Bolygónk három fő részből (geoszférából) áll. A mag középen helyezkedik el, felette sűrű és viszkózus köpeny húzódik, a meglehetősen vékony kéreg pedig a Föld szilárd testének legfelső rétege. A kéreg és a köpeny közötti határvonalat Mohorovich-felszínnek nevezik. Előfordulásának mélysége nem egyforma a különböző régiókban: a kontinentális kéreg alatt elérheti a 70 km-t, az óceáni alatt - csak a 10-et. Mi ez a határ, mit tudunk róla és mit nem, de feltételezhetjük?
Kezdjük a probléma előzményeivel.
Nyitás
A 20. század elejét a tudományos szeizmológia fejlődése jellemezte. Erőteljes földrengések sorozata, amelyek pusztító következményekkel jártak, hozzájárultak e félelmetes természeti jelenség szisztematikus tanulmányozásához. Megkezdődött a műszeresen rögzített földrengések forrásainak katalogizálása és feltérképezése, és elkezdték aktívan tanulmányozni a szeizmikus hullámok jellemzőit. Terjedésük sebessége a sűrűségtől és a rugalmasságtól függkörnyezet, amely lehetővé teszi, hogy információkat szerezzünk a bolygó belsejében található kőzetek tulajdonságairól.
A megnyitók nem vártak sokáig. Andrija Mohorovichic jugoszláv (horvát) geofizikus 1909-ben egy horvátországi földrengés adatait dolgozta fel. Megállapítást nyert, hogy az ilyen sekély földrengések szeizmogramjai, amelyeket az epicentrumtól távoli állomásokon kaptak, két (vagy még több) jelet hordoznak egy földrengésből - közvetlen és megtört. Utóbbi a sebesség hirtelen (6,7-7,4-ről 7,9-8,2 km/s-ra hosszirányú hullámoknál) növekedéséről tanúskodott. A tudós ezt a jelenséget az altalaj különböző sűrűségű rétegeit elválasztó bizonyos határvonal jelenlétével hozta összefüggésbe: a mélyebben elhelyezkedő köpeny, amely sűrű kőzeteket tartalmaz, és a kéreg - a felső réteg, amely könnyebb kőzetekből áll.
A felfedező tiszteletére a kéreg és a köpeny közötti határfelületet róla nevezték el, és több mint száz éve Mohorovichic (vagy egyszerűen Moho) határként ismerik.
A Moho által elválasztott kőzetek sűrűsége is hirtelen változik - 2,8-2,9-ről 3,2-3,3 g/cm3. Nem kétséges, hogy ezek a különbségek eltérő kémiai összetételre utalnak.
Azonban a közvetlenül a földkéreg aljára tett kísérletek eddig kudarcot vallottak.
Mohole Project – Kezdés az óceán túloldalán
Az első kísérletet az Egyesült Államok 1961-1966-ban tette a köpeny elérésére. A projekt a Mohole nevet kapta - a Moho és a hole "hole, hole" szavakból. A célt az óceán fenekének kifúrásával kellett volna elérni,teszt lebegő platformról készült.
A projekt komoly nehézségekbe ütközött, túlköltekezett a forrás, és a munka első szakaszának befejezése után Moholt bezárták. A kísérlet eredményei: öt kutat fúrtunk, kőzetmintákat vettünk az óceáni kéreg baz altrétegéből. 183 m-en tudtunk a fenékbe fúrni.
Kola Superdeep – fúrja át a kontinenst
A rekordja a mai napig nem dőlt meg. A legmélyebb kutató- és legmélyebb függőleges kutat 1970-ben fektették le, a munkálatok megszakításokkal 1991-ig folytak. A projektnek számos tudományos és műszaki feladat volt, ezek egy részét sikeresen megoldották, egyedi kontinentális kéreg kőzetmintákat bányásztak (a magok teljes hossza meghaladta a 4 km-t). Ezenkívül a fúrás során számos új, váratlan adatot kaptak.
A Moho természetének tisztázása és a köpeny felső rétegeinek összetételének megállapítása a Kola Superdeep feladatai közé tartozott, de a kút nem jutott el a köpenyig. A fúrás 12 262 m mélységben leállt, és nem folytatódott.
A modern projektek még mindig az óceánon túl vannak
A mélytengeri fúrások további kihívásai ellenére a jelenlegi programok a Moho határát az óceán fenekén keresztül tervezik elérni, mivel itt sokkal vékonyabb a földkéreg.
Jelenleg egyetlen ország sem tud önállóan végrehajtani olyan nagyszabású projektet, mint az ultramély fúrás, hogy elérje a köpeny tetejét. 2013 óta a Nemzetközi Program keretébenAz IODP (International Ocean Discovery Program: Exploring the Earth Under the Sea) a Mohole to Mantle projektet valósítja meg. Tudományos céljai között szerepel, hogy a Csendes-óceánban ultramély kút fúrásával köpenyanyag-mintákat szerezzen. A projekt fő eszköze a "Tikyu" - "Föld" japán fúróhajó, amely akár 10 km-es fúrási mélységet is képes biztosítani.
Már csak várhatunk, és ha minden jól megy, 2020-ban a tudomány végre kibányászhatja magából a köpenyből egy darabot a köpenyből.
A távérzékelés tisztázza a Mohorovic-határ tulajdonságait
Mivel az altalajt a kéreg-köpeny szakasz előfordulásának megfelelő mélységben még mindig lehetetlen közvetlenül tanulmányozni, a velük kapcsolatos elképzelések geofizikai és geokémiai módszerekkel nyert adatokon alapulnak. A geofizika mély szeizmikus szondázással, mély magnetotellurikus szondázással, gravimetriás vizsgálatokkal látja el a kutatókat. A geokémiai módszerek lehetővé teszik a köpenykőzettöredékek – a felszínre került xenolitok, illetve a különböző folyamatok során a földkéregbe behatoló kőzetek – vizsgálatát.
Tehát megállapították, hogy a Mohorovich-határ két különböző sűrűségű és elektromos vezetőképességű közeget választ el egymástól. Általánosan elfogadott, hogy ez a tulajdonság a Moho kémiai természetét tükrözi.
A határfelület felett az alsó kéreg viszonylag könnyű kőzetei találhatók, amelyek főösszetétele (gabbroidok), - ezt a réteget hagyományosan "baz altnak" nevezik. A határ alatt a felső köpeny kőzetei - ultramafikus peridotitok és dunitok, valamint egyes kontinensek alatti területeken - eklogitok - mélyen metamorfizált mafikus kőzetek, esetleg az ősi óceánfenék emlékei találhatók a köpenybe. Van egy hipotézis, hogy ilyen helyeken a Moho egy azonos kémiai összetételű anyag fázisátalakulásának határa.
A Moho érdekessége, hogy a szegély formája a földfelszín domborművéhez kapcsolódik, azt tükrözve: a mélyedések alatt a határ megemelkedik, a hegyláncok alatt pedig mélyebbre hajlik. Következésképpen itt a kéreg izosztatikus egyensúlya úgy valósul meg, mintha a felső köpenybe merülnének (az egyértelműség kedvéért emlékezzünk egy vízben úszó jéghegyre). A Föld gravitációja is erre a következtetésre "szavaz": a Mohorovich-i határt az európai GOCE műhold gravitációs megfigyeléseinek eredményeinek köszönhetően globálisan mélységben térképezték fel.
Ma már ismert, hogy a határ mozgékony, a nagyobb tektonikai folyamatok során akár össze is omolhat. Egy bizonyos nyomás- és hőmérsékleti szinten ismét kialakul, ami a Föld belsejében jelen lévő jelenség stabilitását jelzi.
Miért van rá szükség?
A tudósok érdeklődése Moho iránt nem véletlen. Amellett, hogy az alaptudomány számára nagy jelentősége van, nagyon fontos ennek a kérdésnek a tisztázása az alkalmazott tudásterületek, például a geológiai természetű veszélyes természeti folyamatok esetében. Az anyag kölcsönhatása a kéreg-köpeny szakasz mindkét oldalán, magának a köpenynek az összetett élete döntő hatással van mindenre, ami bolygónk felszínén történik - földrengésekre, szökőárakra, a vulkanizmus különféle megnyilvánulásaira. És ha jobban megértjük őket, az azt jelenti, hogy pontosabban jósolunk.
