مشروع الحفر في أعماق البحار

مشروع الحفر في أعماق البحار (بالإنجليزية: Deep Sea Drilling Project) يُعرف اختصاراً بـ (DSDP)، مشروعا لـ حفر المحيطات تم تشغيله من عام 1968 إلى عام 1983. حقق البرنامج نجاحاً كبيراً، كما يتضح من البيانات والمنشورات التي نتجت عنه. تتم استضافة البيانات حالياً بواسطة جامعة تكساس إيه آند إم، على الرغم من أن البرنامج كان يدار بتنسيق من معهد سكريبس لعلوم المحيطات في جامعة كاليفورنيا، سان دييغو.

قدم مشروع (DSDP) بيانات حاسمة لدعم فرضية تمدد قاع المحيط وساهم في إثبات نظرية تكتونية الصفائح. كان هذا المشروع هو الأول من بين ثلاثة برامج علمية دولية لحفر المحيطات عملت لأكثر من 40 عاماً؛ حيث تلاه برنامج الحفر في المحيطات (ODP) في عام 1985، والبرنامج المتكامل للحفر في المحيطات (IODP) في عام 2004، والبرنامج الدولي لاكتشاف المحيطات الحالي في عام 2013.

 التاريخ 
تم توقيع العقد الأولي بين مؤسسة العلوم الوطنية (NSF) ومجلس أوصياء جامعة كاليفورنيا في 24 يونيو 1966. أطلق هذا العقد المرحلة الأولى من مشروع الحفر في أعماق البحار، والذي كان مقره في معهد سكريبس لعلوم المحيطات في جامعة كاليفورنيا (سان دييغو). قامت شركة "غلوبال مارين" (Global Marine, Inc) بتنفيذ عمليات الحفر. وضعت شركة "ليفينغستون" لبناء السفن العارضة للسفينة غلومار تشالنجر في 18 أكتوبر 1967، في أورانج، تكساس. أبحرت السفينة عبر نهر سابين إلى خليج المكسيك، وبعد فترة من الاختبارات، قبل المشروع السفينة في 11 أغسطس 1968.

من خلال عقود مع المؤسسات الأوقيانوغرافية المشتركة (JOI)، دعمت مؤسسة العلوم الوطنية الهيكل الاستشاري العلمي للمشروع وموّلت المسوحات الجيوفيزيائية للمواقع قبل الحفر. تم إجراء التخطيط العلمي تحت رعاية "المؤسسات الأوقيانوغرافية المشتركة لأخذ عينات من الأرض العميقة" (JOIDES). تألفت المجموعة الاستشارية لـ JOIDES من 250 عالماً متميزاً من المؤسسات الأكاديمية والوكالات الحكومية والصناعات الخاصة من جميع أنحاء العالم. على مدار الثلاثين شهراً التالية، تضمنت المرحلة الثانية الحفر وأخذ العينات اللبية في المحيط الأطلسي والمحيط الهادئ والمحيط الهندي بالإضافة إلى البحر الأبيض المتوسط والبحر الأحمر. وتلا ذلك إصدار التقارير الفنية والعلمية خلال تلك الفترة. انتهت المرحلة الثانية من مشروع DSDP في 11 أغسطس 1972.

كان نجاح سفينة غلومار تشالنجر فورياً تقريباً. ففي أحد المواقع بعمق مياه يبلغ 1067 متراً (3500 قدم)، كشفت العينات اللبية عن وجود قباب ملحية. تلقت شركات النفط العينات بعد اتفاق لنشر تحليلاتها. ولا تزال إمكانية وجود النفط تحت القباب الملحية في أعماق المحيطات تشكل وسيلة مهمة للتطوير التجاري اليوم.

أما بالنسبة لغرض الاستكشاف العلمي، فقد تم تحقيق أحد أهم الاكتشافات عندما قام الطاقم بحفر 17 حفرة في 10 مواقع مختلفة على طول حيد وسط المحيط بين أمريكا الجنوبية وأفريقيا. قدمت العينات المسترجعة دليلاً قاطعاً على الانجراف القاري وتجدد قاع البحر عند مناطق التصدع (Rift zones). عزز هذا التأكيد لنظرية ألفرد فيغنر حول الانجراف القاري الاقتراح بوجود كتلة يابسة قديمة واحدة تسمى بانجيا. أعطت العينات مزيداً من الأدلة لدعم نظرية الصفائح التكتونية، والتي حاولت في ذلك الوقت شرح تكوين السلاسل الجبلية والزلازل والخنادق المحيطية. اكتشاف آخر تمثل في حداثة عمر قاع المحيط مقارنة بالتاريخ الجيولوجي للأرض. فبعد تحليل العينات، خلص العلماء إلى أن قاع المحيط ربما لا يتجاوز عمره 200 مليون سنة، وهذا بالمقارنة مع عمر الأرض البالغ 4.5 مليار سنة.

بدأت المرحلة الدولية لحفر المحيطات (IPOD) في عام 1975 بانضمام ألمانيا الغربية، واليابان، والمملكة المتحدة، والاتحاد السوفيتي، وفرنسا إلى الولايات المتحدة في العمل الميداني على متن غلومار تشالنجر وفي البحث العلمي ما بعد الرحلات البحرية. رست السفينة غلومار تشالنجر للمرة الأخيرة مع مشروع DSDP في نوفمبر 1983. يتم تخزين أجزاء من السفينة، مثل نظام التموضع الديناميكي، وتلغراف المحرك، ووحدة التحكم في الدفع، في مؤسسة سميثسونيان في واشنطن العاصمة. ومع ظهور سفن حفر أكبر وأكثر تقدماً، حلت سفينة جويدس ريزولوشن (JOIDES Resolution) محل غلومار تشالنجر في يناير 1985. واصل البرنامج الجديد، المسمى برنامج الحفر في المحيطات (ODP)، الاستكشاف من عام 1985 إلى عام 2003، وعندها تم استبداله بـ البرنامج المتكامل للحفر في المحيطات (IODP).

 عمليات أخذ العينات اللبية 
رغم أن سفينة غلومار تشالنجر بحد ذاتها كانت إنجازاً هندسياً رائعاً، إلا أنها شهدت أيضاً العديد من التطورات في مجال الحفر في المحيطات العميقة. إحدى المشكلات التي تم حلها كانت تتعلق باستبدال رؤوس الحفر المتآكلة. فقد يصل طول الأنبوب المعلق من السفينة وصولاً إلى قاع البحر إلى 20,483 قدماً (6,243 متراً). وكان أقصى عمق للاختراق عبر قاع المحيط قد يصل إلى 4,262 قدماً (1,299 متراً). لاستبدال رأس الحفر، يجب رفع سلسلة الحفر، وتركيب رأس جديد، وإعادة إنزال السلسلة إلى القاع. ومع ذلك، كان على الطاقم إعادة إدخال هذه السلسلة في نفس ثقب الحفر. تم إنجاز تقنية هذه المهمة الصعبة في 14 يونيو 1970، في المحيط الأطلسي على عمق 10,000 قدم (3,000 متر) من المياه قبالة ساحل نيويورك. تم تحقيق إعادة الدخول هذه باستخدام معدات المسح بـالسونار ومخروط إعادة الدخول (Re-entry cone) الذي يبلغ قطره 16 قدماً (4.9 متراً) وارتفاعه 14 قدماً (4.3 متراً).

كان أحد التطورات التكنولوجية الرئيسية هو الاستخدام الموسع للثقوب بعد الحفر. تم إجراء قياسات جيوفيزيائية وجيوكيميائية أثناء الحفر وبعده، وأحياناً تم تركيب أجهزة مراقبة زلزالية طويلة المدى في الثقوب. أدى هذا إلى توسيع فهم العمليات الديناميكية المشاركة في تكتونية الصفائح. وتضمن تطور تكنولوجي آخر إدخال أداة أخذ العينات المكبسية الهيدروليكية (HPC) في عام 1979، والتي سمحت باستعادة عينات لبية من الرواسب غير المضطربة تقريباً. عزز هذا بشكل كبير قدرة العلماء على دراسة بيئات المحيطات القديمة.

من 11 أغسطس 1968 إلى 11 نوفمبر 1983، حققت غلومار تشالنجر الإنجازات التالية:

 إجمالي المسافة المخترقة تحت قاع البحر 325,548 متراً إجمالي الفترة التي تم أخذ عينات منها 170,043 متراً إجمالي العينات اللبية المستخرجة والمخزنة 97,056 متراً نسبة استرجاع العينات الإجمالية 57% عدد العينات المستردة 19,119 عدد المواقع التي تم التحقيق فيها 624 عدد الرحلات الاستكشافية المكتملة 96 أعمق اختراق تحت قاع المحيط 1,741 متراً أقصى اختراق في القشرة البازلتية 1,080 متراً أعمق مياه تم العمل فيها 7,044 متراً إجمالي المسافة المقطوعة 375,632 ميلاً بحرياً

 العينات اللبية والمنشورات والبيانات 
استعادت السفينة عينات لبية في أنابيب بطول 30 قدماً (9.1 متراً) وقطر 2.5 بوصة (6.4 سم). يتم تخزين هذه العينات حالياً في ثلاثة مستودعات في الولايات المتحدة وألمانيا واليابان. يُطلق على نصف كل عينة اسم "نصف الأرشيف" ويتم حفظه للاستخدام المستقبلي. بينما يُستخدم "النصف العامل" من كل عينة لتوفير عينات للبحث العلمي المستمر.

نُشرت النتائج العلمية تحت عنوان "التقارير الأولية لمشروع الحفر في أعماق البحار"، والتي تحتوي على نتائج دراسات المواد اللبية المستردة والمعلومات الجيوفيزيائية المرتبطة بها من الرحلات الاستكشافية من عام 1968 إلى عام 1983. تصف هذه التقارير المواد الأساسية والبيانات العلمية التي تم الحصول عليها في البحر وفي المختبرات الشاطئية بعد الرحلة. تم إعداد هذه المجلدات في الأصل لمؤسسة العلوم الوطنية (NSF) بموجب عقد من قبل جامعة كاليفورنيا، معهد سكريبس لعلوم المحيطات. في عام 2007، تم مسح الكتب المطبوعة ضوئياً وإعدادها للعرض الإلكتروني بواسطة كلية علوم الأرض في جامعة تكساس إيه آند إم.

 الاكتشاف والإنجاز في منطقة القطب الجنوبي 
أكمل مشروع DSDP أربعة برامج حفر؛ الرحلات 28 و29 و35 و36 حول القارة القطبية الجنوبية خلال أربعة فصول صيف جنوبي (Austral summers) في الأعوام 1972-73، 1973-74، 1974-75 و1975-76. ركزت هذه البرامج على هدفين رئيسيين: التغيرات المناخية العالمية في حقبة السينوزوي (الحياة الحديثة) وحركات الصفائح التكتونية حول القارة القطبية الجنوبية.Hayes, D. E. and Frakes, L. A. 1975. General synthesis, Deep Sea Drilling Project Leg 28. Initial Reports of the Deep Sea Drilling Project, Vol. 28, p. 919.Kennett, J. P., 1975. Cenozoic Paleoceanography in the Southwest Pacific Ocean, Antarctic Glaciation, and the Development of the Circumantarctic Current. DSDP Proc. Vol. 29, p. 144.Barker, P. F., Dalziel, Ian. W. D. and Wise, S. W ., (1977) Introduction, Deep Sea Drilling Project Leg 36. Initial Reports of the Deep Sea Drilling Project, Vol. 36, p. 5.

تم حفر ما مجموعه 15 بئراً حول القارة القطبية الجنوبية، بما في ذلك 4 آبار في بحر روس، و5 آبار على الحواف القارية، وبئرين في السهل السحيق، و4 آبار عبر حيد جنوب شرق المحيط الهندي، ومن بينها الموقع 270 الذي تم حفره عند أعلى خط عرض (77° 26.45′ جنوباً). أدت تحليلات البيانات التي تم جمعها من الحفر إلى النتائج التالية:

 تمدد قاع البحر 
قبل برنامج الحفر في أعماق البحار، كانت أعمار البازلت المحيطي تُقدر بناءً على التخطيطات المغناطيسية المتولدة في مركز التمدد أثناء تباعد قاع البحر. كان من المفترض أن تكون للرواسب التي تعلو البازلت مباشرة أعمار مماثلة لعمر الأشرطة المغناطيسية. تم تأكيد ذلك من خلال تحليلات الأحافير الدقيقة (micropaleontologic) للرواسب القاعدية التي تم أخذ عينات منها فوق البازلت المخترق. وتثبت هذه التحليلات علاوة على ذلك أن أستراليا انفصلت عن القارة القطبية الجنوبية قبل 85 مليون سنة.Frakes, L. A. and Kemp, E. M. 1973. Palaeogene continental positions and evolution of climate. In: Tarling, D. H. and Runcorn, S. K.eds. Implications of continental drift to the earth sciences. Vol 1. London, Academic Press, p. 539.Thomson, M. A, Crakes, J. A., and Thomson J. W. 1987. Geological Evolution of Antarctica. International Symposium on Antarctic Earth Sciences 5th, Cambridge, England.

 بداية الغطاء الجليدي في القطب الجنوبي 
بناءً على دراسة التربة القديمة، بدأ رف روس (Ross shelf) في الغرق تحت مستوى سطح البحر قبل حوالي 25 مليون سنة في عصر الأوليغوسين. وهذا يشير إلى أن الأنهار الجليدية في القطب الجنوبي قد تقدمت بالفعل إلى رف بحر روس.Drewry, D. J. 1975. Initiation and growth of the East Antarctic ice sheet. Journal of the Geological Society (London), Vol. 131, p. 255.Ehrmann, W. U., and Mackensun, Andreas. 1992 Sedimentological evidence for the formation of an East Antarctic ice sheet in Eocene/Oligocene time Palaeogeography, palaeoclimatology, & palaeoecology ISSN 0031-0182, 1992, Vol. 93(1–2), pp. 85–112. يتوافق هذا العمر مع تأريخ عدم التوافق الضحل الذي يظهر في التشكيلات الزلزالية. ويُعزى عدم التوافق إلى تآكل الأنهار الجليدية عند تقدمها إلى المنطقة الساحلية. كما بدأ تطور تيار القطب الجنوبي المحيطي في عصر الأوليغوسين.Fillon, R. H. 1975. Late Cenozoic Paleo-Oceanography of the Ross Sea, Antarctica. Geological Society of America Bulletin, Vol. 86, p. 839. بالإضافة إلى ذلك، يؤكد الحفر البري حول بحر روس وفي شبه الجزيرة القطبية الجنوبية أن الغطاء الجليدي في القطب الجنوبي كان موجوداً بالفعل منذ الأوليغوسين على الأقل.Webb, P. N. and Hanwood, D. V., 1991.Late Cenozoic glacial history of the Ross embayment, Antarctica. Quaternary Science Reviews. 10(2–3), p. 215.Davies, B. J., Hambrey, M. J., Smellie, J. L., Carrivick, J. L., and Glasser, N. F., 2012. Antarctic Peninsula Ice Sheet evolution during the Cenozoic Era. Quaternary Science Reviews, 2012. 31(0): p. 30–66.

 الحطام المنقول بالجليد 
يعد وجود الحطام الصخري المنقول بالجليد (Ice-rafted debris) في الرواسب البحرية مؤشراً على وجود الجبال الجليدية. وبالتالي، فإن أقدم ظهور له في خطوط العرض العليا يمكن أن يكشف عن بداية التجلد عند مستوى سطح البحر. تجدر الإشارة إلى أن هناك عوامل تؤثر على توزيع الحطام المنقول بالجليد، مثل تيارات المحيط، ودرجات حرارة مياه البحر بالقرب من السطح. لذلك يجب اعتبار أقدم ظهور كحد أدنى لعمر النقل الجليدي في مواقع العينات. تخلص التحقيقات في الحطام المنقول بالجليد بشكل معقول إلى أن الغطاء الجليدي في القطب الجنوبي بدأ قبل 25 مليون سنة على الأقل وتراكم في حوالي 4.5 مليون سنة، كما يتضح من وصول الحطام المنقول بالجليد إلى أبعد نقطة عن القارة.Wilson, G. S., et al., 2012. Neogene tectonic and climatic evolution of the Western Ross Sea, Antarctica — Chronology of events from the AND-1B drill hole. Global and Planetary Change. Volumes 96–97, October–November 2012, p. 189.Margolis, S. V., 1975. Paleoglacial History of Antarctica Inferred from Analysis of Leg 29 Sediments by Scanning-Electron Microscopy. DSDP Proc. Vol. 29 p. 130.

تم دعم هذا التفسير لتاريخ التجلد في القطب الجنوبي بناءً على الرواسب البحرية لاحقاً من خلال الدراسة البرية لشبه الجزيرة القطبية الجنوبيةIvany L.C. et al., 2006. Evidence for an earliest Oligocene ice sheet on the Antarctic Peninsula. Geology (2006) 34 (5): 377–380. ومن خلال نتائج الحفر حول الجرف الجليدي "ماكموردو".Wilson, G. S., et al., 2012. Late Neogene chronostratigraphy and depositional environments on the Antarctic Margin: New results from the ANDRILL McMurdo Ice Shelf Project.Global and Planetary Change.Volumes 96–97, October–November 2012, p 1.Passchier, S., et al., 2011. Early and middle Miocene Antarctic glacial history from the sedimentary facies distribution in the AND-2A drill hole, Ross Sea, Antarctica. GSA Bulletin (2011) 123 (11–12): 2352–2365.

 المناخ القديم 
تشير البيانات الأحفورية الدقيقة من رواسب أعماق البحار حول الحافة القارية القطبية الجنوبية إلى أنه منذ أواخر الأوليغوسين وبداية الميوسين على الأقل، كانت المياه السطحية باردة نسبياً. ومع استمرار اتجاه التبريد، توسعت كتلة المياه الباردة تدريجياً نحو الشمال حتى أوائل العصر البليوسيني حيث أدت حلقة تبريد مكثفة إلى حد أدنى لدرجة الحرارة كما يتضح من التحول الشمالي لحدود سحنة السيليكا/الكربونات. هذا الاستنتاج مشابه للاستنتاج القائم على دراسات الحطام المنقول بالجليد.Kemp, E. M. and others. 1975. Paleoclimatic significance of diachronous biogenic facies, Leg 28, Deep Sea Drilling Project. Initial Reports of the Deep Sea Drilling Project, Vol. 28, p. 909.Kennett, J. P. and Vella, P. 1975. Late Cenozoic planktonic foraminifera and paleoceanography at DSDP Site 284 in the cool sub-tropical south Pacific. Initial Reports of the Deep Sea Drilling Project, Vol. 29, p. 769.

تظهر درجات حرارة السطح المستنتجة من تحليلات نظائر الأكسجين والكربون لكل من المنخربات القاعية والعوالق في الرواسب البحرية عند خطوط العرض العالية تبريداً مستمراً عاماً منذ أوائل العصر الإيوسيني مع انخفاض كبير في درجة الحرارة عند حدود الأوليغوسين/الإيوسيني. يبدو أن درجة حرارة المياه السطحية هذه تشير إلى أن الغطاء الجليدي في القطب الجنوبي ربما وصل في هذا الوقت بالفعل إلى الساحل. ومع ذلك، ربما بدأت الأنهار الجليدية في القارة على ارتفاعات أعلى في النمو منذ أوائل الإيوسيني.Shackleton, N. J. and Kennett, J. P. 1975. Paleotemperature history of the Cenozoic and the initiation of Antarctic glaciation: oxygen and carbon isotope analyses in DSDP Sites 277, 279, 281. Initial Reports of the Deep Sea Drilling Project, Vol. 29, p. 743. يتوافق هذا الاستنتاج مع التقارير الأخرى الموثقة أعلاه.

 وصلات خارجية 

تقارير ومنشورات مشروع الحفر في أعماق البحار

التقارير الأولية لمشروع DSDP

مشروع الحفر في أعماق البحار | Encyclopedia.com

أرشفة النتائج العلمية لمشروع DSDP في PANGAEA

 المراجع 

تصنيف:العلم في 1968
تصنيف:العلم في 1983
تصنيف:انحلالات سنة 1983
تصنيف:تأسيسات سنة 1968
تصنيف:جيولوجيا بحرية