Во время великой технологической гонки 1960-х годов Соединенные Штаты и СССР были сосредоточены не только на освоении космоса и разработке новых вооружений. Страны также соперничали за превосходство ещё в одном направлении: взгляды учёных были устремлены к центру Земли.
В 1958 году американцы запустили в действие “Проект Mohole” - план по извлечению образца мантии Земли путем бурения дна океана у острова Гваделупе, у побережья Мексики. Были выделены серьёзные финансы, установлено оборудование, с помощью которого геологи пробурили 183 метра морского дна, расположенного на глубине 3,5 километра. Но в 1966 году проекту в финансировании отказали и он был закрыт.
В 1970 году в СССР предприняли свою попытку установить научный рекорд, начав бурить грунт в окрестностях Мурманска, недалеко от Баренцева моря. Результат эксперименты известен как Кольская сверхглубокая скважина. И этот проект был более успешным, чем американский: советские учёные смогли проникнуть гораздо глубже в Землю и собрать информацию, которая до сих пор поражает и является объектом исследований.
Кольская сверхглубокая: что это такое?
Зачем копать так глубоко ? Самый очевидный ответ - для решения ключевых научных вопросов, которые могут дать ответы на некоторые загадок о нашей планете. И хотя Кольская сверхглубокая скважина так и не вышла за пределы земной коры, она остаётся самой глубокой искусственной скважиной в мире.
Кольская является самой глубокой скважиной в мире. Если сравнивать, то она глубже, чем Марианская впадина, и глубже, чем высота Эвереста.
Сейчас на заброшенной буровой площадке среди остатков буровой вышки и корпусов административных зданий спрятана небольшая, но сверхпрочная крышка для технического обслуживания скважины, закрепленная на месте дюжиной больших ржавых болтов. Под ней — тонкая, толщиной всего 23 сантиметра в диаметре самая глубокая скважина в мире.
Да, не верьте тому, что показали в фильме “Кольская сверхглубокая” (если, конечно, решились его посмотреть) - в скважину пролезет максимум ладонь, ни никак не человек.
В общем итоге Кольская сверхглубокая скважина тянется до глубины 12.262 метра. Ещё одно сравнение — это расстояние равно высоте Эвереста и горы Фудзиямы, поставленных друг на друге. Вот только внешний слой Земли, кора — та земля, на которой мы стоим, - имеет толщину около 40 километров. Так что для Земли укол Кольской напоминает укус комара, не более.
Следующий слой, мантия, продолжается еще 3000 километров. Потом идёт внешнее ядро, которое простирается примерно на 2250 километров, прежде чем достичь внутреннего ядра Земли: горячего, плотного, в основном железного шара радиусом около 1220 километров.
Таким образом, хоть Кольская и является впечатляюще глубокой скважиной, она на удивление мелкая по сравнению с глубиной Земли. В общей сложности "супеглубокая” не такая уж и супер: она проникает примерно в треть толщины земной коры и её длина составляет всего лишь 0,2 процента от всего расстояния до центра Земли.
Но даже такое, незначительное в масштабах планеты бурение, заняло значительное время. Годы, если быть точным. Бурение на Кольской началось 24 мая 1970 года. Цель состояла в том, чтобы пройти как можно дальше, предел никто не устанавливал. По оценкам ученых того времени, вероятная глубина успешного прохождения породы составила бы 15 километров. К 1979 году проект побил все мировые рекорды по искусственным отверстиям, преодолев расстояние около 9,5 километров.
В 1989 году бур достиг глубины 12.262 метра по вертикали под поверхностью Земли. И на сегодняшний день эта отметка остаётся самой глубокой точкой, когда-либо достигнутой человеком. Температура в скважине повысилась с ожидаемых 100 градусов по Цельсию до 180 градусов, буры не смогли работать в практически вязкой среде и работы были остановлены.
Зачем надо было бурить так глубоко?
Огромные скважины бурятся по разным причинам. В первую очередь - для добычи ресурсов, таких как нефть и металлы. Самыми глубокими искусственными объектами являются:
- 100-летний медный рудник Бингем-Каньон в горах недалеко от Солт-Лейк-Сити, где находится карьер, который простирается на 1,2 километра в глубину и занимает 4 километра в поперечнике;
- кимберлитовая трубка Мир, расположенная в Якутии, имеет глубину 735 метров;
- алмазный рудник Кимберли, он же “Большая Дыра” в Южной Африке - одна из самых больших ям в мире, вырытая человеческими руками без какой-либо техники. Глубина её не такая впечатляющая - всего 240 метров, зато площадь на поверхности больше 17 гектаров.
Но Кольскую скважину бурили только с научными целями. Учёные хотели восстановить и понять физические, химические и механические процессы, сопровождавшие образование нашей планеты, разобраться в том, как меняется земная кора с приближением к ядру.
Но почему за 20 лет инженеры смогли углубиться в землю всего на 12 километров?
Оказывается, путешествие к центру Земли немного сложнее, чем ожидали исследователи и уж, тем более, не такое простое, как помышляли фантасты. Когда в 1970-х годах началось бурение Кольской, бур довольно легко пробил гранитную породу. Но когда бурильщики достигли глубины 7 километров, слои стали более плотными и бурить их стало труднее.
В результате пришлось менять свёрла, которые раньше легко брали гранит, а также несколько раз менять направление бурения. В результате Кольская выглядит не как вертикальное отверстие — это, скорее, перевёрнутая ёлка.
Чем глубже погружался бур, тем горячее становилась Земля. По мере углубления бура земной жар усиливался, пока не достиг температуры 180 градусов по Цельсию на глубине около 12 километров. В сочетании с такой температурой порода стала больше похожей на жидкий пластик, чем на твёрдое вещество, что сделало бурение практически невозможным. Бур буквально вяз в породе, наматывая её на себя.
Но работы продолжались до 1992 года, пока у бурильщиков не осталось другого выбора, кроме как прекратить их. Своей цели в 15 километров учёные не достигли. Буровая площадка была официально закрыта, а скважина заделана в 2005 году. Вот так Кольская сверхглубокая выглядит сейчас.
Другие попытки посмотреть в глубины Земли предпринимались на протяжении многих лет разными странами, включая Германию, Австрию и Швецию. Ни одна из этих скважин не стала глубже, чем Кольская сверхглубокая, хотя некоторые были длиннее, отклонившись от вертикального курса.
Что нашли в Кольской сверхглубокой скважине?
В основном - информацию, новые знания, уникальные научные открытия. Для начала исследователи поняли, что им необходимо обновить температурную карту для недр Земли, поскольку они столкнулись с температурами намного выше, чем ожидалось.
Они также были поражены тем, что не было перехода от гранита к базальту, границы, которую геологи называют "разрывом Конрада", существование которого было обосновано на основе результатов сейсморазведочных работ.
Другим открытием была жидкая вода, находящаяся гораздо глубже, чем они предполагали ранее. Одним из неожиданных результатов стало появление открытых трещин, заполненных соленой водой, свидетельствующих о том, что земная кора не плотная, в ней существуют пути, позволяющие течь жидкостям. Учёные подозревали, что вода, возможно, была выдавлена из горных кристаллов невероятно высоким давлением внутри Земли.
Еще более захватывающим было открытие биологической активности в горных породах. На глубине 7 километров исследователи обнаружили десятки окаменелостей одноклеточных морских организмов, возраст которых составляет 2 миллиарда лет.
Самым ярким доказательством жизни в древности были микроскопические окаменелости, заключенные в органические соединения, которые на удивление остались нетронутыми, несмотря на экстремальные давления и температуры окружающей породы.
Можно ли копать глубже?
Да, стоит только попробовать, ведь технологии бурения не стоят на месте. Рытьё глубже 12 километров зависит от двух критических факторов: температуры и стабильности скважины, причем последнее зависит от напряжения, деформации, состава и веса бурового раствора.
Для этого потребуется довольно технологически продвинутое оборудование, учитывая, что температура на глубине 14-15 километров, по прогнозам, достигнет уже 250 градусов по Цельсию.
Новая цель, которая стоит перед учёными сейчас - 40 километров. Учёные Земли хотят получить доступ к мантии нашей планеты, чтобы понять её природу, разобраться, как взаимодействуют кора и мантия, как жидкости и капли магмы выходят из мантии в кору и, в конечном счете, как они питают биосферу.
Группа международных исследователей, работающих с Японским агентством морских наук и технологий Земли, как раз сейчас предпринимает новую попытку пробурить мантию Земли.
Для этого вновь решили попробовать технологию “Проекта Mohole” - буровое судно, оборудованное для бурения через 4 километра океанской воды и 6 километров земной коры, готово начать работу по достижению мантии в самом тонком месте - через дно Тихого океана.
