Amikor a brit Royal Society és a Királyi Haditengerészet kutatóhajója, az éppen 130 ezer kilométeres kutatóútját teljesítő – és egyben az oceanográfia alapjait lerakó – Challenger 1875. március 23-án a Csendes-óceán peremén, a Fülöp-szigetek közelében, Guamtól délnyugatra az óceán vízébe bocsátotta mélységmérő műszerét, a fedélzeten lévők még nem tudták, hogy igen hosszú műszaknak néznek elébe: a mérő csak 8184 méter mélyen ért a fenékre. A kapott eredmény megdöbbentette a kutatókat, korábban ugyanis fogalma sem volt senkinek arról, milyen mélyek is az óceánok, mivel jellemzően csupán a partközeli, illetve a zátonyos vizek mélységét mérték – praktikusan azért, hogy a mélység változásából kikövetkeztethessék a kapitányok: hajójuk veszélyesen sekély vizek felé tart.

A rendkívüli eredményt hozó 1875. évi mérés helyszínét a kutatóhajó után egyszerűen csak Challenger-mélységként emlegetik azóta is. Tágabb környezete ezt követően mind többször bekerült a tudományos hírekbe: ugyanis az ekkor még „lyukszerűnek” képzelt mélyedés az újabb és újabb mérésekkel egyre mélyült. Az Egyesült Államok haditengerészetének Nero nevű hajója 1899-ben már 9 636 méteres mélységet mért. A britek 1951-ben ismét az árok fölé irányították – az ugyancsak Challenger nevű – újabb mérőhajójukat, akusztikus mélységmérővel felszerelve, amely nyilván kényelmesebb és pontosabb eszköz volt a korábbi köteles módszernél.

A második Challenger – a legmélyebb pont első felfedezője - (forrás)

Az új berendezés új mélységet hozott, 10 863 métert. Immáron ismertté vált az árok közelítőleg pontos topográfiája is: a 10 kilométernél mélyebb terület egy körülbelül 90 kilométer hosszú és 10–15 kilométer széles sarlót formál a Mariana-árokban. A legmélyebb pontra újfent a Challenger-mélység nevet aggatták a kutatók. Ez már természetesen mások figyelmét is felkeltette, így a szovjet Vityaz kutatóhajó a küldő politikai rendszer szellemiségének megfelelően beállította az új – és ma már tudjuk, hogy abszolút, de kissé túlzó – rekordot: 11 034 métert. Ez utóbbit a kialakult névadási szokásoknak megfelelően Vityaz-mélységnek nevezték el.

A Mariana-árok és legmélyebb pontja - a négyzetháló oldalai kb. 200-210 km-esek - (forrás)

Itt álljunk meg egy pillanatra: eltér-e a két Challenger által megtalált, és egyaránt Challenger-mélységnek nevezett tengerfenék a Vityaz-mélységtől? Máshogy feltéve a kérdést: rosszul mértek-e korábban a britek? A megadott koordináták alapján az első és az utolsó mérés helye között mintegy 117 kilométeres távolság van, mindegyik ugyanannak az igen mély ároknak a része, ugyanakkor a britek először kicsit keletebbre mértek, az árok déli lejtőjét eltalálva éppen elkerülték a legmélyebb részeket. Persze erre csak az akusztikus mérésekkel derülhetett fény, a köteles módszerrel óriási szerencse kellett volna a legmélyebb pont megtalálásához. A második brit és a szovjet észlelés helye csak néhány kilométerre volt egymástól, ami a minimális különbségben is megmutatkozott, illetve más is okozhatta az eltérést, de erről később.

Alászállás egy batiszkáfban

Az egyre szaporodó akusztikus mélységmérések nyomán két dolog vált nyilvánvalóvá. Egyrészt a Mariana-árok egy világméretű, a Csendes-óceán jelentős részét körülölelő keskeny tengeri árokrendszer része. Másrészt valóban a Challenger/Vityaz-mélység az óceán vízfelszíntől számított legmélyebb pontja, tulajdonképpen egy árok van az árokban: a Mariana-árok délnyugati végében ugyanis még további 3 kilométert esik a tengerfenék. Ezen az esésen belül a legmélyebb pontot tartalmazó mélyedés egy további, mintegy 11 kilométer hosszú, másfél kilométer széles horpadás, bár az ismeretterjesztő tévécsatornákon látható látványos animációkkal ellentétben korántsem látványos szakadéknak kell elképzelnünk, inkább csak egy keskeny, de nem túl meredek (nagyjából 10–15 százalékos) lejtőjű völgynek vagy horpadásnak.

Természetesen a tudósokat furdalta a kíváncsiság: hogyan is jött létre ez a mély árok, és miért ilyen elterjedtek a világóceánban a hasonló képződmények? Hogy végére járjanak a dolognak, a rengeteg technológiai újítással jelentkező 60-as évek hajnalán mi sem tűnt jobb ötletnek, mint lemerülni az árok aljára, amire épp rendelkezésre is állt az eszköz a svájci–francia fejlesztésű, de Olaszországban és Németországban gyártott és amerikai tulajdonú batiszkáf, a Trieste formájában.

A Trieste batiszkáf (alján a nyomásálló kabin) - (forrás)

A batiszkáf külsőleg egy tengeralattjáróra hasonlít, de a szivarformájú test valójában csak a nehezékeket és a gázolajtartályokat tartalmazza: az utasok a jármű alján található szűk gömbben foglalnak helyet. A Trieste felemelkedését a nehezékek elengedése, finomabb vertikális mozgásait pedig a környezetvédők örömére a gázolajkészlet kiengedése szabályozta, a vízszintes mozgáshoz pedig egy kis teljesítményű hajtóművel is rendelkezett. Így hát néhány próbamerülést követően a jármű feltalálójának fia, Jacques Piccard és a szponzor amerikai haditengerészet hadnagya, Don Walsh 1960. január 23-án beszállt a batiszkáfba, és mintegy 5 óra múlva 10 916 méter mélyen elérték az óceán fenekét, ahol rögtön két figyelemreméltó dolgot észleltek. Egyrészt, hogy szinte semmi sem látszott, ugyanis a viszonylag sík felszínt igen finom törmelékanyag borította, amelyet a batiszkáf mozgása felkavart. Másrészt a kavargásban szinte rögtön megpillantottak egy, az aljzaton mozgó halat: a világóceán legmélyebb pontján, a tengerszinti nyomás mintegy 1100-szeresében – erre senki sem számított. Máig vitatják az észlelést, az elmúlt 20 év japán kutatásai például csak baktériumokra bukkantak ebben a mélységben.

Mit tettél Walsh? Mi történt Piccard? - Walsh (b.) és Piccard (j.) az óceán fenekén - (forrás)

Árulkodó mágneses mintázat

Ugyanakkor a merülés nem igazán vitt közelebb az árok kialakulásának titkához, ehhez különös módon néhány (hideg)háborús esemény vezetett. Az Egyesült Államok az 50-es években az egész bolygóra kiterjedő szeizmikus figyelőhálózatot hozott létre, hogy tudjanak a titokban (föld- és óceánfelszín alatt) felrobbantott nukleáris fegyverekről. A mérőhálózat a természetesen keletkezett földrengéseket is rögzítette, amelyek közül feltűnően sok a frissen felfedezett mélytengeri árkok mentén jött létre (igaz, a Mariana-ároknál épp nem). Kézenfekvő volt a feltételezés, hogy itt valami történik.

Hogy mi, arra  egy korábbi háború kapcsán derült fény: a második világháborúban a tengerfelszín alatt rejtőzködő tengeralattjárókat nemcsak akusztikus eszközökkel, hanem magnetométerekkel is igyekeztek felderíteni. A mágneses anomáliákat kimutató berendezések révén a háború alatt és azt követően is felfedeztek bizonyos mágneses mintázatokat az Atlanti-óceánban. A feleslegessé vált műszereket felhasználva, az 50-es évek végétől egy nemzetközi kutatócsoport igyekezett a dolog végére járni, és arra jutottak, hogy az óceán közepén feltárt mélytengeri hátsághoz viszonyítva szimmetrikus módon különböző mágnesezettségű kőzetrétegek helyezkednek el.  Ennek oka pedig a – szintén ekkortájt feltárt – geofizikai jelenség, miszerint a Föld mágneses mezeje 3–500 ezer évente felcseréli pólusait, ami tetten érhető az épp akkor keletkező kőzetekben. Ez alapján jól megbecsülhető volt az óceáni kőzetlemezek anyagának kora, és az is látszott, hogy a hátságoktól távolodva szimmetrikusan öregebbek a kőzetek – vagyis a hátságok mentén a legfiatalabbak, ott születik az óceáni aljzat.

A keletkező óceáni kőzetlemez eltérő mágnesezettségű sávjai - (forrás)

De hol ér véget, ha a Földünk nyilvánvalóan nem tágul? A következő évtizedekben erre a lemeztektonika elméletrendszere adott választ: az idősebb (szilárdabb és nagy sűrűségű) óceáni kőzetlemezek  fiatalabb (kisebb sűrűségű) óceáni lemezdarabokhoz (vagy a vastagabb, de kisebb sűrűségű szárazföldi lemezekhez) közeledve az utóbbiak alá buknak, és lassan beleolvadnak a földköpeny anyagába. A lemezmozgások pontos mozgatóerői ma sem pontosan ismertek, valószínű, hogy a legfőbb erő épp az alábukó lemezszegélyek húzó hatása. Az alábukással járó feszültségek szülik a földrengéseket, illetve az alábukó óceáni aljzattal mélybe kerülő víz váltja ki az alábukás helye mögött 2–300 kilométerrel zajlódó vulkánosságot, ami a Mariana-szigeteket is létrehozta.

A Mariana-árok és környezete az alábukó lemezszegéllyel - (forrás)

A lemeztektonikával az is megmagyarázható volt, miért is épp itt van az óceán legmélyebb pontja. A Mariana-árok esetében a Fülöp- és a hatalmas Csendes-óceáni-lemez ütközik és az utóbbi bukik az előbbi alá. A nagyméretű lemez egyben azt is jelenti, hogy az itt alábukó óceáni kéregrész egyben a legidősebb is a Földön, 150 millió év alatt pedig bőven volt ideje konszolidálódni, így az átlagosnál sűrűbb lemezdarabról van szó. Mindez azt jelenti, hogy az alábukás a szokásosnál zökkenőmentesebb, ezért pattan ki kevesebb földrengés ennél az ároknál.

A legújabb japán mérések különös jelenségre derítettek fényt: a legmélyebb pont közelében az alábukó óceáni lejtőkre jellemző, mindössze néhány 100 méter magas kiemelkedések, gerincek szokatlan módon az árok fő csapásirányával 10–15 fokos szöget zárnak be és erősen megnyúltak. Ez arra utal, hogy a nehéz, sűrű kőzetlemez széle ugyanakkor több ponton ferdén „betört”, és ezeken a helyeken meredekebben bukik a másik lemez alá, ami végső soron mélyebb árok kialakulásához vezetett. (Nem véletlen, hogy a többi 10 000 métert meghaladó mélység is ugyanezen a nyugat-csendes-óceáni szegélyen található.) 

A Mariana-árok környezete, az alábukó lemezszegély szokatlan futású gerinceivel - (forrás)

A megtévesztő üledék

Az árok keletkezésének titkával párhuzamosan a legmélyebb pontról is további részletek derültek ki a legújabb amerikai és japán kutatások révén. Az már a 80-as évektől kezdett nyilvánvalóvá válni, hogy a Challenger-mélység valójában 3 különálló horpadást takar, és talán valamivel sekélyebb, mint azt feltételezték, ugyanis az újabb mérések rendre 10 900 méter körüli értékeket mutattak. Az 1990-es és a 2000-es évek végi japán mérések nyomán, amelyeket egy távirányítású tengeralattjáró merülés- és méréssorozata koronázott meg, a következő eredmények születtek: valóban három különálló, 10 850 méternél mélyebb horpadás van az árok alján, melyek közül a legkeletibb, ovális mélyedés tartalmazza a legmélyebb pontot, 10 920 méternyire a tengerszinttől (5 méteres hibahatárral). Ez a keleti mélyedés egyébként megegyezik a második Challenger és a Vityaz által kimért  mélységgel. A merülések során fény derült arra, miért is mérhettek korábban nagyobb mélységet a szovjetek: a korábbi műszerek nagyobb hibahatárán kívül közrejátszhatott az is, hogy az óceán legmélyebb pontját (a Triest megfigyelésének megfelelően) viszonylag nagy vastagságban finom üledék borítja, és a méréskor nem erről verődtek vissza a hanghullámok, hanem az alatta található sűrűbb, szilárdabb rétegekről.  

A Challenger mélység három "horpadása" – a legkeletibb a legmélyebb - (forrás)

Mindez különösen érdekes annak fényében, hogy a legújabb, 2010-es amerikai mérések ismét 11 000 méter körüli eredményeket adtak, és ezek szerint a keleti mélyedés csak a második legmélyebb pontot tartalmazza, a legmélyebb pont a nyugati mélyedésben található. Ugyanakkor elgondolkoztató, hogy eddig valamennyi merülőegység (még James Cameron Deepsea Challengere is) 10 910 – 10 920 méter mélyen ért feneket, így lehetséges, hogy ismét csak az óceánfenék finom üledékanyaga tréfálta meg a műszereket. Az bizonyos, hogy a Mariana-árok kutatása még messze nem zárult le, a mélységadatok szinte bizonyosan változni fognak, és a kutatók akár új mélységekre is bukkanhatnak, amit az is bizonyít, hogy egy amerikai kutatócsapat csupán húsz éve, 1997-ben a Challenger-mélységtől 200 kilométerre keletre mérte ki a 10 732 méteres Sirena-mélységet, amely a Mariana-ároktól jóval délebbre található 10 882 méter mély Tonga-árok után a negyedik legmélyebb óceánfenéki szakadék.

Jakab László

A cikk az ÉLET ÉS TUDOMÁNY 2017. évi. 1. számában jelent meg.

Felhasznált irodalom:

Nakanishi, Masao; Hashimoto, Jun: A precise bathymetric map of the world’s deepest seafloor, Challenger Deep in the Mariana Trench, Marine Geophysical Research, 32(4), pp.455-463; 2011 (http://naosite.lb.nagasaki-u.ac.jp/dspace/bitstream/10069/25460/1/MGR_Hashimoto.pdf)

https://en.wikipedia.org/wiki/Challenger_Deep

http://www.marianatrench.com/mariana_trench-oceanography.htm

http://index.hu/tudomany/2011/12/08/sekelyebb_a_vartnal_a_mariana-arok

http://www.titech.ac.jp/english/news/2015/030224.html

https://identex.wordpress.com/2013/07/28/mariana-trench/