det finns en naturlig tendens i vetenskapliga undersökningar för ökad specialisering. De viktigaste framstegen görs genom att minska fokus och bygga på den breda grunden för tidigare, mer allmän forskning. Detta var verkligen fallet för den fransk-amerikanska mid-Ocean Undersea studie dränkbar expedition lanserades 25 år sedan. Mid-ocean målet var rift valley i Mid-Atlantic Ridge sprida center., På 1950-talet samlade Bruce Heezen Från Columbia University Lamont Geological Observatory bredstrålande ekolod tvärsnitt av rift valley och förstod korrekt att det är en del av ett globalt rift-system som sveper runt jorden som sömmen i en baseball. Brittiska och kanadensiska Marina geologer tog nästa steg och monterade en rad ambitiösa expeditioner för att studera Mid-Atlantic Ridge nära 45° n med hjälp av alla geofysiska och geologiska verktyg som finns tillgängliga vid den tiden. En amerikansk grupp fokuserade sin uppmärksamhet på rift valley nära 22 ° N., Men golvet i rift valley själv, där ny oceanisk skorpa tränger in och utbrott, förblev lika obskyra och gåtfulla som någonsin. De hundratals aktiva vulkaner som upptar golvet i rift valley var dolda från djup recorders genom blomstrande side-ekon av ljud som återvänder från de branta, 1,000 meter höga klipporna i dalen.Sedan, 1972, tre år efter att Neil Armstrong lämnade det första mänskliga fotavtrycket på månen, inledde en internationell grupp marina geologer ett djärvt framsteg: att utforska rift valley med de enda fordon som kunde ta dem där—submersibles., Trots ett decennium av djuphavsundervattenserfarenhet fanns det fortfarande stor skepsis om deras användbarhet som vetenskapliga verktyg. Men de som trodde segrade, fransmännen gjorde bathyscaphe ArchimÈde och den nedsänkbara Cyana tillgängliga, och USA erbjöd den pålitliga undervattensarbetshästen Alvin. Den fransk-amerikanska mid-Ocean Undersea-studien (Project FAMOUS) var på gång.,

exakta baskartor för dykexpeditionen monterades med hjälp av en amerikansk marin klassificerad multi-beam ekolod, ett franskt smalt stråle ekolodssystem och ett djupt bogserat instrumentpaket från Marine Physical Laboratory vid Scripps Institution of Oceanography (University of California, San Diego). Jag minns den förhäxade förvåning ombord på forskningsfartyget Knorr när vi först såg högupplösta, djupa dragdjup profiler långsamt brännas in i papperet av våra illaluktande precision djup brännare., Riftens mittform avslöjades slutligen tydligt som ett djupt tråg kapslat i en bredare riftdal, som innehöll många kullar som tycktes vara vulkaniska kottar. Dessa sonar poster var bas kartor för dykexpedition, och ett team av geologer samlades för att vara den första mitten av havet åsen dykare använder ArchimÈde sommaren 1973.

Alvin och de andra submersibles visade verkligen sitt värde som vetenskapliga verktyg under kända, och de har använts kraftigt sedan dess., Faktum är att fransmännen och även japanerna har ersatt sina ursprungliga subs med fordon som kan dyka dubbelt så djupt, till djup som överstiger 6 000 meter. Det berömda geologiska arbetet visade att rift valley skapas av stora fel som bryter igenom den nybildade oceaniska skorpan och att aktiva vulkaner är rikliga längs rift valley-golvet. De yngsta vulkanerna bildar en smal zon av havskorpans skapelse endast 1 till 2 kilometer bred, anmärkningsvärd jämfört med plattornas dimensioner, som är tusentals kilometer över., Berömda magnetiska, geokemiska, gravitations-och seismiska studier resulterade i den mest detaljerade och omfattande undersökningen av ett spridningscenter fram till den tiden. Så mycket lärde sig att 1977 var två hela frågor av Bulletin of the Geological Society of America dedikerade till resultaten av denna oöverträffade expedition.

men åldern för upptäckten på mitten av havet åsar började bara. Strax efter att de berömda resultaten rapporterades var Alvin i mitten av en annan Mid-ocean ridge expedition, den här gången till den snabbare spridningen GalÁpagos Rift i Stilla havet., Värmeflödesmätningar indikerade att hydrotermisk aktivitet kan förekomma på flankerna i detta spridningscenter, och de hundratals mikrojordskakningar som registrerades ansågs vara hydrotermiska eller vulkaniska ursprung. Dykare ombord Alvin såg mycket mer än varmt vatten; de upptäckte samhällen av bentisk fauna, inklusive ”jätte rörmaskar”, som trivs på den kemiska energi som tillhandahålls genom att sprida center vulkaner. Dessa var och är fortfarande de enda ekosystem som är kända för att vara baserade på kemosyntes snarare än fotosyntes., Denna upptäckt gav upphov till nya hypoteser om livets ursprung på jorden – och möjligheten till exotiska livsformer på andra planeter-som fortfarande diskuteras varmt idag.

bara två år senare, 1979, under en expedition vars mål var att bevisa användbarheten av Alvin för geofysiska mätningar, upptäcktes de första högtemperaturventilerna ”black smoker vents” på East Pacific Rise nära 21°N. våra temperaturprober kalibrerades till 30°C, men initiala mätningar gjorda av Alvin höjde sig utanför skalan., När en sonds PVC-Monteringsstång visade tecken på charring, var sonden hastigt omkalibrerad till högre temperaturer. Nästa dag registrerades temperaturer nära 400°C, vilket bröt den tidigare GalÁpagos-rekordet på 22°C med en bred marginal. Det var först efter kryssningen som vi lärde oss smälttemperaturen hos Alvins portholes var betydligt mindre än 400 ° C. okunnighet kan vara lycka!

en viktig förändring i perspektivet kom från upptäckten av hydrotermiska ventiler av marina geologer och geofysiker., Det blev klart att i studier av mid-ocean ridge tektonik, vulkanism och hydrotermisk aktivitet är den största spänningen i kopplingarna mellan dessa olika områden. Till exempel sökte geofysiker efter hydrotermisk aktivitet på mid-ocean-åsar i många år (inklusive under projekt känd) genom att dra i termister i närheten av havsbotten; när allt kommer omkring mäter någon som letar efter varmt vatten vattnets temperatur! Hydrotermisk aktivitet dokumenterades emellertid mer effektivt genom att fotografera distributionen av exotiska ventilationsdjur., Även nu uppstår de bästa indikatorerna på recensen av vulkanutbrott och varaktigheten av hydrotermisk aktivitet från att studera egenskaperna hos bentiska faunala samhällen. Till exempel, under den första djupa havet mid-ocean ridge utbrott när en dränkbar var i området, dykare såg inte en långsam lumbering kaskad av kudde lavas som filmade av Hawaii i ” eld under havet.,”Vad de såg var helt oväntat: vit bakteriell matting böljande ut ur havsbotten, skapa en scen ungefär som en midwinter snöstorm på Island, som täcker alla nyligen utbröt, glasartad, svart lava med en tjock filt av vit bakteriell” snö.”KAMMEN Program (Ridge Tvärvetenskapliga Globala Experiment som beskrivs nedan) förkroppsligar och främjar den anda av detta nya tvärvetenskapliga förhållningssätt till mitten av ocean ridge utredningar.

den tekniska utvecklingen hade också ett enormt inflytande på vårt perspektiv., När multi-beam bathymetriska kartläggningsverktyg var tillgängliga för icke-klassificerade applikationer som började 1973, kunde vi avancera bortom det tvådimensionella perspektivet av mid-ocean ridge i tvärsnitt. I årtionden monterades batymetriska diagram konstnärligt från brett placerade profiler. Även om det nu klassiska ”golvet i oceanerna” – diagrammet ritat av Marie Tharp och Bruce Heezen visade sig vara anmärkningsvärt korrekt, var det som verkligen hände mellan profiler, som ofta var 10 till 100 kilometer ifrån varandra, okänt., Med multi-beam bathymetriska system kan så många som 100 ljudstrålar samlas in samtidigt över en sväng 1 till 10 kilometer bred. I ett enda pass av fartyget kunde upp till 100 profiler samlas samtidigt och varje profil var bara cirka 100 meter från sina grannar. När man betraktar det ändliga fotavtrycket av ljud som ekar tillbaka från havsbotten blir täckningen verkligen kontinuerlig. För första gången kunde vi göra kartor över havsbotten utan några betydande luckor! Inte längre behöver vi lita på konstnärliga gissningar för kartproduktion., Dagens multi-beam system avger mycket smala enskilda balkar, endast 1 ° till 2 ° jämfört med cirka 30 ° för äldre, enkelstrålande system (Detta är som att jämföra en laserstråle till en sökljusstråle). Fotavtrycket av ljud för varje stråle i ett flerstrålsystem är bara cirka 100 meter snarare än flera kilometer över. De resulterande kartorna är mycket mer exakta och avslöjar havsbotten struktur i mycket större detalj.

en annan grundläggande begränsning hade varit navigering., Korrigeringar från satelliter och astronomiska kroppar var sällsynta och fyllda med fel, och det fanns inga landmärken ute på öppet hav! Sällan visste du var du var inom bättre än 1 till 2 kilometer, så det var ingen mening att samla in data med intervaller närmare än det. Global Positioning System (GPS) började vara tillgänglig i ett försämrat format några dyrbara timmar per dag vid ungefär samma tid som multi-beam bathymetriska system kom på nätet., Senare, när GPS-navigering blev tillgänglig 24 timmar per dag med exakta korrigeringar var 2: e sekund (jämfört med ungefär var 2: e timme för transitsatelliterna), kunde 10-kilometer breda svängar av mycket exakta sjöfartsdata samlas in och rutinmässigt lokaliseras med precision för första gången. I slutet av 1980-talet förklarade mina kollegor och jag för otroliga doktorander hur det var i ”gamla dagar att gå vilse till sjöss” (den marina geofysikerns motsvarighet, antar jag, att ”gå till skolan barfota i snön går uppför båda hållen.,”) Men våra berättelser föll på döva öron som våra elever klagade över navigeringsfel så stora som 50 meter och hur dessa minuscule (till mig) fel försämrade insamlingen av vissa datamängder, såsom de för gravitation.

kartor är kraftfulla: de informerar, exciterar och stimulerar., Precis som de tidigaste kartorna i världen i det sextonde århundradet inledde i en kraftfull tid av utforskning stimulerade de första högupplösta, kontinuerliga täckningskartorna av mid-ocean ridge utredare från ett brett spektrum av områden, inklusive petrologi, geokemi, vulkanologi, seismologi, tektonik, marin magnetik och gravitation samt några utanför jordvetenskapen, inklusive marin ekologi, Kemi och biokemi., För jordforskare gjorde kombinationen av högupplösta swath-kartverktyg och exakt navigering att vi kunde överge vår fixering med de raka transekterna över åsar som infördes av vår geologiska träning och väldigt mycket på modet under Project FAMOUS. Medan ett sådant tillvägagångssätt var användbart i de tidiga dagarna och fortfarande har sina applikationer, har vi funnit att de mest avslöjande variationerna ofta observeras genom att utforska längs den aktiva åsens axel.

denna nya, längs strejk perspektiv avslöjar arkitekturen i det globala rift-systemet., Åsen axeln böljar på ett systematiskt sätt, definiera en grundläggande partitionering av åsen i segment avgränsas av en mängd olika diskontinuiteter. Segmenten kan förlänga eller förkorta, och de har cykler av ökad vulkanisk, hydrotermisk och tektonisk aktivitet. De nya kartorna och de marina geologiska studier de har stimulerat avslöjar en hierarki i segmenteringen av mid-ocean åsar. Första ordningens segment är i allmänhet hundratals kilometer långa, kvarstår i miljoner till tiotals miljoner år och begränsas av relativt permanenta, styva plattomvandlingsfel., Dessa fel hade upptäckts med de gamla bredstrålande ekolodgivarna, men deras strukturella komplexitet och inflytande på närliggande åssegment kunde inte uppskattas utan den nya generationen kartor.

som visas nedan till höger är ett första ordningssegment vanligtvis uppdelat i flera andra-eller tredje ordningssegment som överlever i mindre än 10 miljoner år till mindre än cirka 100 000 år. Dessa mindre, mindre permanenta segment begränsas av en mängd nonrigid diskontinuiteter som kan migrera längs åsens längd., Således kan dessa finare skalsegment förlänga, förkorta eller till och med försvinna helt. I den finaste skalan, fjärde ordningens segment, som är i storleksordningen 10 kilometer långa, kan överleva som distinkta ledningar för crustal accretionary processer för endast 100 till 10.000 år. Dessa segment är produkter av en serie av dike intrång händelser, de grundläggande enheterna av skorpan skapande. Dikes bildas när smält material stiger genom vertikala sprickor och sprickor., Livslängden för dessa fjärde ordningens segment och tillhörande cykler av magmatisk, vulkanisk, tektonisk och hydrotermisk aktivitet utövar ett kontrollerande inflytande på fördelningen och överlevnaden av exotiska bentiska faunala samhällen som blomstrar i den mörka, kalla, fientliga miljön i Mid-ocean ridge.

När undersökningar fortsätter ser vi fler bevis för viktiga kopplingar mellan mycket olika typer av observationer.,ial djup,
• tvärsnittsarea av åsen (en proxy för magmatisk budget på snabbspridande åsar),
• skorpa tjocklek,
• geokemi och härledd utbrott temperatur av lavas,
• mätningar av skorpa magnetisering,
• egenskaper nära axel fel såsom längs strejk variationer i höjderna av fel scarps,
• bredder och härledda djup sprickor och sprickor längs axeln,
• lava åldrar,
• närvaro eller frånvaro av en skorpa axiell Magma kammare (eller smältlinsen),
• intensitet av hydrotermisk aktivitet, och
• överflöd av hydrotermiska ventilations samhällen.,
idag deltar Marina geofysiker och geokemister ofta i samtal från benthic ekologer och vice versa; detta var mycket ovanligt för 20 år sedan. Så, trots de senaste budgettraumorna, är mid-ocean ridge-forskningen mer spännande och mer tvärvetenskaplig än någonsin tidigare.

Vi har nu kartlagt nästan hälften av det globala Mid-ocean ridge-systemet längs en smal korridor som definierar spridningscentralplattgränsen, ett anmärkningsvärt framsteg med tanke på att vi hade kartlagt mindre än en procent av systemet för bara ett decennium sedan., Men vi har utforskat med undervattensfarkoster eller fjärrstyrda fordon mindre än en procent av denna fascinerande zon av skorpan platta skapande där mer än 90 procent av jordens vulkaniska aktivitet mullrar på. Utanför detta smala band, på flankerna i Mid-ocean ridge-systemet, har mindre än en procent kartlagts och mindre än .001 procent har undersökts. Jämför detta med kartläggningen av Venus yta—som ligger nära 100 procent komplett., Den låga upplösningen av det globala sjöfart som tillhandahålls av nyligen publicerade GEOSAT maps ger en mängd tantaliserande mål för vidare utredning.

Jag misstänker att några av de mest spännande upptäckterna ligger framåt inom en snar framtid. Vilken bra tid att vara en marin geolog (om du kan få ett jobb)!

Både National Science Foundation och Office of Naval Research stöd mid-ocean ridge tektoniska studier.,

Ken Macdonald tog examen 1975 från MIT/WHOI gemensamma Program i oceanografi och har sedan dess tjänat ett dussin år som medlem i Woods Hole Oceanographic Institution Corporation. Han har haft nöjet att se flera av sina studenter gå vidare till det gemensamma programmet, och flera av hans doktorander gå med vetenskapliga staber på Woods Hole och på andra håll. Ken har lett över 20 djuphavs expeditioner och har haft turen att delta i några av de första utforskningarna av mid-ocean ridge med hjälp av multi-beam echo sounders, fjärrstyrda fordon och submersibles., Han säger att han finner mid-ocean åsar så spännande och mystisk som när han först stötte på dem—och upplever vanföreställningar om att förstå hur de fungerar som är kortlivade och illusiva.

RIDGE

Ridges mål är tvåfaldiga: 1) att ge fokus för
samordnad, tvärvetenskaplig forskning om de geologiska och
geodynamiska processerna i samband med skapandet av oceanisk litosfär,
och 2) att tillhandahålla en ram inom vilken olika, innovativa,
utredningsinitierad forskning kan genomföras., Några specifika
landvinningar av RIDGE-programmet under de senaste fem åren är:

upptäckten av oväntat snabba förändringar, särskilt i hydrotermiska
aktivitet och ventilationssamhällen, i den omedelbara efterdyningen av ett
utbrott.
realtid övervakning och svar på magmatiska händelser
på åsar i nordöstra Stilla havet (i samarbete med National
Oceanic and Atmospheric Administration).
upptäckten av en
mikrobiosfär under ytan inom havskorpan, som representerar en
biomassa som tidigare var Okänd på jorden.,
erkännande av den breda
utbud av tektoniska inställningar och mångfald av fauna i samband med
Mid-Atlantic Ridge hydrothermal områden.
utveckling av
kvantitativa, observationsbaserade modeller som förklarar känsligheten hos
åsaxeltopografi för variabler som spridningshastighet, Magma
försörjning och axiell termisk struktur.
inrättande av en global
digital databas för mid-ocean ridge bathymetriska data för specifika
delar av global ridge-systemet.
definition av den lilla storleken
av crustal magma kroppar på även de snabbaste spridnings åsar.,
erkännande av vikten av flytkraftdrivet flöde vid styrning av
både mantelns smalhet i tvärgående mening och
-dimensionaliteten hos upprullning längs axeln.
kartläggning och spaning rock
provtagning av tidigare outforskade supersegments (långa segment som
typiskt sträcker sig 1,000 till 2,000
kilometer) i den globala Mid-ocean ridge systemet.
de första mätningarna av plattrörelse på en mid-ocean ridge.,
tillhandahållande av de första bilderna av smältfördelning i övre
mantel under en mid-ocean ridge av MELT (mantel elektromagnetisk
och tomografi) Experiment.