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Wie tief können wir gehen? Das ist die Herausforderung, der sich Wissenschaftler in den letzten fünf Jahrzehnten weltweit gestellt haben, um ein Loch zu bohren, das tiefer geht als zuvor.
Das Ziel: der Erdmantel. Der Mantel macht 40 Prozent oder mehr des Planeten aus, der einen Radius von 4.000 Meilen hat. Der 1.800 Meilen dicke Mantel sitzt - oder genauer gesagt, bewegt sich auf und ab - direkt unter der Erdkruste und über dem Erdkern. Die Kruste ist nur ein winziger Teil des Planeten - durchschnittlich drei bis 25 Meilen dick.
Der Mantel ist der Hauptantrieb für die ständige Entwicklung des Planeten und enthält eine geologische Aufzeichnung eines Großteils der Erdgeschichte.
"Wenn wir besser wissen, was der Mantel ist und wie sich der Mantel verhält, wissen wir besser über Vulkane und Erdbeben Bescheid und wie der Planet insgesamt funktioniert", sagte Benjamin Andrews, ein Forschungsgeologe und Kurator für die National Rock and Ore Collection im Smithsonian National Museum of Natural History.
Mit Project Mohole machten Wissenschaftler 1958 ihren ersten Riss am Mantel. Amerikanische Ingenieure bohrten vor Guadalupe, Mexiko, durch den Boden des Pazifischen Ozeans. Aber der Kongress stellte die Finanzierung 1966 ein, bevor die Bohrer jemals den Mantel erreichten.
Die Suche nach tiefergehenden Bohrungen führte zu einem globalen wissenschaftlichen Wettbewerb, der mit dem Weltraumrennen vergleichbar ist. 1970 nahmen sowjetische Geologen die Herausforderung an und setzten ihre Bohrer über die Kola-Halbinsel, die nach Osten aus der skandinavischen Landmasse herausragt.
Das Kola Superdeep-Bohrloch hatte nur einen Durchmesser von 9 Zoll, aber mit 12.262 Metern ist es das tiefste Loch. Es dauerte fast 20 Jahre, um diese 7, 5-Meilen-Tiefe zu erreichen - nur die Hälfte der Entfernung oder weniger zum Mantel. Zu den interessanteren Entdeckungen zählen mikroskopisch kleine Planktonfossilien, die in einer Entfernung von vier Meilen gefunden wurden. Das Kola-Loch wurde 1992 aufgegeben, als die Bohrer auf Temperaturen stießen, die über den Erwartungen lagen - 356 Grad Fahrenheit, nicht die kartierten 212 Grad.
Die Hitze verwüstet die Ausrüstung. Und je höher die Hitze, desto flüssiger die Umgebung und desto schwerer ist es, die Bohrung aufrechtzuerhalten, sagte Andrews. Es ist, als würde man versuchen, eine Grube in der Mitte eines Topfes mit heißer Suppe zu halten.
1990 starteten deutsche Wissenschaftler das deutsche Continental-Tiefbohrprogramm in Bayern. Die Forscher gingen durch seismische Platten und stießen auf Temperaturen von bis zu 600 Grad Fahrenheit. Sie schafften es, ungefähr sechs Meilen runter zu kommen, bevor ihnen die Mittel ausgegangen waren. Sie erhielten jedoch neue Erkenntnisse über die seismische Aktivität und die Zusammensetzung der Kruste.
Es überrascht nicht, dass - da die Kruste dünner ist - einige tiefe Löcher durch den Meeresboden gebohrt wurden. Das spezialisierte japanische Bohrschiff Chikyu behauptet den Rekord für das tiefste Offshore-Bohrloch, das für wissenschaftliche Zwecke gebohrt wurde - etwa 10.000 Fuß (fast 2 Meilen) unter dem Meeresboden, so James F. Allan, Programmdirektor des Ocean Drilling Program der National Science Foundation .
Die Öl- und Gasindustrie fordert auch einige tiefe Löcher an Land und vor der Küste. Deepwater Horizon von BP hält den Offshore-Rekord. Das Bohrgerät, das 2010 durch eine Explosion zerstört wurde, erreichte eine Tiefe von 30.000 Fuß über dem Meeresspiegel oder etwa 8 km.
Jetzt bemüht sich das internationale Team, das den Chikyu sponsert, alle bisherigen Rekorde zu übertreffen. Das Integrated Ocean Drilling Program ist seit 2003 in Betrieb und wird hauptsächlich vom japanischen Ministerium für Bildung, Kultur, Sport, Wissenschaft und Technologie und der US National Science Foundation finanziert. Unterstützung gewähren auch das Europäische Konsortium für Meeresforschungsbohrungen, die Volksrepublik China, die Republik Korea, Indien, Australien und Neuseeland sowie die Bundesrepublik Brasilien.
Der Aufwand wird voraussichtlich viele, wenn nicht Dutzende von Jahren dauern und 1 Milliarde US-Dollar erfordern. Chikyu kann bis zu 10 km Bohrrohre gleichzeitig transportieren. Die Lebensdauer der Bohrer ist jedoch begrenzt, und hohe Temperaturen können Bohrer und Rohre verformen, ganz zu schweigen davon, dass das Bohrloch durcheinander gebracht wird. Die Temperaturen können 1.600 F erreichen, wenn die Kruste auf den Mantel trifft, und bis zu 4.000 Grad am Boden des Mantels.
Das Bohren in solch gewaltige Tiefen erfordert Kartierungs- und Seismologiestudien, aber selbst mit diesen Führern "stoßen wir gelegentlich auf eine Überraschung", sagte Andrews.
Letztendlich ist es eine Entdeckungsreise. "Ein Grund für das Bohren ist, dass Sie herausfinden möchten, was sich dort unten befindet", sagte er.
Sie sind an der Reihe, Smithsonian zu fragen
