Несмотря на успехи в изучении дальнего космоса, одной из сложнейших задач для современной науки остается изучение недр собственной планеты. По сложности этот процесс можно сравнить с колонизацией Марса и других планет Солнечной системы.
Благодаря мощнейшим телескопам, мы имеем возможность видеть историю, наблюдать за событиями, происходившими более 13 миллиардов лет назад. Но на фоне космических достижений, в изучении недр собственной планеты мы продвинулись чуть дальше «кротов».
Кольская сверхглубинная – венец технологических решений советского периода
Настоящим прорывом, совершенным советскими учеными, является самая глубокая в мире Кольская сверхглубинная скважина. Этот проект создавался исключительно в научных целях и имел превосходную материальную базу. Уже к 1990 году, на скважине была достигнута рекордная глубина – 12 262 метров – это более трех миллиардов лет истории развития нашей планеты.
Несмотря на то, что данная глубина является по-настоящему впечатляющим результатом для мирового научного сообщества – это всего 0,2% расстояния от поверхности до центра Земли. Кольская скважина лишь на 1,2 км глубже самого загадочного места на планете – тихоокеанской Марианской впадины (10 944 метров).
Несмотря сравнительно небольшую глубину скважины, ее оказалось достаточно для полного переворота представления ученых о строении земной коры. До этого времени научное сообщество считало, что земля имеет три основных слоя: земную кору, мантию и ядро. Но ни один ученый не мог точно сказать, на какой глубине заканчивается один слой и начинается другой, а также из чего именно состоят эти слои.
Интересным фактом является то, что в программе современных школьников до сих пор значится, что земля состоит из трех слоев. Но ученые, работавшие на Кольской сверхглубинной научно доказали, что это не так.
Как начинались бурение исследовательских скважин в мире
Активное бурение скважин с целью геологического изучения земли началось в середине 1960-х годов. В это период бурение начали ученые сразу нескольких стран. Их ключевой задачей было достижение 2-го слоя Земли – мантии. Например, американские специалисты начали бурение на Гавайях, по их предварительной оценке, мантия находилась на 5 километровой глубине. К сожалению, американцы смогли пробурить скважину глубиной лишь 3 километра.
По стопам американцев пошло большинство ученых из других стран. В мире удалось пробурить только 5 скважин глубже 3 километров – 4 из них были советскими. Единственной скважиной, на которой удалось преодолеть отметку глубины в 7 километров, стала Кольская сверхглубинная!
Технические особенности самой глубокой скважины
Большинство обывателей представляет научные скважины как полноценные технические комплексы схожие с шахтами, где люди могут спускаться на всю глубину. На самом деле диаметр скважины весьма ограничен и соответствует диаметру бурильного инструмента - 21,4 сантиметров. В Кольской, на участке первых двух километров, диаметр немного шире – 39,4 сантиметров – даже при большом желании, человек не может попасть внутрь скважины.
Фактически, Кольская сверхглубокая является тончайшей скважиной, ее можно сопоставить с очень длинной 57 метровой швейной иглой, имеющей диаметр не более 1 миллиметра – эта ассоциация очень упрощена, ведь в реальности скважина является сложнейшим высокотехнологичным объектом, при возведении которого используются самые современные материалы и инновационные технологические решения.
Приехав на место бурения Кольской сверхглубокой, сегодня можно обнаружить лишь небольшой металлический люк с закрученными болтами, на котором написано «12.226 метров» - эта надпись ошибочная, ведь реальная глубина скважины немного больше и составляет 12 262 метра.
Проблемы, с которыми сталкивались ученые во время бурения
Учитывая уникальность и высокую техническую сложность проекта по бурению Кольской сверхглубокой скважины, ученые сталкивались с целым комплексом проблем. Два раза на глубине 7 и 9 километров, специалистам приходилось останавливать бурение и осуществлять проходку заново. Из-за этого скважина получила 4 крупных и 10 мелких ответвлений, которые позволяли проходить буровому оборудованию все глубже и глубже.
Также стоит понимать, что длинна скважины значительно больше, чем ее реальная глубина (она не отвесная) – это объясняется наличием большого количества изгибов, которые приходилось делать из-за различной плотности пород. Твердые породы было необходимо «обходить», что существенно увеличивало длину проходки. В результате геометрия скважины стала больше похожей на изогнутую проволоку, чем на традиционную скважину.
Как проводился выбор места бурения
Кольская сверхглубинная изначально была научным проектом, поэтому ученые подошли к выбору места основательно. На протяжении двух подготовительных лет проводилось множество расчетов и предварительных исследований в нескольких регионах СССР. По их результатам, в Мурманской области, около города Заполярный было выбрано место выхода на поверхность древних пород, возрастом более 3 миллиардов лет.
Освоение участка началось в мае 1970 года, для проходки была задействована универсальная серийная установка «Уралмаш-4Э», которая использовалась в традиционной нефтянке для бурения нефтяных и газовых скважин. Но ее характеристик было недостаточно для выполнения уникального научного проекта, поэтому ученые провели серьезную модификацию оборудования, что позволило достичь глубины в 7 000 метров. Для дальнейшего бурения использовалась абсолютно новая установка «Уралмаш-15000». Ее название соответствовало запланированной глубине скважины – 15 000 метров, которой достичь так и не удалось.
В 1984 году, когда глубина бурения достигла 12 066 метров, на скважине произошла крупнейшая авария, заставившая ученых забетонировать участок на глубине 7 километров – эта авария отбросила бурильщиков на 6 лет назад. В следующий раз глубины 12 262 метров ученым удалось достичь лишь в 1990 году, после чего произошла новая авария.
После развала СССР наука Российской Федерации была в упадке, полная остановка работ на скважине произошла в 1994 году – сегодня она законсервирована в ожидании лучших времен.
За период бурения, учеными были сделаны тысячи различных исследований извлекаемой породы. В ней находили медь, никель и даже высокую концентрацию золота. На глубине 5000 метров температура породы достигала 70 градусов Цельсия, а на 12 000 метров - 220 градусов.