Человечество всегда проявляло неослабевающий интерес к изучению вещей вокруг нас. Так мы исследовали околоземное пространство, построили станции на южном полюсе, и облетели земной шар огромное количество раз. Но и сегодня на нашей планете есть места, где никогда не ступала нога человека. И они прямо под нами. У науки нет конкретных фактов относительно того, что может скрываться на десятках тысяч метров под поверхностью планеты. На самом деле образцы полезных ископаемых, извлеченные из недр земли не менее ценны, чем доставленные с небесных тел космическими кораблями. Но что мешает нам спуститься так далеко и посмотреть? И каких результатов удалось достичь благодаря самой глубокой на земле рукотворной "Кольской" скважине?
Люди пытались просверлить отверстия в земле с 13 века.
Главной целью подобных проектов было пристальное рассмотрение множества еще не известных науке объектов, которые могли бы скрываться в недрах нашей Земли.
Например, несколько лет назад группа геохимиков из России, Франции и Германии открыла подземный океан, относящийся к архейскому периоду. Его глубина составляет примерно 500 километров, а его объем превышает общий объем воды всех океанов на поверхности планеты. Это открытие предоставило ученым более точные данные об особенностях формирования нашей планеты. Нет сомнения, что эти открытия были бы немыслимы без проектов сверхглубокого бурения.
Одним из лучших примеров является Кольская скважина, которая сохраняет звание самой глубокой в мире даже спустя 24 года после закрытия.
Строительство и освоение Кольской скважины началось еще в 1970 году и продолжалось более двадцати лет. Её глубина достигает 12 262 метра. Диаметр её отверстия составляет 92 сантиметра. Бурение велось буровой установкой Уралмаш 4Э, а позже на глубине 7263 метров ее заменила Уралмаш-15000, массой более 200 тонн.
Примечательно, что колонне потребовалось около 18 часов, чтобы пройти весь путь только в одну сторону. Выбранная площадка для бурения располагалась в 10 км к западу от города Заполярный. Скважина расположена в северо-восточной части Балтийского щита и достигает архейских рудоносных пород, характерных для древних коренных пород континентальной коры. Это место, по общему мнению, идеально подходит для сверхглубокого бурения, поскольку Кольский полуостров является одним из немногих мест на Земле, где чехол осадочных пород полностью отсутствует и поверхность состоит исключительно из пород древнего происхождения, возраст которых составляет около 3 миллиардов лет.
В отличие от других крупных сверхглубоких техногенных скважин, пробуренных для целей добычи нефти, газа или геологических работ, Кольская сверхглубокая скважина предназначалась для бурения именно в научных целях для решения исследовательских задач. Её основной целью было подтверждение теоретических моделей состава нижних слоев земной коры и уточнение характера их перехода в мантию Земли.
Исследователям также предстояло выяснить состав коренных пород никельсодержащего печенегского комплекса, выявить особенности проявления геологических процессов и собрать дополнительные данные о термическом режиме в земной коре, а также о глубинных водных растворах, газах и составе пород.
Проект также должен был способствовать совершенствованию уже существовавшей в то время техники сверхглубокого бурения и отработке методов комплексного геолого-физического изучения горных пород и руд на больших глубинах.
Буровые работы были начаты 24 мая 1970 года.
Спуск до 7000 метров прошел без проблем, так как бур плавно проходил через сплошную однородную гранитную породу. Однако, пробив отметку 7000 метров, бур вошёл в менее прочные слоистые породы, в скважине образовались рубцы и пустоты. Затем колонна вышла из строя, а сверло отделилось и упало при попытке его восстановления. Эти провалы стали регулярными, и вскоре конструкция колодца приобрела форму, напоминающую дерево с множеством обломанных ветвей.
6 июня 1979 года Кольская сверхглубокая скважина побила рекорд в 9 583 метра, ранее установленный нефтяной скважиной Берта Роджерс в Оклахоме, а в 1983 году глубина скважины достигла 12 066 метров. После того, как этот рекорд был побит, бурение было ненадолго приостановлено.
Когда через несколько месяцев процесс был возобновлен, произошла первая крупная авария, и бурение пришлось начинать заново с точки, глубиной всего 7 километров.
К 1990 году новая скважина достигла глубины 12 262 метра.
Однако после нескольких других крупных аварий процесс пришлось прервать и скважина закрылась навсегда через 4 года.
Первоначально предполагалось, что Кольская скважина поможет обнаружить четкий переход от гранита к базальту, однако по всей длине скважины были извлечены только образцы гранитной породы.
Следует отметить, что из-за высокого давления и высоких температур физические свойства гранитных пород сильно пострадали. Образцы гранита, извлеченные из скважины, часто разрушались из-за резких перепадов давления.
Только очень медленный подъем бура позволил извлечь цельный кусок породы, что позволило ученым сделать немало ценных выводов о недрах Земли.
Основным результатом геотермальных исследований стала информация о температурах в скважине.
Показатели оказались намного выше, чем предполагалось изначально.
- Ближе к поверхности скорость повышения температуры составляла 11 градусов на километр.
- На глубине 2 километра она возрастала до 14 градусов на километр.
- На глубине от 2,2 до 7,5 километров температура росла со скоростью, близкой к 24 градусам на километр.
- В конце концов температура в 70 градусов по Цельсию была зарегистрирована на глубине всего 5 километров, а на глубине 12 000 метров температура поднялась до 220 градусов по Цельсию.
Новые практические сведения о составе наиболее глубоких частей Балтийского щита существенно дополнили теоретические предположения. Анализ сверхглубоких пород выявил данные, значительно отличающиеся от сведений, известных науке до запуска проекта. Научные результаты имели и практическое применение – например, геологами были обнаружены неглубокие медно-никелевые зоны, и эти породы были пригодны для добычи. На глубине 9,5 км обнаружен аномальный геохимический слой золота. Концентрация золота составляла до грамма на тонну породы. И хотя добыча золота на такой большой глубине практически невозможна, само существование золотоносного слоя, а также его свойства позволяли более точно моделировать процессы эволюции этих металлов.
Рекорд длины Кольской сверхглубокой скважины был побит совсем недавно, и то только скважинами, пробуренными для крупномасштабной добычи нефти и газа. Одной из них является скважина, Maersk Oil BD-04A. Она был пробурена в 2008 году и имеет длину 12 290 метров.
На сегодняшний день скважина Z-42 Чайвинского месторождения является самой длинной скважиной на Земле, ее глубина достигает 12 700 метров. Однако Кольская скважина остается самой глубокой рукотворной скважиной.
Помимо рекордных характеристик Кольская скважина обладает уникальной историей, которая с годами окутана бесчисленным множеством легенд и загадочных мифов. Многие из них были вызваны различными неудачами, с которыми приходилось сталкиваться ученым, но не всегда им удавалось определить, что их вызывало. Например, в 1995 году в самой глубокой точке скважины произошел взрыв необъяснимого характера, и бурение пришлось остановить. Причина этого явления так и не была установлена.
Руководитель работ академик Давид Миронович Губерман подтвердил, что перед взрывом был слышен странный шум. Интересно, что через несколько дней на той же глубине ничего подобного не происходило.
Не исключено, что причина заключалась в выходе из строя самой установки или же в столкновении с еще неизвестным науке веществом. Вряд ли это невозможно, так как такие глубокие слои земного шара до сих пор остаются почти неисследованными.
Кольская сверхглубокая скважина прошла лишь ничтожную часть всего пути к центру Земли. Полное расстояние составляет 6 371 км.
Ученые, работавшие у скважины, надеялись добраться хотя бы до мантии, но для этого нужно было пройти еще 30-40 километров. Но даже то, что им удалось осуществить, граничит с фантастикой. До сих пор ни один аппарат не ушел так глубоко под землю.
Сегодня геология продвигается вперед наравне с освоением космоса, а исследования с применением бурения сравнимы с освоением космоса с помощью телескопов, к которым мы так привыкли. У геологов тоже есть амбициозные планы, и в то время как одна часть научного сообщества озабочена тем, как добраться до других планет, другая часть изучает устройство нашей собственной Земли и занята выяснением того, как добраться до ее центра.