C’è una tendenza naturale nelle indagini scientifiche per una maggiore specializzazione. I progressi più importanti sono fatti restringendo l’attenzione e costruendo sulle ampie basi della ricerca precedente e più generale. Questo è stato certamente il caso per il franco-americano Mid-Ocean Undersea Study submersible expedition lanciato 25 anni fa. L’obiettivo del medio oceano era la rift valley del centro di diffusione della dorsale medio atlantica., Negli anni ‘ 50, Bruce Heezen del Lamont Geological Observatory della Columbia University raccolse sezioni trasversali di ecoscandaglio a fascio largo della rift valley e ipotizzò correttamente che facesse parte di un sistema di rift globale che avvolge la terra come la cucitura di una palla da baseball. I geologi marini britannici e canadesi hanno fatto il passo successivo e hanno montato una serie di ambiziose spedizioni per studiare la dorsale medio atlantica vicino a 45° N utilizzando tutti gli strumenti geofisici e geologici disponibili all’epoca. Un gruppo americano ha focalizzato la sua attenzione sulla rift valley vicino a 22° N., Tuttavia, il pavimento della rift valley stessa, dove la nuova crosta oceanica si intromette ed erutta, è rimasto oscuro ed enigmatico come sempre. Le centinaia di vulcani attivi che occupano il pavimento della rift valley sono stati nascosti da registratori di profondità dal boom side-echi di suono riverberante dalle ripide, 1.000 metri di altezza scogliere della valle.Poi, nel 1972, tre anni dopo Neil Armstrong ha lasciato la prima impronta umana sulla luna, un gruppo internazionale di geologi marini avviato un audace anticipo: per esplorare la rift valley con gli unici veicoli che potrebbero portarli lì—sommergibili., Nonostante un decennio o giù di lì di esperienza sommergibile in acque profonde, c’era ancora un notevole scetticismo circa la loro utilità come strumenti scientifici. Tuttavia, coloro che credevano prevalso, i francesi hanno reso disponibile il batiscafo ArchimÈde e il sommergibile Cyana, e gli Stati Uniti hanno offerto l’affidabile cavallo di battaglia subacqueo Alvin. Lo studio sottomarino franco-americano Mid-Ocean (Project FAMOUS) era in corso.,

Le mappe di base precise per la spedizione di immersione sono state assemblate utilizzando un ecoscandaglio multi-beam classificato dalla US Navy, un sistema di eco-suono a fascio stretto francese e un pacchetto di strumenti profondamente rimorchiati dal Marine Physical Laboratory presso Scripps Institution of Oceanography (Università della California, San Diego). Ricordo lo stupore sommesso a bordo della nave da ricerca Knorr quando abbiamo visto per la prima volta profili di profondità ad alta risoluzione e a traino profondo bruciati lentamente nella carta dei nostri maleodoranti registratori di profondità di precisione., La forma centrale del rift è stata finalmente rivelata chiaramente come una profonda depressione annidata all’interno di una più ampia rift valley, che conteneva molte colline che sembravano essere coni vulcanici. Questi record sonar erano le mappe di base per la spedizione di immersione, e un team di geologi è stato assemblato per essere i primi subacquei mid-ocean ridge utilizzando ArchimÈde nell’estate del 1973.

Alvin e gli altri sommergibili certamente dimostrato il loro valore come strumenti scientifici durante FAMOUS, e sono stati pesantemente utilizzati da allora., Infatti, i francesi e anche i giapponesi hanno sostituito i loro sottomarini originali con veicoli che possono immergersi due volte più in profondità, a profondità superiori a 6.000 metri. Il FAMOSO lavoro geologico ha dimostrato che la rift valley è creata da grandi faglie che sfondano la crosta oceanica di nuova formazione e che i vulcani attivi sono abbondanti lungo il fondale della rift Valley. I vulcani più giovani formano una zona ristretta di creazione della crosta oceanica larga solo da 1 a 2 chilometri, notevole se confrontata con le dimensioni delle placche, che sono migliaia di chilometri di diametro., FAMOSI studi magnetici, geochimici, gravitazionali e sismici hanno portato all’indagine più dettagliata e completa di un centro di diffusione fino a quel momento. Si è appreso così tanto che nel 1977 due interi numeri del Bulletin of the Geological Society of America furono dedicati ai risultati di questa spedizione senza precedenti.

Ma l’era della scoperta sulle creste oceaniche era solo all’inizio. Subito dopo che furono riportati i FAMOSI risultati, Alvin fu al centro di un’altra spedizione sulla dorsale oceanica, questa volta verso la Spaccatura delle GalÁpagos che si diffuse più velocemente nell’Oceano Pacifico., Le misurazioni del flusso di calore hanno indicato che l’attività idrotermale potrebbe verificarsi sui fianchi di questo centro di diffusione, e le centinaia di microearth-terremoti registrati ci sono stati pensati per essere di origine idrotermale o vulcanica. I subacquei a bordo di Alvin hanno visto molto più dell’acqua calda; hanno scoperto comunità di fauna bentonica, tra cui “vermi giganti a tubo”, che prosperano sull’energia chimica fornita dai vulcani del centro di diffusione. Questi erano, e sono ancora, gli unici ecosistemi noti per essere basati sulla chemiosintesi piuttosto che sulla fotosintesi., Questa scoperta ha generato nuove ipotesi sull’origine della vita sulla terra—e sulla possibilità di forme di vita esotiche su altri pianeti—che sono ancora molto dibattute oggi.

Solo due anni dopo, nel 1979, durante una spedizione il cui obiettivo era quello di dimostrare l’utilità di Alvin per le misurazioni geofisiche, le prime “bocche fumatrici nere” ad alta temperatura furono scoperte sull’East Pacific Rise vicino a 21°N. Le nostre sonde di temperatura furono calibrate a 30°C, ma le misurazioni iniziali fatte da Alvin, Quando l’asta di montaggio in PVC di una sonda mostrava segni di carbonizzazione, la sonda è stata ricalibrata frettolosamente a temperature più elevate. Il giorno dopo, sono state registrate temperature vicine a 400°C, superando il precedente record delle GalÁpagos di 22°C con un ampio margine. Fu solo dopo la crociera che apprendemmo che la temperatura di fusione degli oblò di Alvin era considerevolmente inferiore a 400°C. L’ignoranza può essere beatitudine!

Un importante cambiamento di prospettiva è venuto dalla scoperta di bocche idrotermali da parte di geologi e geofisici marini., È diventato chiaro che negli studi sulla tettonica della dorsale oceanica, sul vulcanismo e sull’attività idrotermale, la più grande eccitazione è nei collegamenti tra questi diversi campi. Ad esempio, i geofisici hanno cercato attività idrotermale sulle creste oceaniche per molti anni (anche durante Project FAMOUS) trainando array di termometri vicino al fondo marino; dopo tutto, qualcuno in cerca di acqua calda misura la temperatura dell’acqua! Tuttavia, l’attività idrotermale è stata infine documentata in modo più efficace fotografando la distribuzione di animali esotici., Anche ora, i migliori indicatori della recenza delle eruzioni vulcaniche e della durata dell’attività idrotermale emergono dallo studio delle caratteristiche delle comunità faunistiche bentoniche. Per esempio, durante la prima profonda eruzione mare mid-ocean ridge quando un sommergibile era nella zona, subacquei non hanno visto una cascata pesante lento di lave cuscino come girato al largo Hawaii in “Fire Under the Sea.,”Quello che hanno visto è stato completamente inaspettato: opacizzazione batterica bianca fluttuante fuori dal fondo marino, creando una scena molto simile a una tormenta di metà inverno in Islanda, coprendo tutta la lava nera, vetrosa e appena eruttata con una spessa coltre di neve batterica bianca”.”Il programma RIDGE (Ridge InterDisciplinary Global Experiments-descritto di seguito) incarna e promuove lo spirito di questo nuovo approccio interdisciplinare alle indagini sulla dorsale oceanica.

Anche gli sviluppi tecnologici hanno avuto un’enorme influenza sulla nostra prospettiva., Una volta che gli strumenti di mappatura batimetrica multi-beam erano disponibili per applicazioni non classificate a partire dal 1973, potevamo avanzare oltre la prospettiva bidimensionale della dorsale medio-oceanica in sezione trasversale. Per decenni, i grafici batimetrici sono stati artisticamente assemblati da profili ampiamente distanziati. Sebbene l’ormai classico grafico “Floor of the Oceans” disegnato da Marie Tharp e Bruce Heezen si sia rivelato straordinariamente accurato, ciò che realmente accadeva tra i profili, che erano spesso distanti tra 10 e 100 chilometri, era sconosciuto., Con sistemi batimetrici multi-fascio, fino a 100 fasci di suono potrebbero essere raccolti simultaneamente su una fascia larga da 1 a 10 chilometri. In un singolo passaggio della nave, fino a 100 profili potevano essere raccolti contemporaneamente e ogni profilo era solo a circa 100 metri dai suoi vicini. Se si considera l’impronta finita del suono che riecheggia dal fondo marino, la copertura diventa veramente continua. Per la prima volta abbiamo potuto fare mappe del fondo marino senza lacune significative! Non è più necessario affidarci a congetture artistiche per la produzione di mappe., I sistemi multi-fascio di oggi emettono fasci individuali molto stretti, solo da 1° a 2° rispetto a circa 30° per i sistemi a fascio singolo più vecchi(questo è come confrontare un raggio laser con un raggio di ricerca). L’impronta del suono per ogni fascio in un sistema multi-beam è solo circa 100 metri piuttosto che diversi chilometri. Le mappe risultanti sono molto più accurate e rivelano la struttura del fondo marino in modo molto più dettagliato.

Un’altra limitazione fondamentale era stata la navigazione., Correzioni da satelliti e corpi astronomici erano infrequenti e irto di errori, e non c’erano punti di riferimento in alto mare! Raramente sapevi dove ti trovavi a meno di 1 o 2 chilometri, quindi non aveva senso raccogliere dati a intervalli più vicini di così. Il Global Positioning System (GPS) ha iniziato ad essere disponibile in un formato degradato poche ore preziose al giorno all’incirca nello stesso momento in cui i sistemi batimetrici multi-fascio sono entrati in linea., In seguito, quando la navigazione GPS è diventata disponibile 24 ore al giorno con correzioni precise ogni 2 secondi (rispetto a circa ogni 2 ore per i satelliti di transito), per la prima volta è stato possibile raccogliere e localizzare regolarmente con precisione fasce di 10 chilometri di dati di fondo marino molto accurati. Alla fine degli anni ‘ 80, i miei colleghi e io stavamo spiegando agli studenti laureati increduli com’era nei “vecchi tempi di essere persi in mare” (l’equivalente del geofisico marino, suppongo, di “camminare a scuola a piedi nudi nella neve andando in salita in entrambe le direzioni.,”) Tuttavia, i nostri racconti caddero nel vuoto mentre i nostri studenti si lamentavano di errori di navigazione grandi come 50 metri e di come questi minuscoli (per me) errori degradassero la raccolta di alcuni set di dati, come quelli per la gravità.

Le mappe sono potenti: informano, eccitano e stimolano., Proprio come le prime mappe del mondo nel XVI secolo inaugurarono una vigorosa epoca di esplorazione, le prime mappe ad alta risoluzione e a copertura continua della dorsale medio-oceanica stimolarono gli investigatori da una vasta gamma di campi tra cui petrologia, geochimica, vulcanologia, sismologia, tettonica, magnetismo marino e gravità, così come alcuni al di fuori delle scienze della terra tra cui ecologia marina, chimica e biochimica., Per gli scienziati della terra, la combinazione di strumenti di mappatura delle andane ad alta risoluzione e navigazione precisa ci ha permesso di abbandonare la nostra fissazione con i transetti dritti attraverso le creste instillati dal nostro addestramento geologico e molto in voga durante il progetto FAMOUS. Mentre un tale approccio è stato utile nei primi giorni e ha ancora le sue applicazioni, abbiamo scoperto che le variazioni più rivelatrici sono spesso osservate esplorando lungo l’asse della cresta attiva.

Questa nuova prospettiva lungo-strike rivela l’architettura del sistema rift globale., L’asse della cresta ondula in modo sistematico, definendo una fondamentale partizione della cresta in segmenti delimitati da una varietà di discontinuità. I segmenti possono allungarsi o accorciarsi e hanno cicli di maggiore attività vulcanica, idrotermale e tettonica. Le nuove mappe e gli studi geologici marini che hanno stimolato rivelano una gerarchia nella segmentazione delle creste medio-oceaniche. I segmenti del primo ordine sono generalmente lunghi centinaia di chilometri, persistono da milioni a decine di milioni di anni e sono delimitati da faglie di trasformazione a piastre rigide relativamente permanenti., Questi difetti erano stati scoperti con i vecchi ecoscandagli a fascio largo, ma la loro complessità strutturale e influenza sui segmenti di cresta vicini non potevano essere apprezzati senza la nuova generazione di mappe.

Come illustrato sotto a destra, un segmento del primo ordine è solitamente diviso in diversi segmenti del secondo o terzo ordine che sopravvivono rispettivamente da meno di 10 milioni di anni a meno di circa 100.000 anni. Questi segmenti più piccoli e meno permanenti sono delimitati da una varietà di discontinuità non rigide che possono migrare lungo la lunghezza della cresta., Così questi segmenti di scala più fini possono allungare, accorciare, o addirittura scomparire completamente. Alla scala più fine, i segmenti del quarto ordine, che sono dell’ordine di 10 chilometri di lunghezza, possono sopravvivere come condotti distinti per i processi di accrescimento crostale solo per 100-10. 000 anni. Questi segmenti sono il prodotto di una serie di eventi di intrusione di dighe, le unità fondamentali della creazione crostale. Le dighe si formano quando il materiale fuso sale attraverso fessure e fessure verticali., La longevità di questi segmenti del quarto ordine e cicli associati di attività magmatica, vulcanica, tettonica e idrotermale esercitano un’influenza di controllo sulla distribuzione e la sopravvivenza delle comunità faunistiche bentoniche esotiche che fioriscono nell’ambiente buio, freddo e ostile della dorsale oceanica.

Mentre le indagini continuano, stiamo vedendo ulteriori prove per collegamenti importanti tra tipi molto diversi di osservazioni.,ial profondità,
• area della sezione trasversale della cresta (un proxy per il magmatico bilancio di fast-dorsali),
• spessore crostale,
• geochimica e dedotto eruzione temperatura di lave,
• le misure di crosta di magnetizzazione,
• caratteristiche del vicino asse che ha provocato l’errore, come lungo sciopero variazioni nell’altezza delle scarpate di faglia,
• le larghezze e dedotto profondità di crepe e fessure lungo l’asse,
• lava le età,
• la presenza o l’assenza di una crosta assiale camera magmatica (o fondere obiettivo),
• intensità di attività idrotermale, e
• abbondanza delle comunità idrotermali.,
Oggi, geofisici marini e geochimici spesso frequentano i discorsi degli ecologi bentonici e viceversa; questo era molto insolito 20 anni fa. Così, nonostante i recenti traumi di bilancio, mid-ocean ridge ricerca è più eccitante e più interdisciplinare che mai.

Ora abbiamo mappato quasi la metà del sistema globale di dorsale oceanica lungo uno stretto corridoio che definisce il confine della piastra centrale di diffusione, un notevole progresso considerando che avevamo mappato meno dell’uno per cento del sistema solo un decennio fa., Ma abbiamo esplorato con sommergibili o veicoli telecomandati meno dell’uno per cento di questa affascinante zona di creazione di placche crostali dove oltre il 90 per cento dell’attività vulcanica della terra rimbomba. Al di fuori di questo nastro stretto, sui fianchi del sistema mid-ocean ridge, meno dell’uno per cento è stato mappato e meno di .001 per cento è stato esplorato. Confrontare questo con la mappatura della superficie di Venere-che è vicino al 100 per cento completa., La visione a bassa risoluzione del fondo marino globale fornita dalle mappe GEOSAT recentemente pubblicate fornisce una serie di obiettivi allettanti per ulteriori indagini.

Sospetto che alcune delle scoperte più eccitanti si trovino nel prossimo futuro. Che bel momento per essere un geologo marino (se riesci a trovare un lavoro)!

Sia la National Science Foundation che l’Office of Naval Research supportano gli studi tettonici della dorsale oceanica.,

Ken Macdonald si è laureato nel 1975 al MIT / WHOI Joint Program in Oceanografia e da allora ha servito una dozzina di anni come membro della Woods Hole Oceanographic Institution Corporation. Ha avuto il piacere di vedere molti dei suoi studenti universitari andare al programma congiunto, e molti dei suoi studenti laureati si uniscono personale scientifico a Woods Hole e altrove. Ken ha guidato oltre 20 spedizioni in acque profonde e ha avuto la fortuna di partecipare ad alcune delle prime esplorazioni della dorsale medio-oceanica utilizzando ecoscandagli multi-fascio, veicoli a distanza, e sommergibili., Dice che trova creste mid-ocean come eccitante e misterioso come quando li ha incontrati per la prima volta—e sperimenta delusioni di capire come funzionano che sono di breve durata e illusorio.

CRESTA

RIDGE obiettivi sono due: 1) per offrire un punto di riferimento per
coordinato e interdisciplinare, la ricerca geologica e
processi geodinamici relative alla creazione di litosfera oceanica,
e 2) per fornire un quadro all’interno del quale diverse, innovative,
di ricerca avviati possono essere intraprese., Alcuni risultati specifici del Programma RIDGE negli ultimi cinque anni includono:

Discovery
Scoperta di cambiamenti inaspettatamente rapidi, specialmente nell’attività idrotermale e nelle comunità di sfogo, nell’immediato periodo successivo a un’eruzione.
monitoring Monitoraggio in tempo reale e risposta agli eventi magmatici
sulle creste del Pacifico nord-orientale (in collaborazione con la National
Oceanic and Atmospheric Administration).
Discovery Scoperta di una
biosfera microbica sotterranea all’interno della crosta oceanica, che rappresenta una
biomassa precedentemente sconosciuta sulla Terra.,
Recognition Riconoscimento della vasta
gamma di impostazioni tettoniche e la diversità della fauna associata a
Mid-Atlantic Ridge aree idrotermali.
Development Sviluppo di modelli quantitativi basati sull’osservazione che spiegano la sensibilità della topografia dell’asse di cresta a variabili come la velocità di diffusione, l’alimentazione del magma e la struttura termica assiale.
Establishment Creazione di un database digitale globale per i dati batimetrici della dorsale oceanica centrale per specifiche parti del sistema globale di dorsale.
Definition Definizione delle piccole dimensioni
dei corpi di magma crostale anche nelle creste di diffusione più veloci.,
Recognition
Riconoscimento dell’importanza del flusso guidato dalla galleggiabilità nel controllo
sia la ristrettezza dell’upwelling del mantello in senso trasversale che la
tridimensionalità dell’upwelling lungo l’asse.
Mapping Mapping and reconnaissance rock
campionamento di supersegments precedentemente inesplorati (segmenti lunghi che in genere si estendono da 1.000 a 2.000
chilometri) nel sistema globale di dorsale oceanica.
• Le prime misurazioni del moto delle placche su una dorsale oceanica.,
Provision Fornitura delle prime immagini della distribuzione del fuso nel mantello superiore sotto una dorsale oceanica mediante l’esperimento MELT (Mantle ELectromagnetic
and Tomography).