Der er en naturlig tendens i videnskabelige undersøgelser for øget specialisering. De vigtigste fremskridt sker ved at indsnævre fokus og bygge på det brede fundament af tidligere, mere generel forskning. Dette var bestemt tilfældet for den fransk-amerikanske mid-Ocean Undersea Study submersible e .pedition, der blev lanceret for 25 år siden. Mid-ocean målet var rift valley af Mid-Atlantic Ridge spredning center., I 1950’erne, Bruce Heezen af Columbia University ‘ s Lamont Geologiske Observatorium indsamlet bred-beam ekkolod tværsnit af rift valley og korrekt anede, at det er en del af en global rift system, der ombrydes omkring jorden, ligesom sømmen af en baseball. Britiske og canadiske havgeologer tog det næste skridt og monterede en række ambitiøse ekspeditioner for at studere Mid-Atlantic Ridge nær 45 N N ved hjælp af ethvert geofysisk og geologisk værktøj, der var tilgængeligt på det tidspunkt. En amerikansk gruppe fokuserede sin opmærksomhed på rift valley nær 22 N. N., Imidlertid, gulvet i selve rift valley, hvor ny oceanisk skorpe trænger ind og bryder ud, forblev så uklar og gåtefuld som nogensinde. De hundreder af aktive vulkaner, der besætter gulvet i rift valley, blev skjult for dybdeoptagere ved blomstrende sideekkoer af lyd, der genlyder fra de stejle, 1,000 meter høje klipper i dalen.Derefter, i 1972, tre år efter Neil Armstrong forlod den første menneskelige fodaftryk på månen, en international gruppe af marine geologer indledt en fed forhånd: at udforske rift valley, med kun køretøjer, der kunne tage dem der—submersibles., På trods af et årti eller deromkring af dybhavs nedsænkelige erfaringer var der stadig stor skepsis over deres anvendelighed som videnskabelige værktøjer. Men de, der troede sejrede, gjorde franskmændene bathyscaphe Archimdede og den nedsænkelige Cyana til rådighed, og USA tilbød den pålidelige undervandsarbejdshest Alvin. Den fransk-amerikanske mid-Ocean undersøiske undersøgelse (project FAMOUS) var i gang.,

Præcis grundkort for dykker-ekspedition blev samlet ved hjælp af en US Navy, der er klassificeret multi-beam ekkolod, en fransk smal stråle echo-klingende system, og et dybt trukket instrument pakke fra Marine Fysisk Laboratorium på Scripps Institution of Oceanography (University of California, San Diego). Jeg husker den forhastede forbløffelse ombord på forskningsskibet Knorr, da vi først så høj opløsning, dybdedybdeprofiler brændte langsomt ind i papiret fra vores ildelugtende præcisionsdybdeoptagere., Riftens centerform blev endelig afsløret tydeligt som et dybt trug indlejret i en bredere rift valley, som indeholdt mange bakker, der syntes at være vulkanske kegler. Disse sonaroptegnelser var basiskortene til dykkeekspeditionen, og et team af geologer blev samlet til at være de første Mid-ocean ridge dykkere, der brugte Archimdede i sommeren 1973.Alvin og de andre undervandsfartøjer beviste bestemt deres værdi som videnskabelige værktøjer Under berømte, og de har været stærkt brugt lige siden., Faktisk har franskmændene og japanerne erstattet deres originale subs med køretøjer, der kan dykke dobbelt så dybt, til dybder, der overstiger 6.000 meter. Det berømte geologiske arbejde viste, at rift valley er skabt af store fejl, der bryder gennem den nydannede oceaniske skorpe, og at aktive vulkaner er rigelige langs rift valley-gulvet. De yngste vulkaner danner en smal creationone med oceanisk skorpeoprettelse, der kun er 1 til 2 kilometer bred, bemærkelsesværdig sammenlignet med pladernes dimensioner, der er tusinder af kilometer på tværs., Berømte magnetiske, geokemiske, gravitations-og seismiske undersøgelser resulterede i den mest detaljerede og omfattende undersøgelse af et spredningscenter indtil den tid. Så meget blev lært, at i 1977 var to hele udgaver af Bulletin of the Geological Society of America dedikeret til resultaterne af denne hidtil usete ekspedition.

men opdagelsesalderen på mid-ocean ridges var først begyndt. Kort efter at de berømte resultater blev rapporteret, var Alvin i centrum af en anden mid-ocean ridge-ekspedition, denne gang til den hurtigere spredende Galppagos Rift i Stillehavet., Varmestrømsmålinger indikerede, at hydrotermisk aktivitet kan forekomme på flankerne i dette spredningscenter, og de hundreder af mikrojordskælv, der blev registreret der, blev antaget at være hydrotermisk eller vulkansk oprindelse. Dykkere ombord Alvin så meget mere end varmt vand; de opdagede samfund af bentisk fauna, herunder “gigantiske rørorm”, som trives med den kemiske energi, der leveres ved at sprede center vulkaner. Disse var og er stadig de eneste økosystemer, der vides at være baseret på kemosyntese snarere end fotosyntese., Denne opdagelse skabte nye hypoteser om livets oprindelse på jorden—og muligheden for eksotiske livsformer på andre planeter—som stadig diskuteres varmt i dag.

Bare to år senere, i 1979, under en ekspedition, hvis mål var at bevise nytten af Alvin for geofysiske målinger, først og høj temperatur “black smoker vents”, blev opdaget på East Pacific Rise tæt på 21°N. Vores temperatur sonder blev kalibreret til 30°C, men de indledende målinger, der foretages fra Alvin steg off-skalaen., Da en probes PVC-monteringsstang viste tegn på forkulning, blev sonden hurtigt kalibreret til højere temperaturer. Den næste dag blev der registreret temperaturer nær 400.C, hvilket bryder den tidligere Galppagos-rekord på 22. C med en bred margin. Det var først efter krydstogt, at vi lærte smeltetemperaturen af Alvins koøjer var betydeligt mindre end 400 C. C. uvidenhed kan være lyksalighed!

en vigtig ændring i perspektiv kom fra opdagelsen af hydrotermiske ventilationskanaler af marine geologer og geofysikere., Det blev klart, at i undersøgelser af mid-ocean ridge tektonik, vulkanisme og hydrotermisk aktivitet er den største spænding i forbindelserne mellem disse forskellige felter. Søgte geofysikere efter hydrotermisk aktivitet på midthavsrygge i mange år (inklusive under Project FAMOUS) ved at trække arrays af termister nær havbunden; når alt kommer til alt måler nogen, der leder efter varmt vand, vandets temperatur! Imidlertid, hydrotermisk aktivitet blev til sidst dokumenteret mere effektivt ved at fotografere fordelingen af eksotiske udluftningsdyr., Selv nu kommer de bedste indikatorer for forekomsten af vulkanudbrud og varigheden af hydrotermisk aktivitet ud af at studere egenskaberne hos bentiske faunalsamfund. For eksempel, under den første deep sea mid-ocean ridge-udbrud, da en nedsænket var i området, dykkere så ikke en langsom klodsende kaskade af Pillo.lavas som filmet fra Ha .aii i “Fire Under The Sea.,”Hvad de så, var helt uventet: hvid bakteriel tæpper bølgende ud af havbunden, at skabe en scene meget gerne en midvinter-snestorm på Island, der dækker alle de frisk brød ud, spejlblanke, sorte lava med et tykt tæppe af hvide bakteriel “sne.”RIDGE-programmet (Ridge InterDisciplinary Global e .periments-beskrevet nedenfor) legemliggør og fremmer ånden i denne nye tværfaglige tilgang til Mid-ocean ridge-undersøgelser.

den teknologiske udvikling havde også en enorm indflydelse på vores perspektiv., Når multi-beam bathymetriske kortlægningsværktøjer var tilgængelige til ikke-klassificerede applikationer, der begyndte i 1973, kunne vi gå videre ud over det todimensionelle perspektiv af mid-ocean ridge i tværsnit. I årtier, bathymetriske diagrammer blev kunstnerisk samlet fra bredt adskilte profiler. Selvom det nu klassiske “Floor of the Oceans” – diagram tegnet af Marie Tharp og Bruce Hee .en viste sig at være bemærkelsesværdigt nøjagtigt, var det, der virkelig skete mellem profiler, som ofte var 10 til 100 kilometer fra hinanden, ukendt., Med multi-beam bathymetriske systemer kunne så mange som 100 Bjælker af lyd opsamles samtidigt over et skår 1 til 10 kilometer bredt. I et enkelt pass af skibet kunne op til 100 profiler indsamles samtidigt, og hver profil var kun cirka 100 meter fra sine naboer. Når man overvejer det endelige fodaftryk af lyd, der ekko tilbage fra havbunden, bliver dækningen virkelig kontinuerlig. For første gang kunne vi lave kort over havbunden uden væsentlige huller! Ikke længere behøver vi stole på kunstnerisk gætterier for kort produktion., Nutidens flerstrålesystemer udsender meget smalle individuelle stråler, kun 1 2 til 2.sammenlignet med cirka 30. for ældre enkeltstrålesystemer (dette er som at sammenligne en laserstråle med en søgelysstråle). Fodaftrykket af lyd for hver stråle i et flerstrålesystem er kun cirka 100 meter snarere end flere kilometer på tværs. De resulterende kort er meget mere præcise, og afslører havbunden struktur i langt større detaljer.

en anden grundlæggende begrænsning havde været navigation., Rettelser fra satellitter og astronomiske kroppe var sjældne og fyldt med fejl, og der var ingen vartegn ude på det åbne hav! Sjældent vidste du, hvor du var inden for bedre end 1 til 2 kilometer, så der var ingen mening i at indsamle data med intervaller tættere end det. Global Positioning System (GPS) begyndte at være tilgængelig i et nedbrudt format et par dyrebare timer om dagen på omtrent samme tid som multi-beam bathymetriske systemer kom på linje., Senere, da GPS-navigation blev tilgængelig 24 timer om dagen med præcise rettelser hvert 2. sekund (sammenlignet med cirka hver 2.time for transitsatellitterne), kunne 10 kilometer brede skår med meget nøjagtige havbundsdata indsamles og rutinemæssigt placeres med præcision for første gang. I slutningen af 1980 ‘ erne forklarede mine kolleger og jeg for utrulige kandidatstuderende, hvordan det var i de “gamle dage med at gå tabt på havet” (marinegeofysikens ækvivalent, antager jeg, at “gå i skole barfodet i sneen, der går op ad bakke begge veje.,”) Vores fortællinger faldt imidlertid på døve ører, da vores studerende klagede over navigationsfejl så store som 50 meter, og hvordan disse mindre (for mig) fejl forringede indsamlingen af nogle datasæt, såsom dem for tyngdekraften.

kort er kraftfulde: de informerer, ophidser og stimulerer., Ligesom de tidligste kort over verden i det sekstende århundrede indledte en kraftig alder af efterforskning, den første high-resolution, kontinuerlig dækning kort i midt-oceanryg stimuleret forskere fra en bred vifte af områder, herunder inden for petrologi, geokemi, vulkanologi, seismologi, tektonik, marine og magnetisme, og grovhed samt nogle uden for earth sciences, herunder marine økologi, kemi og biokemi., For jordforskere, kombinationen af højopløsnings-skårkortlægningsværktøjer og præcis navigation gjorde det muligt for os at opgive vores fiksering med de lige transekter på tværs af kamme, der blev indpodet af vores geologiske træning og meget på mode under Project FAMOUS. Mens en sådan tilgang var nyttig i de tidlige dage og stadig har sine anvendelser, har vi fundet, at de mest afslørende variationer ofte observeres ved at udforske langs aksen af den aktive højderyg.

dette nye, langs-strejke perspektiv afslører arkitekturen i det globale rift system., Rygningsaksen bølger på en systematisk måde og definerer en grundlæggende opdeling af ryggen i segmenter afgrænset af en række diskontinuiteter. Segmenterne kan forlænge eller forkorte, og de har cyklusser med øget vulkansk, hydrotermisk og tektonisk aktivitet. De nye kort og de marine geologiske undersøgelser, de har stimuleret, afslører et hierarki i segmenteringen af midthavsrygge. Førsteordens segmenter er generelt hundreder af kilometer lange, vedvarer i millioner til titusinder af år, og er afgrænset af relativt permanente, fejl med stiv plade., Disse fejl var blevet opdaget med de gamle bredstrålende ekkoloddere, men deres strukturelle kompleksitet og indflydelse på nabohøjsegmenter kunne ikke værdsættes uden den nye generation af kort.

Som illustreret nedenfor til højre er et første ordens segment normalt opdelt i flere anden-eller tredje ordens segmenter, der overlever i henholdsvis mindre end 10 millioner år til mindre end cirka 100.000 år. Disse mindre, mindre permanente segmenter er afgrænset af en række ikke-stive diskontinuiteter, der kan migrere langs længden af ryggen., Således kan disse finere skalasegmenter forlænge, forkorte eller endda forsvinde helt. I den fineste skala kan fjerde ordens segmenter, der er i størrelsesordenen 10 kilometer lange, overleve som forskellige ledninger til skorpeakkretionære processer i kun 100 til 10.000 år. Disse segmenter er produkterne fra en række dige intrusionshændelser, de grundlæggende enheder af skorpeoprettelse. Diger dannes, når smeltet materiale stiger gennem lodrette revner og sprækker., Levetiden for disse fjerde ordens segmenter og tilhørende cykler af magmatiske, vulkansk, tektonisk, og hydrotermisk aktivitet udøver en kontrollerende indflydelse på fordelingen og overlevelsen af eksotiske bentiske faunalsamfund, der blomstrer i mørket, koldt, fjendtligt miljø i mid-ocean ridge.

efterforskningen fortsætter, ser vi flere beviser for vigtige sammenhænge mellem meget forskellige typer af observationer.,ial dybde,
• tværsnitsareal af højderyggen (en proxy for magmatiske budget på hurtig spredning kamme),
• skorpe tykkelse,
• geokemi og udledte udbrud temperatur på lavas,
• målinger af skorpe magnetisering,
• karakteristika for nær-aksen fejlagtigt som sammen strike variationer i højder af fejl scarps
• bredder og udledte dybder af revner og sprækker langs aksen,
• lava aldre,
• tilstedeværelsen eller fraværet af en skorpe aksial magma kammer (eller smelte glas),
• intensiteten af hydrotermiske aktivitet, og
• overflod af hydrotermiske vent samfund.,
I dag deltager marine geofysikere og geokemikere ofte i forhandlingerne om benthiske økologer og vice versa; dette var meget usædvanligt for 20 år siden. Så, på trods af de seneste budgetmæssige traumer, mid-ocean ridge forskning er mere spændende og mere tværfaglig end nogensinde før.

Vi har nu kortlagt næsten halvdelen af den globale mid-ocean ridge system langs en smal korridor, der definerer spredning center plade grænse, en bemærkelsesværdig forhånd overvejer vi havde kortlagt mindre end en procent af systemet kun et årti siden., Men vi har udforsket med undervandsfartøjer eller fjernbetjente køretøjer mindre end en procent af denne fascinerende crustone med skorpepladeoprettelse, hvor mere end 90 procent af jordens vulkanske aktivitet rumler på. Uden for dette smalle bånd på flankerne i mid-ocean ridge-systemet er mindre end en procent kortlagt og mindre end .001 procent er blevet undersøgt. Sammenlign dette med kortlægningen af overfladen af Venus—som er tæt på 100 procent komplet., Den lave opløsningsvisning af den globale havbund, der leveres af nyligt offentliggjorte GEOSAT-kort, giver en række fristende mål til yderligere undersøgelse.

Jeg formoder, at nogle af de mest spændende opdagelser ligger foran i den nærmeste fremtid. Hvilken god tid at være havgeolog (hvis du kan få et job)!

både National Science Foundation og Office of Naval Research support mid-ocean ridge tektoniske undersøgelser.,Ken Macdonald tog eksamen i 1975 fra MIT / WHOHOI Joint Program in Oceanography og har siden tjent et dusin år som medlem af Corporationoods Hole Oceanographic Institution Corporation. Han har haft fornøjelsen af at se flere af hans undergraduate studerende gå videre til det fælles Program, og flere af hans studerende deltage videnskabelige stabe på Woodsoods Hole og andre steder. Ken har ført over 20 dybhavsekspeditioner og har haft held til at deltage i nogle af de første udforskninger af mid-ocean ridge ved hjælp af multi-beam ekkolod, fjernbetjente køretøjer, og undervandsfartøjer., Han siger, at han finder midthavsrygge lige så spændende og mystiske, som da han først stødte på dem-og oplever vrangforestillinger om at forstå, hvordan de fungerer, der er kortvarige og illusive.

RIDGE

RIDGE ‘ s mål er dobbelt: 1) at give et fokus for
koordineret, tværfaglig forskning i den geologiske og
geodynamiske processer, der er relateret til skabelsen af oceanic lithosfæren,
og 2) at skabe en ramme, inden for hvilken forskellige, innovative,
investigator-initieret forskning kan udføres., Nogle specifikke
resultater af RIDGE-programmet i de seneste fem år omfatter:

?
opdagelse af uventet hurtige ændringer, især i hydrotermiske
aktivitet og vent samfund, i umiddelbar forlængelse af en
udbrud.Real-time overvågning og reaktion på magmatiske begivenheder
på kamme i det nordøstlige Stillehav (i samarbejde med den nationale
oceaniske og atmosfæriske Administration).
opdagelsen af en
undergrunden mikrobiel biosfære i oceaniske skorpe, repræsenterer en
biomasse hidtil ukendt på jorden.,anerkendelse af den brede række tektoniske indstillinger og mangfoldighed af fauna forbundet med hydrotermiske områder med Mid-Atlantic Ridge.
? udvikling af
kvantitative, observationsbaserede modeller, der forklarer følsomheden af
ridge akse topografi til variabler som spredningshastighed, magma
forsyning og aksial termisk struktur.
? etablering af en global
digital database for mid-ocean ridge bathymetriske data for specifikke
dele af global ridge system.
? Definition af den lille størrelse
af crustal magma organer på selv de hurtigste spredning kamme.,
•
Anerkendelse af betydningen af opdrift-drevet flow i at kontrollere
både den smalle kappe upwelling i en cross-aksen forstand og
tre-dimensionalitet af upwelling langs-aksen.kortlægning og rekognoscering rock
prøveudtagning af tidligere uudforskede supersegments (lange segmenter, der
typisk strækker 1.000 til 2.000
kilometer) i den globale mid-ocean ridge system.
?? de første målinger af plade bevægelse på en mid-ocean højderyg.,levering af de første billeder af smeltefordeling i den øverste
mantel under en mid-ocean ridge af SMELTEEKSPERIMENTET (Mantle ELectromagnetic
og Tomography).