Er is een natuurlijke tendens in wetenschappelijk onderzoek voor een grotere specialisatie. De belangrijkste vooruitgang wordt geboekt door de focus te beperken en voort te bouwen op de brede basis van eerder, meer algemeen onderzoek. Dit was zeker het geval voor de Frans-Amerikaanse Mid-Ocean Undersea Study submersible expedition Die 25 jaar geleden werd gelanceerd. De mid-ocean doel was de Riftvallei van de Mid-Atlantische Rug verspreiden centrum., In de jaren 50 verzamelde Bruce Heezen van het Lamont Geological Observatory van de Columbia University dwarsdoorsneden van de rift valley en vermoedde terecht dat het deel uitmaakt van een globaal rift-systeem dat zich rond de aarde wikkelt als de naad van een honkbal. Britse en Canadese mariene geologen namen de volgende stap en zetten een reeks ambitieuze expedities op om de Mid-Atlantische Rug bij 45° N te bestuderen met behulp van alle geofysische en geologische tools die op dat moment beschikbaar waren. Een Amerikaanse groep richtte zijn aandacht op de Riftvallei bij 22 ° N., Echter, de bodem van de rift valley zelf, waar nieuwe oceanische korst binnendringt en uitbarst, bleef zo obscuur en raadselachtig als altijd. De honderden actieve vulkanen die de vloer van de Riftvallei bezetten, werden verborgen voor dieptetecorders door boomende zij-echo ‘ s van geluid die weergalmden van de steile, 1.000 meter hoge kliffen van de vallei.Toen, in 1972, drie jaar nadat Neil Armstrong de eerste menselijke voetafdruk op de maan achterliet, begon een internationale groep mariene geologen een gedurfde opmars: om de rift valley te verkennen met de enige voertuigen die ze daarheen konden brengen—duikboten., Ondanks een tiental jaren ervaring met diepzeeonderzeeërs, was er nog steeds veel scepsis over hun nut als wetenschappelijke instrumenten. Echter, degenen die geloofden de overhand, de Fransen maakte de bathyscaaf ArchimÈde en de onderzeeboot Cyana beschikbaar, en de VS bood de betrouwbare onderwater werkpaard Alvin. De Frans-Amerikaanse Mid-Ocean onderzeese studie (project FAMOUS) was aan de gang.,nauwkeurige basiskaarten voor de duikexpeditie werden samengesteld met behulp van een US Navy geclassificeerde multi-beam echolood, een Frans narrow beam echoloodsysteem en een diep gesleept instrumentpakket van het Marine Physical Laboratory van Scripps Institution of Oceanography (University of California, San Diego). Ik herinner me de verstilde verbazing aan boord van het onderzoeksschip Knorr toen we voor het eerst hoge-resolutie, diepe-tow diepteprofielen zagen branden in het papier van onze onwelriekende precisie diepterecorders., De middelste vorm van de slenk werd uiteindelijk duidelijk zichtbaar als een diepe trog genesteld in een bredere Slenk vallei, die vele heuvels bevatte die vulkanische kegels leken te zijn. Deze sonargegevens waren de basiskaarten voor de duikexpeditie en een team van geologen werd samengesteld om de eerste mid-oceanische bergkamduikers te zijn die ArchimÈde gebruikten in de zomer van 1973.
Alvin en de andere duikboten bewezen zeker hun waarde als wetenschappelijke instrumenten tijdens FAMOUS, en ze worden sindsdien intensief gebruikt., Inderdaad, de Fransen en ook de Japanners hebben hun originele onderzeeërs vervangen door voertuigen die twee keer zo diep kunnen duiken, tot diepten van meer dan 6000 meter. Het beroemde geologische werk toonde aan dat de Riftvallei is ontstaan door grote breuken die door de nieuw gevormde oceanische korst breken en dat actieve vulkanen overvloedig aanwezig zijn langs de riftvalleibodem. De jongste vulkanen vormen een smalle zone van oceanische korstvorming van slechts 1 tot 2 kilometer breed, Opmerkelijk in vergelijking met de afmetingen van de platen, die duizenden kilometers breed zijn., Beroemde magnetische, geochemische, gravitationele en seismische studies resulteerden in het meest gedetailleerde en uitgebreide onderzoek van een verspreidingscentrum tot die tijd. Er werd zoveel geleerd dat in 1977 twee hele nummers van het Bulletin of the Geological Society of America gewijd waren aan de resultaten van deze ongekende expeditie.
maar het tijdperk van ontdekking op mid-oceanische richels begon pas. Kort nadat de beroemde resultaten werden gemeld, bevond Alvin zich in het centrum van een andere Mid-ocean ridge expeditie, deze keer naar de sneller verspreidende Galápagos Rift in de Stille Oceaan., Metingen van de warmtestroom gaven aan dat er hydrothermale activiteit zou kunnen plaatsvinden op de flanken van dit verspreidingscentrum, en de honderden micro-aarde-bevingen die daar werden geregistreerd, werden verondersteld hydrothermale of vulkanische oorsprong te hebben. Duikers aan boord van Alvin zagen veel meer dan warm water; ze ontdekten gemeenschappen van bentische fauna, waaronder “gigantische buiswormen”, die gedijen op de chemische energie die wordt geleverd door het verspreiden van centrumvulkanen. Dit waren en zijn nog steeds de enige ecosystemen waarvan bekend is dat ze gebaseerd zijn op chemosynthese in plaats van fotosynthese., Deze ontdekking leidde tot nieuwe hypothesen over de oorsprong van het leven op aarde-en de mogelijkheid van exotische levensvormen op andere planeten-die vandaag de dag nog steeds heftig worden besproken.slechts twee jaar later, in 1979, tijdens een expeditie die als doel had het nut van Alvin voor geofysische metingen te bewijzen, werden de eerste “black smoker vents” op hoge temperatuur ontdekt op de oostelijke Pacific Rise in de buurt van 21°N. onze temperatuursondes werden gekalibreerd tot 30°C, maar de eerste metingen van Alvin stegen off-scale., Toen de PVC montagestaaf van een sonde tekenen van verkoeling vertoonde, werd de sonde haastig opnieuw gekalibreerd naar hogere temperaturen. De volgende dag werden temperaturen in de buurt van 400°C geregistreerd, waardoor het vorige GalÁpagos record van 22°C met een brede marge werd verbroken. Het was pas na de cruise dat we leerden dat de smelttemperatuur van Alvin ‘ s patrijspoorten aanzienlijk lager was dan 400°C. onwetendheid kan gelukzaligheid zijn!
een belangrijke verandering in het perspectief kwam van de ontdekking van hydrothermale openingen door mariene geologen en geofysici., Het werd duidelijk dat in studies van mid-oceanische rug tektoniek, vulkanisme en hydrothermale activiteit, de grootste opwinding ligt in de verbanden tussen deze verschillende velden. Geofysici zochten bijvoorbeeld jarenlang naar hydrothermische activiteit op mid-oceanische ruggen (ook tijdens Project FAMOUS) door het slepen van arrays van thermisters in de buurt van de zeebodem; immers, iemand die op zoek is naar warm water meet de temperatuur van het water! Hydrothermale activiteit werd uiteindelijk echter effectiever gedocumenteerd door de verspreiding van exotische ontluchtingsdieren te fotograferen., Zelfs nu, de beste indicatoren van de recente vulkaanuitbarstingen en de duur van hydrothermale activiteit ontstaan uit het bestuderen van de kenmerken van benthische faunale gemeenschappen. Bijvoorbeeld, tijdens de eerste diepzee mid-oceanische heuveluitbarsting toen een duikboot in het gebied was, zagen duikers geen langzame lommerende cascade van kussenlava ‘ s zoals gefilmd bij Hawaii in “Fire Under The Sea.,”Wat ze zagen was totaal onverwacht: witte bacteriële matten golvend uit de zeebodem, het creëren van een scène net als een Midwinter sneeuwstorm in IJsland, die alle van de vers uitgebarsten, glazige, zwarte lava met een dikke deken van witte bacteriële “sneeuw.”Het RIDGE Program (Ridge InterDisciplinary Global Experiments-hieronder beschreven) belichaamt en promoot de geest van deze nieuwe cross-disciplinaire benadering van Mid-ocean ridge onderzoeken.de technologische ontwikkelingen hadden ook een enorme invloed op ons perspectief., Zodra multi-beam bathymetrische karteringshulpmiddelen beschikbaar waren voor niet-geclassificeerde toepassingen vanaf 1973, konden we verder gaan dan het tweedimensionale perspectief van de mid-oceanische rug in doorsnede. Decennia lang werden bathymetrische grafieken artistiek samengesteld uit breed uit elkaar liggende profielen. Hoewel de nu klassieke “Floor of the Oceans” kaart getekend door Marie Tharp en Bruce Heezen Opmerkelijk nauwkeurig bleek te zijn, was wat er echt gebeurde tussen profielen, die vaak 10 tot 100 kilometer uit elkaar lagen, onbekend., Met multi-beam bathymetrische systemen konden maar liefst 100 geluidsbundels tegelijkertijd worden verzameld over een strook van 1 tot 10 kilometer breed. In een enkele pas van het schip konden tot 100 profielen gelijktijdig worden verzameld en elk profiel was slechts ongeveer 100 meter van de buren. Wanneer men de eindige voetafdruk van het weerklankend geluid van de zeebodem beschouwt, wordt de dekking werkelijk continu. Voor het eerst konden we kaarten maken van de zeebodem zonder significante gaten! Niet langer nodig vertrouwen we op artistiek giswerk voor kaartproductie., De huidige multi-beam systemen stralen zeer smalle individuele bundels uit, slechts 1° tot 2° in vergelijking met ongeveer 30° voor oudere, single-beam systemen (Dit is als het vergelijken van een laserstraal met een zoeklicht bundel). De voetafdruk van het geluid voor elke bundel in een multi-beam systeem is slechts ongeveer 100 meter in plaats van enkele kilometers in doorsnede. De resulterende kaarten zijn veel nauwkeuriger, en onthullen de structuur van de zeebodem in veel meer detail.
een andere fundamentele beperking was navigatie., Fixes van satellieten en astronomische lichamen waren zeldzaam en beladen met fouten, en er waren geen oriëntatiepunten op de volle zee! Zelden wist je waar je was binnen beter dan 1 tot 2 kilometer, dus het had geen zin om data met tussenpozen dichterbij te verzamelen. Het Global Positioning System (GPS) begon beschikbaar te zijn in een gedegradeerd formaat een paar kostbare uren per dag op ongeveer hetzelfde moment dat multi-beam bathymetrische systemen online kwam., Later, toen GPS-navigatie 24 uur per dag beschikbaar kwam met nauwkeurige fixes om de 2 seconden (vergeleken met ongeveer om de 2 uur voor de doorvoersatellieten), konden 10 kilometer brede zwaden van zeer nauwkeurige gegevens over de zeebodem voor het eerst worden verzameld en routinematig met precisie worden gelokaliseerd. Eind jaren tachtig legden mijn collega ‘ s en ik aan ongelovige studenten uit hoe het was in de “oude dagen van verloren gaan op zee” (het equivalent van de mariene geofysicus, neem ik aan, van “blootsvoets naar school lopen in de sneeuw die beide kanten op gaat.,”) Echter, onze verhalen vielen in dovemansoren toen onze studenten klaagden over navigatiefouten zo groot als 50 meter en hoe deze minuscule (voor mij) fouten de verzameling van sommige datasets, zoals die voor de zwaartekracht gedegradeerd.
kaarten zijn krachtig: ze informeren, prikkelen en stimuleren., Net zoals de vroegste kaarten van de wereld in de zestiende eeuw een krachtig tijdperk van exploratie inluidden, stimuleerden de eerste hoge-resolutie kaarten met continue dekking van de mid-oceanische rug onderzoekers uit een breed scala van gebieden, waaronder petrologie, geochemie, vulkanologie, seismologie, tektoniek, mariene magnetica en zwaartekracht, evenals sommige buiten de aardwetenschappen, waaronder mariene ecologie, chemie en biochemie., Voor aardwetenschappers, de combinatie van high resolution swath mapping tools en nauwkeurige navigatie stelde ons in staat om onze fixatie te verlaten met de rechte transects over ruggen ingeprent door onze geologische training en zeer in zwang tijdens Project FAMOUS. Hoewel een dergelijke benadering nuttig was in de vroege dagen en nog steeds zijn toepassingen heeft, hebben we ontdekt dat de meest onthullende variaties vaak worden waargenomen door het verkennen langs de as van de actieve rug.
Dit nieuwe, along-strike perspectief onthult de architectuur van het Global rift systeem., De Nokas golft op een systematische manier, het definiëren van een fundamentele verdeling van de nok in segmenten begrensd door een verscheidenheid van discontinuïteiten. De segmenten kunnen verlengen of verkorten, en ze hebben cycli van verhoogde vulkanische, hydrothermale en tektonische activiteit. De nieuwe kaarten en de mariene geologische studies die ze hebben gestimuleerd onthullen een hiërarchie in de segmentatie van Mid-ocean richels. Eerste-orde segmenten zijn over het algemeen honderden kilometers lang, bestaan voor miljoenen tot tientallen miljoenen jaren, en worden begrensd door relatief permanente, rigide-plaat transformatiefouten., Deze fouten waren ontdekt met de oude echo-Sonders met brede stralen, maar hun structurele complexiteit en invloed op naburige noksegmenten konden niet worden gewaardeerd zonder de nieuwe generatie kaarten.
zoals hieronder rechts afgebeeld, wordt een eerste-orde segment meestal verdeeld in verschillende tweede-of derde-orde segmenten die minder dan 10 miljoen jaar tot minder dan ongeveer 100.000 jaar overleven. Deze kleinere, minder permanente segmenten worden begrensd door een verscheidenheid aan niet-rigide discontinuïteiten die langs de lengte van de rand kunnen migreren., Zo kunnen deze fijnere segmenten verlengen, verkorten of zelfs volledig verdwijnen. Op de fijnste schaal kunnen segmenten van de vierde orde, die in de orde van 10 kilometer lang zijn, slechts 100 tot 10.000 jaar overleven als afzonderlijke leidingen voor korst-accretieprocessen. Deze segmenten zijn het product van een reeks dijkintrusiegebeurtenissen, de fundamentele eenheden van de vorming van de korst. Dijken vormen zich wanneer gesmolten materiaal stijgt door verticale scheuren en scheuren., De lange levensduur van deze segmenten van de vierde orde en de bijbehorende cycli van magmatische, vulkanische, tektonische en hydrothermale activiteit oefenen een controlerende invloed uit op de verspreiding en overleving van exotische benthische faunale gemeenschappen die bloeien in de donkere, koude, vijandige omgeving van de mid-oceanische rug.
naarmate het onderzoek vordert, zien we meer aanwijzingen voor belangrijke verbanden tussen zeer uiteenlopende soorten waarnemingen.,ial depth,
• cross-sectional area of the NOK (a proxy for magmatic budget on fast-spreading ribges),
• crustal thickness,
• geochemie en afgeleide eruptietemperatuur van lava ‘ s,
• metingen van de magnetisatie van de aardkorst,
• Kenmerken van dichtbijgelegen-asafwijkingen zoals langs slagvariaties in de hoogten van breukscheurtjes,
• breedtes en afgeleide diepten van scheuren en scheuren langs de as,
• lava ages,
• aanwezigheid of afwezigheid van een korst axiale magmakamer (of smeltlens),
• intensiteit van hydrothermale activiteit, en
• abundantie van hydrothermale ventren.,tegenwoordig wonen mariene geofysici en geochemisten vaak de lezingen van benthische ecologen bij en vice versa; dit was 20 jaar geleden zeer ongebruikelijk. Dus, ondanks recente budgettaire trauma ‘ s, Mid-ocean ridge onderzoek is spannender en meer interdisciplinair dan ooit tevoren.
we hebben nu bijna de helft van het globale mid-oceanische rugsysteem in kaart gebracht langs een smalle corridor die de spreidende middenplaatgrens definieert, een opmerkelijke vooruitgang gezien het feit dat we slechts tien jaar geleden minder dan één procent van het systeem in kaart hadden gebracht., Maar we hebben met onderzeeërs of op afstand bediende voertuigen minder dan één procent van deze fascinerende zone van het creëren van korstplaten verkend waar meer dan 90 procent van de vulkanische activiteit van de aarde rommelt. Buiten dit smalle lint, op de flanken van het mid-oceanische rugsysteem, is minder dan één procent in kaart gebracht en minder dan .001 procent is onderzocht. Vergelijk dit met het in kaart brengen van het oppervlak van Venus—dat bijna 100 procent compleet is., Het lage-resolutie beeld van de wereldwijde zeebodem dat door recent gepubliceerde GEOSAT-kaarten wordt verschaft, biedt tal van prikkelende doelen voor verder onderzoek.
Ik vermoed dat enkele van de meest opwindende ontdekkingen in de nabije toekomst in het verschiet liggen. Wat een geweldige tijd om een mariene geoloog te zijn (als je een baan kunt krijgen)!zowel de National Science Foundation als het Office of Naval Research ondersteunen Mid-ocean ridge tektonic studies.,Ken Macdonald studeerde in 1975 af aan het mit / WHOI Joint Program in Oceanography en diende sindsdien een tiental jaren als lid van de Woods Hole Oceanographic Institution Corporation. Hij heeft het genoegen gehad van het zien van een aantal van zijn undergraduate studenten gaan naar het gezamenlijke programma, en een aantal van zijn afgestudeerde studenten lid worden van wetenschappelijk personeel op Woods Hole en elders. Ken heeft meer dan 20 diepzee expedities geleid en heeft het geluk gehad deel te nemen aan een aantal van de eerste verkenningen van de mid-oceanische rug met behulp van multi-beam echo sounders, op afstand bediende voertuigen en duikboten., Hij zegt dat hij Mid-ocean richels net zo spannend en mysterieus vindt als toen hij ze voor het eerst tegenkwam—en waanideeën ervaart van het begrijpen van hoe ze werken die van korte duur en illusoir zijn.
RIDGE
RIDGE ‘ s doelstellingen zijn tweeledig: 1) een focus bieden voor gecoördineerd, interdisciplinair onderzoek naar de geologische en
geodynamische processen gerelateerd aan de creatie van oceanische lithosfeer,
en 2) een kader bieden waarbinnen diverse, innovatieve,
door onderzoekers geïnitieerd onderzoek kan worden uitgevoerd., Enkele specifieke
resultaten van het RIDGE-programma in de afgelopen vijf jaar zijn:
ontdekking van onverwacht snelle veranderingen, vooral in hydrothermale
activiteit en ventilatiegemeenschappen, in de onmiddellijke nasleep van een
eruptie.Real-time monitoring en respons op magmatische gebeurtenissen op bergkammen in het noordoostelijk deel van de Stille Oceaan (in samenwerking met de National Oceanic and Atmospheric Administration).
Discovery ontdekking van een
microbiële biosfeer in de oceanische korst, die een
biomassa vertegenwoordigt die voorheen onbekend was op aarde.,
Recognition herkenning van het brede
bereik van tektonische settings en diversiteit van fauna geassocieerd met
Mid-Atlantic Ridge hydrothermale gebieden.ontwikkeling van kwantitatieve, observatiegebaseerde modellen die de gevoeligheid van de topografie van de ridge-as verklaren voor variabelen zoals spreidingssnelheid, Magma-toevoer en axiale thermische structuur.oprichting van een wereldwijde digitale database voor bathymetrische gegevens van mid-ocean ridge voor specifieke delen van het global ridge system.
Definition definitie van de kleine grootte
van Magma-korstlichamen bij zelfs de snelst verspreidende ruggen.,
Recognition
erkenning van het belang van drijfvermogen-gedreven stroom bij het beheersen van
zowel de nauwheid van mantelopwelling in een cross-as zin en de
driedimensionaliteit van opwelling langs-as.
Mapping kartering en verkenningsrots
bemonstering van voorheen onontgonnen supersegmenten (lange segmenten die gewoonlijk 1.000 tot 2.000
kilometers uitstrekken) in het globale Mid-ocean ridge systeem.de eerste metingen van de beweging van de plaat op een mid-oceanische rug.,levering van de eerste beelden van smeltverdeling in de bovenste mantel onder een mid-oceanische rug door het experiment MELT (Mantle ELectromagnetic
and Tomography).