlang genau an einer Stelle zu bleiben. Nur zwei andere Schiffe auf der Welt verfügen über diese Fähigkeit: der Chikyuein größeres Schiff, das von Japan in japanischen Gewässern betrieben wird, und ein neues chinesisches Bohrschiff namens der Mengxiang.
Ich habe acht zweimonatige Expeditionen mit der JOIDES Resolution unternommen, hauptsächlich in hohen Breitengraden in Polnähe, um frühere Klimazonen zu erforschen. Auf jeder Reise waren etwa 60 Wissenschaftler und Techniker sowie 65 Besatzungsmitglieder dabei. Sobald das Schiff den Hafen verließ, lief der Betrieb 24 Stunden am Tag, jeden Tag. Wir arbeiteten alle in 12-Stunden-Schichten.
Jahrzehntelange Meeresbohrungen haben Wissenschaftlern geholfen, die Geschichte und das Verhalten der antarktischen Eisflächen zu verstehen. Der Verlust der Eisschelfe ist eine der Hauptursachen für den weltweiten Anstieg des Meeresspiegels.
Diese Reisen konnten anstrengend sein. Normalerweise jedoch ließ die Aufregung über neue und oft unerwartete Entdeckungen und die Kameradschaft mit den anderen Teilnehmern die Zeit wie im Flug vergehen.
Erkenntnisse aus JR-Expeditionen
Bereits in den 1960er Jahren begannen Geologen zu verstehen, dass die Kontinente und Ozeane der Erde nicht statisch sind. Vielmehr sind sie Teil bewegliche Platten in der Erdkruste und im oberen Erdmantel. Die Bewegung der Platten, insbesondere dort, wo sie miteinander kollidieren, erzeugt Erdbeben und Vulkane.
Marine Sedimentkerne können dringen eine Meile oder mehr ein in die Erdkruste. Sie bieten die einzige Möglichkeit, kontinuierliche Veränderungen in tektonischen Platteninteraktionen zu untersuchen, Klima und Meeresentwicklung zu studieren und die Grenzen des terrestrischen Lebens zu erforschen. Hier sind vier Bereiche, in denen die Details dieser Prozesse allmählich ans Licht kommen:
Entstehung tektonischer Platten
Ozeanische Kruste Ist grundlegend anders aus der Kruste, die unter den Kontinenten liegt. Als ich in den 1970er Jahren zum ersten Mal davon hörte, war das Modell für seine Entstehung und Struktur einfach:
– Lava stieg aus Magmakammern unter Ketten von Meeresbodenvulkanen, den sogenannten Ozeanrücken, auf.
—Es ergoss sich auf den Meeresboden und bildete ein dunkles, oft glasartiges Vulkangestein namens Basalt.
—In der tieferen, langsam abkühlenden Magmakammer bildeten sich kristalline Mineralien, wodurch Gesteine mit einer granitähnlichen Textur entstanden.
Techniker beschreiben, wie es ist, mit Forschern an der JOIDES-Resolution zu arbeiten.
—Im Laufe von Millionen von Jahren bewegte sich diese neue Kruste von den Graten weg und wurde kühler und dichter.
Aber die von der JOIDES-Resolution geborgenen Kerne sowie die Untersuchungen mit Unterwasserroboter, sogenannte Tauchbootezeigten, dass diese Ansicht unzutreffend war. Sie zeigten beispielsweise, dass Meerwasser durch die Kruste zirkuliert und ihre Zusammensetzung verändert und die Chemie des Meerwassers selbst.
Kernuntersuchungen zeigten auch, dass der Erdmantel – ein Fundament, das man tief unter der Oberfläche vermutet – sich auf riesigen, bisher unbekannten Verwerfungszonen bewegt und sich nach oben ausdehnt. zur Oberfläche der OzeankrusteDer Mantel könnte Hinweise auf den Ursprung des Lebens liefern.
Diese Erkenntnisse veränderten das grundlegende Verständnis der Wissenschaftler über den Aufbau unseres Planeten.
Klimaaufzeichnungen in der Ozeankruste
Mein besonderes Interesse gilt den Sedimenten, die sich auf der Meereskruste ablagern. Diese Ablagerungen enthalten winzige Mikrofossilien von Plankton, darunter Organismen wie Kieselalgen und Coccolithophoriden die auf oder nahe der Meeresoberfläche leben. Während sie Photosynthese betreibenSie absorbieren Kohlendioxid aus der Atmosphäre und produzieren die Hälfte des gesamten Sauerstoffs, den wir atmen.
Planktonarten variieren je nach Temperatur und chemischer Zusammensetzung des Meerwassers. Wenn sie absterben und auf den Meeresboden sinken, bewahren sie eine hervorragende Aufzeichnung vergangener Klimata. Wissenschaftler nutzen sie, um zu verstehen wie sich das Klima der Erde in der Vergangenheit erwärmt und abgekühlt hat.
Eine weitere Informationsquelle sind Sedimente, die aus schmelzenden Eisbergen fallen. Gletscher nehmen Gestein auf, wenn sie über Land fließen. Wenn sie das Meer erreichen, brechen Teile davon ab und bilden Eisberge. Das Eis schmilzt, wenn es wärmerem Meerwasser ausgesetzt wird, und die Gesteine fallen auf den Meeresboden. Diese Gesteinsablagerungen in Sedimenten sind eine Aufzeichnung vergangener Übergänge zwischen warmen und kalten Klimazonen.
Plattenvernichtung und Recycling
Der größte Teil des Pazifischen Ozeans und einige Gebiete des Atlantischen Ozeans liegen in Zonen, die konvergente Ränderwo tektonische Platten gegeneinander knirschen. Dieser Prozess drückt Teile der Meereskruste und Sedimente in die Erde, wo sie schmelzen und schließlich zu neuer Kruste recycelt werden, oft in Form von Vulkanen.
Riesige Verwerfungen entlang dieser Ränder können enorme Erdbeben auslösen, wie das im Jahr 2011. Tohoku-Oki-Erdbeben vor der Ostküste Japans. Bohrkerne, die in der Nähe solcher Verwerfungen entnommen wurden, helfen Wissenschaftlern die Kräfte verstehen die diese Ereignisse verursachen. Sie schaffen auch Öffnungen, in die Instrumente eingeführt werden können, um zukünftige Erdbeben zu überwachen.
Bohrkerne aus konvergenten Randgebieten haben auch Aufschluss darüber gegeben, wie Vulkane entstehen und wie sie den langfristigen Klimawandel beeinflussen, indem sie Kohlendioxid-Emissionen produzieren.
Die Grenzen des irdischen Lebens
In den späten 1970er Jahren wurden im Pazifik in Zonen, in denen sich ozeanische Kruste bildete, exotische neue Formen terrestrischen Lebens entdeckt. An Plattengrenzen sickerte kaltes Meerwasser durch Risse in der Kruste nach unten. Dort wurde es durch heißes Magma wieder erhitzt und schoss durch Öffnungen nach oben, die Wissenschaftler als Hydrothermale Quellen.
Das heiße Wasser enthielt Mineralien, die bei Kontakt mit kaltem Meerwasser abkühlten und sich zu kaminartigen Strukturen um die Öffnungen herum verhärteten. Hunderte von Lebensformen, darunter Mikroben, Muscheln und Röhrenwürmer, kolonisierten diese StrukturenSie gedeihen in der Nähe von Zonen mit starkem Druck und Temperaturen von bis zu 120 Grad Celsius.
JR-Kernbohrungen haben später andere Lebensformen offenbart, die tief im Untergrund des Ozeans überleben, unter Bedingungen von extremer Sauerstoff- und Energiemangel. Wissenschaftler wissen fast nichts über die Vielfalt dieser Organismen oder die Stoffwechselstrategien, die sie verwenden, um in ihrer anspruchsvollen Umgebung zu überleben. Das Verständnis ihres Gedeihens könnte die Grundlage für Missionen zu anderen Planeten wie dem Saturnmond Enceladus und dem Jupitermond Europa bilden, deren unterirdische Ozeane möglicherweise Leben ermöglichen.
Wie geht es weiter mit der wissenschaftlichen Meeresbohrung?
Die National Science Foundation hat einen Ausschuss gegründet zu überlegen, welche Fähigkeiten ein neues Bohrschiff haben sollte, und der Kongress kann Bereitstellung von Mitteln für zusätzliche JR-Expeditionen im Jahr 2025. Angesichts dessen, wie viel die Wissenschaft noch immer nicht über die Geschichte der Erde weiß und vor welchen Herausforderungen die Menschheit bei der Anpassung an den Klimawandel steht, hoffen meine Kollegen und ich, dass die JOIDES Resolution dennoch wieder in See stechen kann und dass irgendwann ein neues Schiff seine Mission aufnehmen wird.
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