Naša planéta sa skladá z troch hlavných častí (geosfér). Jadro sa nachádza v strede, nad ním sa rozprestiera hustý a viskózny plášť a pomerne tenká kôra je najvrchnejšia vrstva pevného telesa Zeme. Hranica medzi kôrou a plášťom sa nazýva Mohorovičový povrch. Hĺbka jeho výskytu nie je v rôznych regiónoch rovnaká: pod kontinentálnou kôrou môže dosiahnuť 70 km, pod oceánskou - len asi 10. Čo je táto hranica, čo o nej vieme a čo nevieme, ale môžeme predpokladať?
Začnime históriou problému.
Otvorenie
Začiatok 20. storočia bol poznačený rozvojom vedeckej seizmológie. Séria silných zemetrasení, ktoré mali ničivé následky, prispela k systematickému štúdiu tohto impozantného prírodného javu. Začala sa katalogizácia a mapovanie zdrojov prístrojovo zaznamenaných zemetrasení a začali sa aktívne študovať vlastnosti seizmických vĺn. Rýchlosť ich šírenia závisí od hustoty a elasticityprostredie, ktoré umožňuje získať informácie o vlastnostiach hornín v útrobách planéty.
Otvorenie nenechalo na seba dlho čakať. V roku 1909 juhoslovanský (chorvátsky) geofyzik Andrija Mohorovichic spracoval údaje o zemetrasení v Chorvátsku. Zistilo sa, že seizmogramy takýchto plytkých zemetrasení, získané na staniciach vzdialených od epicentra, nesú dva (alebo aj viac) signálov z jedného zemetrasenia – priame a lomené. Tá svedčila o prudkom (z 6,7-7,4 na 7,9-8,2 km/s pre pozdĺžne vlny) zvýšení rýchlosti. Vedec spojil tento jav s prítomnosťou určitej hranice oddeľujúcej vrstvy podložia s rôznymi hustotami: hlbšie umiestnený plášť obsahujúci husté horniny a kôra - horná vrstva, zložená z ľahších hornín.
Na počesť objaviteľa bolo rozhranie medzi kôrou a plášťom pomenované po ňom a už viac ako sto rokov je známe ako Mohorovičova (alebo jednoducho Moho) hranica.
Hustota hornín oddelených Moho sa tiež náhle mení - z 2,8-2,9 na 3,2-3,3 g/cm3. Niet pochýb o tom, že tieto rozdiely svedčia o rôznom chemickom zložení.
Pokusy dostať sa priamo na dno zemskej kôry však zatiaľ zlyhali.
Projekt Mohole – Začíname cez oceán
Prvý pokus dostať sa k plášťu urobili USA v rokoch 1961-1966. Projekt dostal názov Mohole – od slov Moho a diera „diera, diera“. Cieľ mal dosiahnuť vŕtaním dna oceánu,vyrobené z testovacej plávajúcej platformy.
Projekt sa dostal do vážnych ťažkostí, finančné prostriedky boli prečerpané a po dokončení prvej fázy prác bol Mohol zatvorený. Výsledky experimentu: bolo vyvŕtaných päť vrtov, vzorky hornín boli získané z čadičovej vrstvy oceánskej kôry. Dokázali sme vŕtať do dna v hĺbke 183 m.
Kola Superdeep – prevŕtajte sa kontinentom
Dodnes jej rekord neprekonali. Najhlbší výskum a najhlbší vertikálny vrt bol položený v roku 1970, práce na ňom prebiehali s prestávkami až do roku 1991. Projekt mal množstvo vedecko-technických úloh, niektoré sa podarilo úspešne vyriešiť, vyťažili sa unikátne vzorky hornín kontinentálnej kôry (celková dĺžka jadier bola cez 4 km). Okrem toho sa počas vŕtania získalo množstvo nových neočakávaných údajov.
Objasnenie povahy Moho a stanovenie zloženia horných vrstiev plášťa patrilo medzi úlohy Kola Superdeep, ale studňa nedosiahla plášť. Vŕtanie sa zastavilo v hĺbke 12 262 m a už sa neobnovilo.
Moderné projekty sú stále za oceánom
Napriek dodatočným výzvam hlbinných vrtov, súčasné programy plánujú dosiahnuť hranicu Moho cez dno oceánu, keďže zemská kôra je tu oveľa tenšia.
V súčasnosti žiadna krajina nemôže realizovať taký rozsiahly projekt, akým je ultrahlboké vŕtanie, aby sa sama dostala na strechu plášťa. Od roku 2013 v rámci medzinárodného programuIODP (International Ocean Discovery Program: Exploring the Earth Under the Sea) realizuje projekt Mohole to Mantle. Medzi jeho vedecké ciele patrí získavanie vzoriek plášťovej hmoty vyvŕtaním ultrahlbokej studne v Tichom oceáne. Hlavným nástrojom v tomto projekte je japonská vrtná loď „Tikyu“– „Zem“, schopná poskytnúť hĺbku vrtu až 10 km.
Môžeme len čakať, a ak všetko pôjde dobre, v roku 2020 bude mať veda konečne kúsok plášťa vyťažený zo samotného plášťa.
Diaľkové snímanie objasní vlastnosti Mohorovičovej hranice
Keďže stále nie je možné priamo študovať podložie v hĺbkach zodpovedajúcich výskytu kôrovo-plášťovej časti, predstavy o nich vychádzajú z údajov získaných geofyzikálnymi a geochemickými metódami. Geofyzika poskytuje výskumníkom hlboké seizmické sondovanie, hlboké magnetotelurické sondovanie, gravimetrické štúdie. Geochemické metódy umožňujú študovať úlomky plášťových hornín - xenolitov vynesených na povrch a hornín vniknutých do zemskej kôry pri rôznych procesoch.
Zistilo sa teda, že Mohorovičova hranica oddeľuje dve médiá s rôznou hustotou a elektrickou vodivosťou. Všeobecne sa uznáva, že táto vlastnosť odráža chemickú povahu Moho.
Nad rozhraním sa nachádzajú relatívne ľahké horniny spodnej kôry, ktoré majú hlavnézloženie (gabroidy), - táto vrstva sa bežne nazýva "čadič". Pod hranicou sú horniny vrchného plášťa - ultramafické peridotity a dunity a v niektorých oblastiach pod kontinentmi - eklogity - hlboko metamorfované mafické horniny, možno pozostatky starovekého oceánskeho dna, vnesené do plášťa. Existuje hypotéza, že na takýchto miestach je Moho hranicou fázového prechodu látky rovnakého chemického zloženia.
Zaujímavou črtou Moho je, že tvar hranice súvisí s reliéfom zemského povrchu a zrkadlí ho: pod priehlbinami je hranica vyvýšená a pod pohoriami sa ohýba hlbšie. Následne sa tu realizuje izostatická rovnováha kôry, akoby ponorená do horného plášťa (pre názornosť si pripomeňme ľadovec plávajúci vo vode). Za tento záver „hlasuje“aj zemská gravitácia: Mohorovičova hranica je teraz globálne zmapovaná do hĺbky vďaka výsledkom pozorovaní gravitácie z európskeho satelitu GOCE.
Teraz je známe, že hranica je pohyblivá, môže sa dokonca zrútiť počas veľkých tektonických procesov. Pri určitej úrovni tlaku a teploty sa opäť tvorí, čo svedčí o stabilite tohto javu zemského vnútra.
Prečo je to potrebné
Záujem vedcov o Moho nie je náhodný. Okrem veľkého významu pre fundamentálnu vedu je veľmi dôležité objasniť túto problematiku pre aplikované oblasti poznania, akými sú nebezpečné prírodné procesy geologickej povahy. Vzájomné pôsobenie hmoty na oboch stranách kôry-plášťovej časti, zložitý život samotného plášťa, majú rozhodujúci vplyv na všetko, čo sa deje na povrchu našej planéty – zemetrasenia, cunami, rôzne prejavy vulkanizmu. A lepšie im porozumieť znamená presnejšie predpovedať.
