există o tendință naturală în investigațiile științifice pentru specializare sporită. Cele mai importante progrese se fac prin restrângerea atenției și bazându-se pe baza largă a cercetărilor anterioare, mai generale. Acesta a fost cu siguranță cazul expediției submersibile franco-americane Mid-Ocean Undersea study lansată acum 25 de ani. Ținta Mid-ocean a fost Valea rift din Centrul de răspândire Mid-Atlantic Ridge., În anii 1950, Bruce Heezen de la Observatorul geologic Lamont al Universității Columbia a colectat secțiuni transversale cu ecou cu raze largi ale văii riftului și a presupus corect că face parte dintr-un sistem global de rift care se înfășoară în jurul pământului ca cusătura unei mingi de baseball. Geologii marini britanici și canadieni au făcut următorul pas și au montat o serie de expediții ambițioase pentru a studia creasta Mid-Atlantic aproape de 45° n folosind fiecare instrument geofizic și geologic disponibil la acea vreme. Un grup American și-a concentrat atenția asupra văii rift lângă 22° N., Cu toate acestea, podeaua văii riftului în sine, unde noua crustă oceanică pătrunde și erupe, a rămas la fel de obscură și enigmatică ca întotdeauna. Sutele de vulcani activi care ocupă podeaua văii riftului au fost ascunși de înregistratoarele de adâncime prin ecouri laterale în plină expansiune ale sunetului care reverberează din stâncile abrupte, înalte de 1.000 de metri ale văii.Apoi, în 1972, la trei ani după ce Neil Armstrong a părăsit prima amprentă umană pe lună, un grup internațional de geologi Marini a inițiat un avans îndrăzneț: să exploreze Valea riftului cu singurele vehicule care le—ar putea duce acolo-submersibile., În ciuda unui deceniu de experiență submersibilă la mare adâncime, a existat încă un scepticism considerabil cu privire la utilitatea lor ca instrumente științifice. Cu toate acestea, cei care au crezut prevalat, francezii făcut batiscaf ArchimÈde și submersibile Cyana disponibile, și NE-a oferit încredere subacvatice cal de povară Alvin. Studiul submarin francez – american de la mijlocul oceanului (proiectul FAMOUS) a fost în curs de desfășurare.,
Precise hărți de bază pentru scufundare expediție au fost asamblate folosind un US Navy clasificate multi-beam echo sounder, un francez fascicul îngust echo-sondare sistem, și un profund remorcat pachet de instrumente de Marin Fizică de Laborator la institutul de Oceanografie Scripps (Universitatea din California, San Diego). Îmi amintesc uimirea tăcută la bordul navei de cercetare Knorr când am văzut pentru prima dată profiluri de adâncime de înaltă rezoluție, de adâncime, arse încet în hârtia înregistratoarelor noastre de adâncime de precizie., În cele din urmă, forma centrală a rupturii a fost dezvăluită clar ca un jgheab adânc cuibărit într-o vale mai largă a rupturii, care conținea multe dealuri care păreau a fi conuri vulcanice. Aceste înregistrări sonare au fost hărțile de bază pentru expediția de scufundări, iar o echipă de geologi a fost asamblată pentru a fi primii scafandri de creastă din mijlocul oceanului folosind ArchimÈde în vara anului 1973.
Alvin și celelalte submersibile și-au dovedit cu siguranță valoarea ca instrumente științifice în timpul FAMOUS, și au fost foarte utilizate de atunci., Într-adevăr, francezii și, de asemenea, japonezii și-au înlocuit submarinele originale cu vehicule care se pot scufunda de două ori mai adânci, până la adâncimi care depășesc 6.000 de metri. Faimoasa lucrare geologică a arătat că Valea riftului este creată de defecte mari care străbat crusta oceanică nou formată și că vulcanii activi sunt abundenți de-a lungul podelei văii riftului. Cei mai tineri vulcani formează o zonă îngustă de creație a crustei oceanice de numai 1 până la 2 kilometri lățime, remarcabilă în comparație cu dimensiunile plăcilor, care au o lungime de mii de kilometri., Faimoasele studii magnetice, geochimice, gravitaționale și seismice au dus la cea mai detaliată și cuprinzătoare investigație a unui centru de răspândire până la acea vreme. S-au aflat atât de multe că în 1977 două numere întregi ale Buletinului Societății Geologice din America au fost dedicate rezultatelor acestei expediții fără precedent.
dar epoca descoperirii pe crestele Mid-ocean a fost doar începutul. La scurt timp după ce au fost raportate rezultatele celebre, Alvin a fost în centrul unei alte expediții de creastă de la mijlocul oceanului, de data aceasta spre Riftul GalÁpagos care se răspândește mai repede în Oceanul Pacific., Măsurătorile debitului de căldură au indicat că activitatea hidrotermală ar putea avea loc pe flancurile acestui centru de răspândire, iar sutele de cutremure microearth înregistrate acolo au fost considerate a fi hidrotermale sau vulcanice de origine. Scafandrii de la bordul lui Alvin au văzut mult mai mult decât apă caldă; au descoperit comunități de faună bentonică, inclusiv „viermi tubulari uriași”, care prosperă pe energia chimică furnizată de răspândirea vulcanilor din centru. Acestea au fost și sunt încă singurele ecosisteme cunoscute a fi bazate pe chemosinteză, mai degrabă decât pe fotosinteză., Această descoperire a dat naștere unor noi ipoteze despre originea vieții pe pământ—și posibilitatea unor forme de viață exotice pe alte planete—care sunt încă dezbătute astăzi.
Doar doi ani mai târziu, în 1979, în timpul unei expediții al cărui obiectiv a fost de a demonstra utilitatea Alvin pentru măsurători geofizice, prima de înaltă temperatură „fumător negru guri de aerisire” au fost descoperite la Est Pacific Creștere aproape de 21°N. Nostru sonde de temperatură au fost calibrate la 30°C, dar măsurătorile inițiale făcute de Alvin crescut pe scară., Când tija de montare din PVC a unei sonde a prezentat semne de carbonizare, sonda a fost recalibrată în grabă la temperaturi mai ridicate. A doua zi, s-au înregistrat temperaturi de aproape 400°C, depășind recordul anterior de GalÁpagos de 22°C cu o marjă largă. Abia după croazieră am aflat că temperatura de topire a orificiilor lui Alvin a fost considerabil mai mică de 400°C. ignoranța poate fi fericire!o schimbare importantă în perspectivă a venit din descoperirea orificiilor hidrotermale de către geologii și geofizicienii marini., A devenit clar că, în studiile de tectonică, vulcanism și activitate hidrotermală, cea mai mare emoție este în legăturile dintre aceste domenii diferite. De exemplu, geofizicieni căutat activitate hidrotermală în mijlocul oceanului creste de mai mulți ani (inclusiv în timpul Proiectului CELEBRU) de remorcare tablouri de thermisters aproape de fundul mării; la urma urmei, cineva care cauta pentru apă caldă măsoară temperatura apei! Cu toate acestea, activitatea hidrotermală a fost în cele din urmă documentată mai eficient prin fotografierea distribuției animalelor exotice de aerisire., Chiar și acum, cei mai buni indicatori ai recenței erupțiilor vulcanice și a duratei activității hidrotermale apar din studierea caracteristicilor comunităților faunale bentonice. De exemplu, în timpul primei erupții de adâncime la mijlocul oceanului, când un submersibil se afla în zonă, scafandrii nu au văzut o cascadă lentă de lavă de pernă filmată în Hawaii în „Fire Under the Sea”.,”Ceea ce au văzut a fost complet neașteptat: Rogojini bacteriene albe care ies din fundul mării, creând o scenă asemănătoare unui viscol de iarnă din Islanda, acoperind toată lava proaspăt eruptă, sticloasă, neagră, cu o pătură groasă de zăpadă bacteriană albă.”Programul RIDGE (Ridge InterDisciplinary Global Experiments-descris mai jos) întruchipează și promovează spiritul acestei noi abordări trans-disciplinare a investigațiilor Mid-ocean ridge.evoluțiile tehnologice au avut, de asemenea, o influență enormă asupra perspectivei noastre., Odată ce instrumentele de cartografiere batimetrică cu mai multe fascicule au fost disponibile pentru aplicații neclasificate începând cu 1973, am putea avansa dincolo de perspectiva bidimensională a crestei Mid-ocean în secțiune transversală. Timp de decenii, diagramele batimetrice au fost asamblate artistic din profile distanțate larg. Deși clasicul grafic „podeaua oceanelor” desenat de Marie Tharp și Bruce Heezen s-a dovedit a fi remarcabil de precis, ceea ce s-a întâmplat cu adevărat între profiluri, care erau adesea la 10-100 de kilometri distanță, nu era cunoscut., Cu sisteme batimetrice cu mai multe fascicule, pot fi colectate simultan 100 de fascicule de sunet pe o lățime de 1 până la 10 kilometri. Într-o singură trecere a navei, până la 100 de profiluri puteau fi colectate simultan și fiecare profil era la doar aproximativ 100 de metri de vecinii săi. Când se ia în considerare amprenta finită a sunetului care răsună înapoi de pe fundul mării, acoperirea devine cu adevărat continuă. Pentru prima dată am putut face hărți ale fundului mării fără lacune semnificative! Nu mai este nevoie să ne bazăm pe presupuneri artistice pentru producția de hărți., Azi multi-beam sisteme emit foarte îngust grinzi individuale, numai 1° 2°, comparativ cu aproximativ 30° în vârstă, single-beam sisteme (acest lucru este ca și cum ai compara un fascicul laser de la un reflector cu fascicul). Amprenta sunetului pentru fiecare fascicul într-un sistem cu mai multe fascicule este de numai aproximativ 100 de metri, mai degrabă decât câțiva kilometri. Hărțile rezultate sunt mult mai precise, și dezvăluie structura fundul mării în detaliu mult mai mare.o altă limitare fundamentală a fost navigarea., Corecțiile de la sateliți și corpuri astronomice au fost rare și pline de erori și nu au existat repere în marea liberă! Rar știați unde vă aflați mai bine de 1 până la 2 kilometri, deci nu a avut rost să colectați date la intervale mai apropiate decât atât. Sistemul de poziționare globală (GPS) a început să fie disponibil într-un format degradat câteva ore prețioase pe zi, aproximativ în același timp în care sistemele batimetrice cu mai multe fascicule au intrat în linie., Mai târziu, pe măsură ce navigația GPS a devenit disponibilă 24 de ore pe zi, cu corecții precise la fiecare 2 secunde (comparativ cu aproximativ la fiecare 2 ore pentru sateliții de tranzit), pentru prima dată ar putea fi colectate și localizate în mod obișnuit cu precizie 10 kilometri. De la sfârșitul anilor 1980, colegii mei și mi-au explicat neincrezator studenți absolvent ceea ce a fost ca în „vremurile de a fi pierdut pe mare” (marin geofizician echivalent, cred, de „mers pe jos la școală desculț în zăpadă merge în ambele direcții.,”) Cu toate acestea, poveștile noastre au căzut pe urechi surde, în timp ce studenții noștri s-au plâns de erori de navigație de până la 50 de metri și de modul în care aceste erori minuscule (pentru mine) au degradat colectarea unor seturi de date, cum ar fi cele pentru gravitație.hărțile sunt puternice: informează, excită și stimulează., Doar ca cele mai vechi harti ale lumii în secolul al xvi-lea a inaugurat într-un viguros vârstă de explorare, prima de înaltă rezoluție, continuă-hărți de acoperire de la mid-ocean ridge stimulat de anchetatori dintr-o gamă largă de domenii, inclusiv petrologie, geochimie, vulcanologie, seismologie, tectonice, marin magnetismul și gravitația precum și unele din afara științele pământului, inclusiv marine ecologie, chimie și biochimie., Pentru cercetătorii de pe pământ, combinația dintre instrumentele de cartografiere de înaltă rezoluție și navigarea precisă ne-a permis să renunțăm la fixarea noastră cu transectele drepte de-a lungul crestelor insuflate de pregătirea noastră geologică și foarte în vogă în timpul proiectului FAMOUS. În timp ce o astfel de abordare a fost utilă în primele zile și are încă Aplicații, am constatat că cele mai revelatoare variații sunt adesea observate prin explorarea de-a lungul axei crestei active.
această nouă perspectivă, de-a lungul strike dezvăluie arhitectura sistemului global rift., Axa crestei se ondulează în mod sistematic, definind o împărțire fundamentală a crestei în segmente delimitate de o varietate de discontinuități. Segmentele se pot prelungi sau scurta și au cicluri de activitate vulcanică, hidrotermală și tectonică crescută. Noile hărți și studiile geologice marine pe care le-au stimulat dezvăluie o ierarhie în segmentarea crestelor Mid-ocean. Segmentele de ordinul întâi au în general o lungime de sute de kilometri, persistă de milioane până la zeci de milioane de ani și sunt delimitate de defecte de transformare relativ permanente, cu plăci rigide., Aceste defecte au fost descoperite cu vechile sonerii ecografice cu fascicul larg, dar complexitatea lor structurală și influența asupra segmentelor de creastă vecine nu ar putea fi apreciate fără noua generație de hărți.
așa cum este ilustrat mai jos dreapta, un segment de prim ordin este de obicei împărțit în mai multe segmente de ordinul al doilea sau al treilea, care supraviețuiesc mai puțin de 10 milioane de ani la mai puțin de aproximativ 100.000 de ani, respectiv. Aceste segmente mai mici, mai puțin permanente, sunt delimitate de o varietate de discontinuități nonrigide care pot migra de-a lungul lungimii creastei., Astfel, aceste segmente de scară mai fine pot prelungi, scurta sau chiar dispărea complet. La cea mai bună scară, segmentele de ordinul patru, care sunt de ordinul a 10 kilometri lungime, pot supraviețui ca conducte distincte pentru procesele accreționare crustale timp de numai 100 până la 10.000 de ani. Aceste segmente sunt produsele unei serii de evenimente de intruziune dike, unitățile fundamentale ale creației crustale. Digurile se formează atunci când materialul topit se ridică prin fisuri și fisuri verticale., Longevitatea acestor patra-pentru segmente și asociate ciclurilor de magmatice vulcanice, tectonice, și activitate hidrotermală exercita o influență de control asupra distribuției și supraviețuirea exotice bentonice faunistice comunități prospere în întuneric, rece, ostilă mediului de mid-ocean ridge.
pe măsură ce investigațiile continuă, vedem mai multe dovezi pentru legături importante între tipuri foarte diverse de observații.,ial adâncime,
• aria secțiunii transversale a crestei (un proxy pentru magmatice buget pe care se răspândesc rapid creste),
• crustale grosime,
• geochimie și deduce erupție temperatura de lavas,
• măsurători ale crustale de magnetizare,
• caracteristicile de lângă axa vina, cum ar fi de-a lungul grevă variații în înălțimi de vina falii,
• lățimile și deduce adâncimi de crăpături și fisuri de-a lungul axei,
• lava vârstele,
• prezența sau absența unei crustale axial de magmă (sau topi obiectiv),
• intensitatea de activitate hidrotermală, și
• abundența de comunitățile hidrotermale.,
astăzi, geofizicienii și geochimiștii marini participă adesea la discuțiile ecologiștilor bentonici și invers; acest lucru a fost foarte neobișnuit acum 20 de ani. Deci, în ciuda traumelor bugetare recente, cercetarea Mid-ocean ridge este mai interesantă și mai interdisciplinară decât oricând.
Avem acum mapate aproape o jumătate de global mid-ocean ridge sistem de-a lungul unui coridor îngust care definește răspândirea centrul plăcii limita, un avans remarcabil, avand in vedere ca aveam mapate mai puțin că un procent de sistem numai un deceniu în urmă., Dar am explorat cu submersibile sau vehicule operate de la distanță mai puțin de un procent din această zonă fascinantă de creare a plăcilor crustale, unde mai mult de 90% din activitatea vulcanică a Pământului vibrează. În afara acestei panglici înguste, pe flancurile sistemului Mid-ocean ridge, mai puțin de un procent a fost cartografiat și mai puțin .001 la sută a fost explorat. Comparați acest lucru cu cartografierea suprafeței lui Venus—care este aproape de 100% completă., Vederea cu rezoluție scăzută a fundului mării globale, oferită de hărțile GEOSAT publicate recent, oferă o serie de ținte tentante pentru investigații suplimentare.bănuiesc că unele dintre cele mai interesante descoperiri se află în viitorul apropiat. Ce moment minunat să fii geolog marin (dacă poți obține un loc de muncă)!atât Fundația Națională de știință, cât și Biroul de cercetare navală susțin studiile tectonice Mid-ocean ridge.,Ken Macdonald a absolvit în 1975 programul comun MIT/WHOI în oceanografie și de atunci a servit o duzină de ani ca membru al corporației Woods Hole Oceanographic Institution. El a avut plăcerea de a vedea mai mulți dintre studenții săi de licență să meargă la Programul Comun, iar câțiva dintre studenții săi absolvenți se alătură personalului științific la Woods Hole și în altă parte. Ken a condus peste 20 de adâncime expediții și a avut norocul de a participa la unele dintre primele explorări ale mid-ocean ridge folosind multi-beam sonde ultrasunet, vehiculele controlate de la distanță, și submersibile., El spune că el găsește mijlocul oceanului creste la fel de interesant și misterios ca și prima dată—și experiențele iluzii de a înțelege cum funcționează, care sunt de scurtă durată și iluzoriu.obiectivele RIDGE sunt duble: 1) pentru a oferi un accent pentru cercetarea coordonată, Interdisciplinară în procesele geologice și geodinamice legate de crearea litosferei oceanice,
și 2) pentru a oferi un cadru în care diverse, inovatoare,
cercetare inițiată de investigator pot fi întreprinse., Unele specifice
realizări de CREASTA Program în ultimii cinci ani includ:
Descoperirea neașteptat de rapidă schimbare, în special în hidrotermale
activitate și de aerisire a comunităților, în perioada imediat următoare unei
erupție.monitorizarea în timp Real și de răspuns la evenimente magmatice pe crestele din Pacificul de Nord-Est (în colaborare cu National Oceanic si Atmospheric Administration).descoperirea unei biosferei microbiene subterane în crusta oceanică, reprezentând o biomasă necunoscută anterior pe Pământ.,recunoașterea largă gama de setări tectonice și diversitatea faunei asociate cu zonele hidrotermale Mid-Atlantic Ridge.dezvoltarea modelelor cantitative, bazate pe observare, care explică sensibilitatea topografiei axei de creastă la variabile precum rata de răspândire,magma și structura termică axială.
? stabilirea unei baze de date digitale la nivel mondial pentru Mid-ocean ridge date batimetrice pentru anumite părți ale sistemului global ridge.
? definiția de dimensiuni mici
de corpuri de magma crustale la chiar și cele mai rapide crestele de raspandire.,recunoașterea importanței fluxului de flotabilitate-driven în controlul
atât îngustimea mantalei upwelling într-un sens cross-axis și
trei-dimensionality de upwelling de-a lungul axei.cartografiere și recunoaștere rock prelevarea de probe de supersegments neexplorate anterior (segmente lungi care se extind de obicei 1.000 la 2.000 de kilometri) în sistemul global Mid-ocean ridge.
? primele măsurători ale mișcării plăcii pe o creastă de la mijlocul oceanului.,furnizarea de primele imagini de distribuție se topesc în sus
Manta sub o creasta Mid-ocean de topitură (Manta electromagnetice
și tomografie) Experiment.