Det är fantastiskt men sant att vi vet mer om månens yta än om jordens havsbotten. Mycket av det vi vet har kommit från vetenskaplig havsborrning – den systematiska insamlingen av kärnprover från djuphavsbotten. Denna revolutionära process började för 50 år sedan, när borrfartyget Glomar Challenger seglade in i Mexikanska golfen den 11 augusti, 1968 på den första expeditionen av det federalt finansierade Deep Sea Drilling Project.

Jag gick på min första vetenskapliga havsborrexpedition 1980, och sedan dess har deltagit i ytterligare sex expeditioner till platser inklusive den avlägsna Nordatlanten och Antaraktikas Weddell Sea. I mitt labb, mina elever och jag arbetar med kärnprover från dessa expeditioner. Var och en av dessa kärnor, som är cylindrar 31 fot långa och 3 tum breda, är som en bok vars information väntar på att bli översatt till ord. Håller en nyöppnad kärna, fylld med stenar och sediment från jordens havsbotten, är som att öppna en sällsynt skattkista som registrerar tidens gång i jordens historia.

Över ett halvt sekel, vetenskaplig havsborrning har bevisat teorin om plattektonik, skapade området paleoceanografi och omdefinierade hur vi ser på livet på jorden genom att avslöja en enorm variation och volym av liv i den djupa marina biosfären. Och mycket mer återstår att lära.

Tekniska innovationer

Två viktiga innovationer gjorde det möjligt för forskningsfartyg att ta kärnprover från exakta platser i de djupa haven. Den första, känd som dynamisk positionering, gör det möjligt för ett 471-fots fartyg att förbli fixerat på plats medan man borrar och återvinner kärnor, en ovanpå nästa, ofta i över 12, 000 fot vatten.

Förankring är inte möjlig på dessa djup. Istället, tekniker tappar ett torpedformat instrument som kallas en transponder över sidan. En enhet som kallas en givare, monterad på fartygets skrov, sänder en akustisk signal till transpondern, som svarar. Datorer ombord beräknar avståndet och vinkeln för denna kommunikation. Thrustrar på fartygets skrov manövrerar fartyget för att stanna på exakt samma plats, motverka strömmarnas krafter, vind och vågor.

En annan utmaning uppstår när borrkronor måste bytas ut mitt i driften. Havets skorpa är sammansatt av magmatisk bergart som slits ner långt innan det önskade djupet nås.

När detta händer, borrteamet tar upp hela borrröret till ytan, monterar en ny borr och går tillbaka till samma hål. Detta kräver att röret styrs in i en trattformad kon för återinträde, mindre än 15 fot bred, placeras på botten av havet vid mynningen av borrhålet. Processen, som först genomfördes 1970, är som att sänka en lång spagettisträng i en kvarts tum bred tratt i den djupa änden av en olympisk simbassäng.

Bekräftelse av plattektonik

När vetenskapliga havsborrningar började 1968, Teorin om plattektonik var föremål för aktiv debatt. En nyckelidé var att ny havsskorpa skapades vid åsar i havsbotten, där oceaniska plattor rörde sig bort från varandra och magma från jordens inre vällde upp mellan dem. Enligt denna teori, skorpan bör vara nytt material vid toppen av havsryggarna, och dess ålder bör öka med avståndet från krönet.

Det enda sättet att bevisa detta var genom att analysera sediment och bergkärnor. Vintern 1968-1969 Glomar Challenger borrade sju platser i södra Atlanten öster och väster om den mittatlantiska åsen. Både de magmatiska bergarterna på havsbotten och överliggande sediment åldrades i perfekt överensstämmelse med förutsägelserna, att bekräfta att havsskorpan bildades vid åsarna och plattektoniken var korrekt.

Rekonstruera jordens historia

Havets rekord av jordens historia är mer kontinuerlig än geologiska formationer på land, där erosion och återavsättning av vind, vatten och is kan störa rekordet. På de flesta platser i havet läggs sediment ner partikel för partikel, mikrofossil för mikrofossil, och förblir på plats, så småningom ge efter för tryck och förvandlas till sten.

Mikrofossiler (plankton) bevarade i sediment är vackra och informativa, även om vissa är mindre än bredden på ett människohår. Liksom större växt- och djurfossiler, forskare kan använda dessa känsliga strukturer av kalcium och kisel för att rekonstruera tidigare miljöer.

Tack vare vetenskaplig havsborrning, vi vet att efter en asteroidattack dödade alla icke-fågeldinosaurier för 66 miljoner år sedan, nytt liv koloniserade kraterkanten inom år, och inom 30, 000 år blomstrade ett helt ekosystem. Några få djuphavsorganismer levde rakt igenom meteoritnedslaget.

Havsborrning har också visat att tio miljoner år senare, en massiv utsläpp av kol – troligen från omfattande vulkanisk aktivitet och metan som frigörs från smältande metanhydrater – orsakade en plötslig, intensiv uppvärmning händelse, eller hypertermisk, kallas det paleocen-eocena termiska maximumet. Under detta avsnitt, till och med Arktis nådde över 73 grader Fahrenheit.

Den resulterande försurningen av havet från utsläpp av kol i atmosfären och havet orsakade massiv upplösning och förändring i djuphavsekosystemet.

Det här avsnittet är ett imponerande exempel på effekterna av en snabb klimatuppvärmning. Den totala mängden kol som frigörs under PETM beräknas vara ungefär lika med den mängd som människor kommer att släppa ut om vi bränner alla jordens fossila bränslereserver. Än, en viktig skillnad är att kolet som släpptes ut av vulkaner och hydrater var i mycket långsammare takt än vad vi för närvarande släpper ut fossilt bränsle. Därför kan vi förvänta oss ännu mer dramatiska klimat- och ekosystemförändringar om vi inte slutar släppa ut kol.

Att hitta liv i havssediment

Vetenskapliga havsborrningar har också visat att det finns ungefär lika många celler i marint sediment som i havet eller i marken. Expeditioner har hittat liv i sediment på djup över 8000 fot; i havsbottenavlagringar som är 86 miljoner år gamla; och vid temperaturer över 140 grader Fahrenheit.

Idag föreslår og bedriver forskare från 23 länder forskning genom International Ocean Discovery Program, som använder sig av vetenskaplig havsborrning för att återvinna data från havsbottensediment och stenar och för att övervaka miljöer under havsbotten. Coring producerar ny information om plattektonik, såsom komplexiteten i bildningen av havsskorpan, och mångfalden av livet i de djupa haven.

Denna forskning är dyr, och tekniskt och intellektuellt intensiva. Men bara genom att utforska djuphavet kan vi återvinna de skatter det har och bättre förstå dess skönhet och komplexitet.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.