Od końca XIX wieku wierzono, że Ziemia składa się ze skorupy, płaszcza i jądra. Jednocześnie nikt nie potrafił tak naprawdę powiedzieć, gdzie kończy się jedna warstwa, a zaczyna następna. Naukowcy nawet nie wiedzieli, z czego w rzeczywistości składają się te warstwy. Jeszcze jakieś 30 lat temu badacze byli pewni, że warstwa granitu zaczyna się na głębokości 50 metrów i trwa do trzech kilometrów, a potem są bazalty. Płaszcz miał znajdować się na głębokości 15-18 kilometrów. Odwiert Ultradeep, który rozpoczął wiercenia w ZSRR na Półwyspie Kolskim, pokazał, że naukowcy się mylili….
Zanurzenie na trzy miliardy lat
Projekty podróży w głąb Ziemi pojawiły się na początku lat sześćdziesiątych w kilku krajach jednocześnie. Amerykanie jako pierwsi rozpoczęli wiercenie bardzo głębokich odwiertów i próbowali to robić w miejscach, w których według badań sejsmicznych skorupa ziemska powinna być cieńsza. Miejsca te, według obliczeń, znajdowały się na dnie oceanów, a za najbardziej obiecujący uznano obszar w pobliżu wyspy Maui z grupy hawajskiej, gdzie starożytne skały leżą pod samym dnem oceanu, a płaszcz ziemi znajduje się około pięciu kilometrów pod czterokilometrowym słupem wody. Niestety obie próby przebicia się przez skorupę ziemską w tym miejscu zakończyły się niepowodzeniem na głębokości trzech kilometrów.
Pierwsze projekty krajowe obejmowały także wiercenia podwodne - na Morzu Kaspijskim lub na jeziorze Bajkał. Ale w 1963 roku naukowiec od wiercenia Nikolai Timofeev przekonał Państwowy Komitet Nauki i Technologii ZSRR, że konieczne jest stworzenie studni na kontynencie. Wierzył, że chociaż wiercenie potrwa nieporównywalnie dłużej, odwiert będzie znacznie cenniejszy z naukowego punktu widzenia. Miejsce wiercenia wybrano na Półwyspie Kolskim, który znajduje się na tzw. Tarczy bałtyckiej, na którą składają się najstarsze znane ludzkości skały ziemne. Według naukowców wielokilometrowe cięcie warstw tarczy miało ukazać historię planety na przestrzeni ostatnich trzech miliardów lat.
Głębiej i głębiej i głębiej …
Rozpoczęcie prac po prawie pięciu latach przygotowań zostało zaplanowane na 100. rocznicę urodzin V. I. Lenina w 1970 roku. Projekt został gruntownie uruchomiony. W studni było 16 laboratoriów badawczych, każde wielkości przeciętnej rośliny; projekt był osobiście nadzorowany przez Ministra Geologii ZSRR Zwykli pracownicy otrzymywali potrójne pensje. Każdy miał zagwarantowane mieszkanie w Moskwie lub Leningradzie. Nic dziwnego, że dotarcie do Kola Superdeep było znacznie trudniejsze niż dołączenie do korpusu kosmonautów.
Wygląd studni był w stanie rozczarować obserwatora z zewnątrz. Żadnych wind i spiralnych schodów prowadzących w głąb Ziemi. Tylko wiertło o średnicy nieco ponad 20 centymetrów przeszło pod ziemię. Ogólnie rzecz biorąc, superdeep Kola można sobie wyobrazić jako cienką igłę wbijającą się w grubość ziemi. Wiertło na końcu tej igły z licznymi czujnikami, po kilku godzinach pracy, było unoszone przez prawie cały dzień w celu przeglądu, odczytu i naprawy, a następnie na jeden dzień opuszczane. Szybciej się nie da: najmocniejszy kabel kompozytowy (żyłka wiertnicza) może zerwać się pod własnym ciężarem.
To, co wydarzyło się na głębokości w czasie wiercenia, nie było pewne. Temperatura otoczenia, hałas i inne parametry były przesyłane na górę z jednominutowym opóźnieniem. Niemniej jednak, wiertacze powiedzieli, że nawet taki kontakt z lochami był czasem przerażający. Dźwięki dochodzące z dołu były jak krzyki i wycie. Do tego można dodać długą listę wypadków, które miały miejsce po Kola Superdeep, kiedy osiągnął głębokość 10 kilometrów. Dwukrotnie wyjęto wiertło stopione, chociaż temperatury, z jakich mogło przybierać tę postać, są porównywalne z temperaturą powierzchni Słońca. Kiedyś wydawało się, że kabel jest ciągnięty od dołu - i odcinany. Następnie podczas wiercenia w tym samym miejscu nie znaleziono żadnych pozostałości kabla. Co spowodowało te i wiele innych wypadków, pozostaje tajemnicą. Jednak,wcale nie były powodem wstrzymania wiercenia trzewi tarczy bałtyckiej.
W 1983 roku, kiedy głębokość studni osiągnęła 12066 metrów, prace chwilowo wstrzymano: postanowiono przygotować materiały na temat głębokiego wiercenia na Międzynarodowy Kongres Geologiczny, który miał się odbyć w 1984 roku w Moskwie. Na nim zagraniczni naukowcy po raz pierwszy dowiedzieli się o samym istnieniu supergłębicy Kola, o której wszystkie informacje zostały dotąd utajnione. Prace wznowiono 27 września 1984 r. Jednak już przy pierwszym uruchomieniu wiertła zdarzył się wypadek - przewód wiertniczy znowu się zerwał. Wiercenie musiało być kontynuowane z głębokości 7000 metrów, tworząc nowy odwiert, a do 1990 roku ta nowa gałąź osiągnęła 12 262 metrów, co było absolutnym rekordem dla ultra głębokich odwiertów, pobitych dopiero w 2008 roku. Wiercenie przerwano w 1992 roku, tym razem, jak się okazało, na zawsze. Nie było środków na dalsze prace.
Odkrycia i znaleziska
Odkrycia dokonane na supergłębinie Kola dokonały prawdziwej rewolucji w naszej wiedzy o strukturze skorupy ziemskiej. Teoretycy obiecali, że temperatura tarczy bałtyckiej pozostanie stosunkowo niska do głębokości co najmniej 15 kilometrów. Oznacza to, że studnię można wywiercić prawie do 20 kilometrów, tylko do płaszcza. Na piątym kilometrze temperatura przekroczyła 700 ° C, na siódmym ponad 1200 ° C, a na głębokości dwunastej ponad 2200 ° C.
Wiertnicy Kola kwestionowali teorię warstwy po warstwie struktury skorupy ziemskiej - przynajmniej w przedziale do 12 262 metrów. Uważano, że jest warstwa powierzchniowa (młode skały), następnie powinny przejść granity, bazalty, płaszcz i rdzeń. Ale granity okazały się być o trzy kilometry niższe niż oczekiwano. W ogóle nie znaleziono bazaltów, które miały leżeć pod nimi. Niesamowitym zaskoczeniem dla naukowców była obfitość pęknięć i pustek na głębokości ponad 10 kilometrów. W tych pustkach wiertło kołysało się jak wahadło, co prowadziło do poważnych trudności w pracy z powodu odchylenia od osi pionowej. W pustkach odnotowano obecność pary wodnej, która przemieszczała się tam z dużą prędkością, jakby niesiona przez nieznaną pompę. Te opary stworzyły te same dźwięki, które wzbudzają podziw wiertaczy.
Dość nieoczekiwanie dla wszystkich potwierdziła się hipoteza pisarza Aleksieja Tołstoja o pasie oliwinowym, wyrażona w powieści „Hiperboloid inżyniera Garina”. Na głębokości ponad 9,5 kilometra odkryto prawdziwą kopalnię wszelkiego rodzaju minerałów, w szczególności złota, które okazało się 78 gramów na tonę. Nawiasem mówiąc, produkcja komercyjna odbywa się w stężeniu 34 gramów na tonę.
Kolejna niespodzianka: życie na Ziemi pojawiło się, jak się okazuje, półtora miliarda lat wcześniej niż oczekiwano. Na głębokościach, na których, jak sądzono, nie mogło być materii organicznej, stwierdzono 14 gatunków skamieniałych mikroorganizmów (wiek tych warstw przekroczył 2,8 mld lat). Na jeszcze większych głębokościach, gdzie nie ma już skał osadowych, metan pojawił się w dużych stężeniach, co ostatecznie obaliło teorię o biologicznym pochodzeniu węglowodorów, takich jak ropa i gaz.
Nie sposób nie wspomnieć o odkryciu dokonanym podczas porównania gleby księżycowej dostarczonej przez sowiecką stację kosmiczną pod koniec lat 70. z powierzchni Księżyca i próbek pobranych w studni Kola z głębokości 3 kilometrów. Okazało się, że te próbki są podobne do dwóch kropli wody. Niektórzy astronomowie widzieli to jako dowód na to, że Księżyc oderwał się kiedyś od Ziemi w wyniku kataklizmu (prawdopodobnie zderzenia planety z dużą asteroidą). Jednak zdaniem innych podobieństwo to świadczy tylko o tym, że Księżyc powstał z tej samej chmury gazu i pyłu co Ziemia, aw początkowych stadiach geologicznych „rozwijały się” w ten sam sposób.
Kola Superdeep wyprzedził swoje czasy
Studnia Kola pokazała, że można zejść w głąb Ziemi na 14, a nawet 15 kilometrów. Jednak jest mało prawdopodobne, aby jeden taki odwiert dostarczył całkowicie nowej wiedzy o skorupie
ziemskiej. Wymaga to całej sieci studni wierconych w różnych punktach na powierzchni ziemi. Ale czasy, w których wiercono bardzo głębokie studnie do celów czysto naukowych, wydają się już dawno minąć. Ta przyjemność jest zbyt droga. Dzisiejsze programy bardzo głębokich wierceń nie są już tak ambitne jak kiedyś i mają praktyczne cele.
To głównie odkrywanie i wydobywanie minerałów. W Stanach Zjednoczonych produkcja ropy i gazu z głębokości 6-7 kilometrów staje się już powszechna. W przyszłości Rosja również zacznie pompować węglowodory z takich poziomów.
Jednak nawet te głębokie studnie, które są obecnie wiercone, przynoszą wiele cennych informacji, które geolodzy próbują uogólnić, aby uzyskać całościowy obraz przynajmniej powierzchniowych warstw skorupy ziemskiej. Ale to, co znajduje się poniżej, na długo pozostanie tajemnicą. Tylko naukowcy pracujący w supergłębokich studniach, takich jak Półwysep Kolski, mogą to ujawnić za pomocą najnowocześniejszego sprzętu naukowego. Takie studnie w przyszłości staną się dla ludzkości rodzajem teleskopów do tajemniczego podziemnego świata planety, o którym wiemy jedynie o odległych galaktykach.