XX wiek upłynął pod znakiem triumfu człowieka w powietrzu i podboju najgłębszych zagłębień Oceanu Światowego. Jedynie marzenie o penetracji serca naszej planety i poznaniu ukrytego dotąd życia w jej wnętrznościach pozostaje nieosiągalne. „Podróż do wnętrza Ziemi” zapowiada się niezwykle trudna i ekscytująca, obfitująca w wiele niespodzianek i niesamowitych odkryć. Pierwsze kroki na tej drodze zostały już zrobione - na świecie wykonano kilkadziesiąt supergłębnych studni. Informacje uzyskane za pomocą ultra-głębokich wierceń okazały się tak przytłaczające, że zniweczyły ugruntowane wyobrażenia geologów o budowie naszej planety i dostarczyły najbogatszych materiałów badaczom z różnych dziedzin wiedzy.
Dotknij płaszcza
Pracowici Chińczycy w XIII wieku wykopali studnie o głębokości 1200 metrów. Europejczycy pobili chiński rekord w 1930 roku, ucząc się, jak przez 3 kilometry przebijać ziemię platformami wiertniczymi. W późnych latach pięćdziesiątych studnie przedłużono do 7 kilometrów. Rozpoczęła się era ultra głębokiego wiercenia.
Podobnie jak w przypadku większości projektów globalnych, pomysł wiercenia górnej skorupy Ziemi narodził się w latach sześćdziesiątych XX wieku, u szczytu lotów kosmicznych i wiary w nieograniczone możliwości nauki i technologii. Amerykanie wymyślili nie mniej, niż przejście studni przez całą skorupę ziemską i pobranie próbek skał górnego płaszcza. Koncepcje płaszcza wówczas (tak przy okazji, jak i teraz) opierały się jedynie na danych pośrednich - prędkości propagacji fal sejsmicznych w jelitach, których zmianę interpretowano jako granicę warstw skał o różnym wieku i składzie. Naukowcy wierzyli, że skorupa ziemska jest jak kanapka: młode skały na górze, starożytne poniżej. Jednak tylko bardzo głębokie wiercenie może dać dokładny obraz struktury i składu zewnętrznej powłoki i górnego płaszcza Ziemi.
Projekt Mokhol
W 1958 roku w Stanach Zjednoczonych pojawił się program wiertniczy Mohol superdeep. To jeden z najbardziej śmiałych i tajemniczych projektów w powojennej Ameryce. Podobnie jak wiele innych programów, Mohol został zaprojektowany, aby wyprzedzić ZSRR w naukowej rywalizacji, ustanawiając rekord świata w ultragłębokim wierceniu. Nazwa projektu pochodzi od słów „Mohorovicić” - tak nazywa się chorwacki naukowiec, który wyodrębnił granicę między skorupą ziemską a płaszczem - granicę Moho oraz „dziurę”, co po angielsku oznacza „dobrze”. Twórcy programu zdecydowali się na wiercenia w oceanie, gdzie zdaniem geofizyków skorupa ziemska jest znacznie cieńsza niż na kontynentach. Konieczne było opuszczenie rur na kilka kilometrów do wody, pokonanie 5 kilometrów dna oceanu i dotarcie do górnego płaszcza.
Film promocyjny:
W kwietniu 1961 r. U wybrzeży Gwadelupy na Morzu Karaibskim, gdzie słup wody sięga 3,5 km, geolodzy wykonali pięć studni, z których najgłębsza sięgnęła dna na 183 metry. Według wstępnych obliczeń w tym miejscu, pod skałami osadowymi, spodziewano się spotkania z górną warstwą skorupy ziemskiej - granitem. Ale rdzeń wyniesiony spod osadów zawierał czyste bazalty - rodzaj antypody granitów. Wynik wiercenia zniechęcił, a jednocześnie zainspirował naukowców, zaczęli przygotowywać nowy etap wiercenia. Ale kiedy koszt projektu przekroczył 100 milionów dolarów, Kongres Stanów Zjednoczonych wstrzymał finansowanie. Mohol nie odpowiedział na żadne z zadanych pytań, ale pokazał najważniejsze - możliwe są bardzo głębokie wiercenia w oceanie.
Pogrzeb przełożono
Bardzo głębokie wiercenie pozwoliło zajrzeć do wnętrzności i zrozumieć, jak zachowują się skały przy wysokich ciśnieniach i temperaturach. Nieprawidłowy okazał się pogląd, że skały wraz z głębokością gęstnieją, a ich porowatość maleje, podobnie jak pogląd na temat suchego podłoża. Po raz pierwszy odkryto to podczas wiercenia supergłębiny Kola, inne studnie w starożytnych warstwach krystalicznych potwierdziły fakt, że na głębokości wielu kilometrów skały są pękane i penetrowane przez liczne pory, a roztwory wodne swobodnie poruszają się pod ciśnieniem kilkuset atmosfer. To odkrycie jest jednym z najważniejszych osiągnięć ultra głębokiego wiercenia. Zmusiło nas to do ponownego zwrócenia się do problemu składowania odpadów radioaktywnych, które miały znajdować się w głębokich studniach, co wydawało się całkowicie bezpieczne. Biorąc pod uwagę informacje o stanie podłoża uzyskane w trakcie głębokich wierceń, projekty stworzenia takich składowisk wyglądają obecnie bardzo ryzykownie.
W poszukiwaniu schłodzonego piekła
Od tego czasu świat zachorował na ultra głębokie wiercenia. W Stanach Zjednoczonych przygotowywany był nowy program badania dna oceanicznego (Deep Sea Drilling Project). Glomar Challenger, zbudowany specjalnie dla tego projektu, spędził kilka lat w wodach różnych mórz i oceanów, wiercąc w ich dnie prawie 800 odwiertów, osiągając maksymalną głębokość 760 m. W połowie lat 80. XX wieku wyniki wierceń morskich potwierdziły teorię tektoniki płyt. Geologia jako nauka odrodziła się. Tymczasem Rosja poszła własną drogą. Zainteresowanie problemem, wywołane sukcesem Stanów Zjednoczonych, zaowocowało programem „Eksploracja wnętrza Ziemi i głębokie wiercenia” nie w oceanie, ale na kontynencie. Pomimo swojej wielowiekowej historii wiercenia kontynentalne były zupełnie nowym biznesem. W końcu mówiliśmy o wcześniej nieosiągalnych głębokościach - ponad 7 kilometrów. W 1962 roku Nikita Chruszczow zatwierdził ten program,chociaż kierował się raczej motywami politycznymi niż naukowymi. Nie chciał pozostawać w tyle za Stanami Zjednoczonymi.
Nowo utworzonym laboratorium w Instytucie Techniki Wiertniczej kierował słynny nafciarz, doktor nauk technicznych Nikolai Timofeev. Poinstruowano go, aby uzasadnił możliwość ultra głębokiego wiercenia w skałach krystalicznych - granitach i gnejsach. Badania trwały 4 lata, aw 1966 roku eksperci wydali werdykt - można wiercić i niekoniecznie sprzętem jutra, sprzęt już istniejący wystarczy. Głównym problemem jest ciepło na głębokości. Według obliczeń, wnikając w skały tworzące skorupę ziemską, temperatura powinna wzrastać co 33 metry o 1 stopień. Oznacza to, że na głębokości 10 km należy spodziewać się około 300 ° С, a na 15 km - prawie 500 ° С. Narzędzia i urządzenia wiertnicze nie wytrzymają takiego nagrzewania. Trzeba było szukać miejsca, w którym wnętrzności nie są tak gorące …
Znaleziono takie miejsce - starożytną krystaliczną tarczę Półwyspu Kolskiego. W raporcie przygotowanym w Instytucie Fizyki Ziemi czytamy: na przestrzeni miliardów lat swojego istnienia tarcza Kola ostygła, temperatura na głębokości 15 km nie przekracza 150 ° C. Geofizycy przygotowali przybliżony odcinek Półwyspu Kolskiego. Według nich pierwsze 7 kilometrów to granitowe warstwy górnej części skorupy ziemskiej, potem zaczyna się warstwa bazaltu. Wtedy ogólnie przyjęto ideę dwuwarstwowej struktury skorupy ziemskiej. Ale jak się później okazało, zarówno fizycy, jak i geofizycy mylili się. Miejsce wiercenia wybrano na północnym krańcu Półwyspu Kolskiego, w pobliżu jeziora Vilgiskoddeoayvinjärvi. W języku fińskim oznacza „Pod Wilczą Górą”, chociaż w tym miejscu nie ma gór ani wilków. Wiercenie studni o głębokości projektowej 15 kilometrów rozpoczęło się w maju 1970 roku.
Rozczarowani Szwedzi
Pod koniec lat 80-tych w Szwecji wykonano odwiert na głębokość 6,8 km w poszukiwaniu gazu ziemnego niebiologicznego. Geolodzy postanowili przetestować hipotezę, że ropa i gaz powstają nie z martwych roślin, jak sądzi większość naukowców, ale z płynów w płaszczu - gorących mieszanin gazów i cieczy. Płyny nasycone węglowodorami przedostają się z płaszcza do skorupy ziemskiej i gromadzą w dużych ilościach. W tamtych latach pomysł na pochodzenie węglowodorów nie z materii organicznej warstw osadowych, ale za pomocą głębokich płynów był nowością, wielu chciało to przetestować. Z tego pomysłu wynika, że złoża węglowodorów mogą zawierać nie tylko skały osadowe, ale także wulkaniczne i metamorficzne. Właśnie dlatego Szwecja, położona głównie na starożytnej krystalicznej tarczy, postanowiła eksperymentować.
Do wiercenia wybrano krater Silyan Ring o średnicy 52 km. Według danych geofizycznych na głębokości 500-600 metrów znajdowały się zwapnione granity - możliwe uszczelnienie leżącego pod nimi zbiornika węglowodorów. Pomiary przyśpieszenia ziemskiego, poprzez zmianę, w której można ocenić skład i gęstość skał zalegających we wnętrznościach, wskazały na obecność skał silnie porowatych na głębokości 5 km - możliwych rezerwuarów ropy i gazu. Wyniki wiercenia rozczarowały naukowców i inwestorów, którzy zainwestowali 60 milionów dolarów w te prace. W przemierzanych warstwach nie było komercyjnych zasobów węglowodorów, a jedynie przejawy ropy i gazu o oczywistym biologicznym pochodzeniu ze starożytnego bitumu. W każdym razie nikt nie był w stanie udowodnić czegoś przeciwnego.
Narzędzie dla podziemi
Wiercenie odwiertu Kola SG-3 nie wymagało stworzenia całkowicie nowych urządzeń i gigantycznych maszyn. Zaczęliśmy od tego, co już mieliśmy: agregatu Uralmash 4E o udźwigu 200 ton oraz rur ze stopów lekkich. Potrzebne były wówczas niestandardowe rozwiązania technologiczne. Rzeczywiście, nikt nie wiercił w twardych, krystalicznych skałach na tak dużą głębokość, a co by się tam działo, wyobrażali sobie tylko ogólnie. Doświadczeni wiertacze zdali sobie jednak sprawę, że bez względu na to, jak szczegółowy byłby projekt, prawdziwa studnia byłaby znacznie bardziej złożona. Pięć lat później, gdy głębokość odwiertu SG-3 przekroczyła 7 kilometrów, zainstalowano nową wiertnicę Uralmash 15 000 - jedną z najnowocześniejszych w tamtym czasie. Mocny, niezawodny, z automatycznym mechanizmem spustowym, mógł wytrzymać ciąg rur o długości do 15 km. Platforma wiertnicza zamieniła się w całkowicie osłonięty żuraw o wysokości 68 m, odporny na silne wiatry szalejące w Arktyce. W pobliżu wyrosła mini-fabryka, laboratoria naukowe i magazyn podstawowy.
Podczas wiercenia na płytkich głębokościach na powierzchni instalowany jest silnik, który obraca rurę z wiertłem na końcu. Wiertło to żelazny cylinder z diamentowymi lub twardymi zębami ze stopu - trochę. Ta korona wgryza się w skały i wycina z nich cienką kolumnę - rdzeń. Aby schłodzić narzędzie i usunąć drobne zanieczyszczenia ze studni, wpompowuje się do niego płuczkę wiertniczą - płynną glinę, która krąży przez cały czas wzdłuż odwiertu, jak krew w naczyniach. Po pewnym czasie rury są podnoszone na powierzchnię, uwalniane z rdzenia, zmieniana jest korona i kolumna jest ponownie opuszczana do dolnego otworu. Tak działa konwencjonalne wiercenie.
A jeśli długość lufy wynosi 10-12 kilometrów przy średnicy 215 milimetrów? Sznurek rur staje się najcieńszą nitką opuszczaną do studni. Jak tym zarządzać? Jak zobaczyć, co się dzieje na twarzy? Dlatego na studni Kola, na dnie przewodu wiertniczego, zainstalowano miniaturowe turbiny, które zostały uruchomione przez pompowanie cieczy wiertniczej przez rury pod ciśnieniem. Turbiny obracały wiertłem z węglika i nacinały rdzeń. Cała technologia była dobrze dopracowana, operator na panelu sterowania widział obrót wiertła, znał jego prędkość i mógł kontrolować proces.
Co 8-10 metrów trzeba było podnosić wielokilometrowy ciąg rur. Zejście i wejście zajęło łącznie 18 godzin.
Diamentowe sny o regionie Wołgi
Kiedy w rejonie Niżnego Nowogrodu znaleziono małe diamenty, bardzo zdziwiło to geologów. Oczywiście najłatwiej było założyć, że kamienie szlachetne zostały przywiezione przez lodowiec lub wody rzeczne skądś na północy. Ale co, jeśli miejscowe trzewia kryją fajkę kimberlitową - rezerwuar diamentów? Postanowiono sprawdzić tę hipotezę pod koniec lat 80., gdy program wierceń naukowych w Rosji nabierał tempa. Miejsce wiercenia wybrano na północ od Niżnego Nowogrodu, pośrodku gigantycznej struktury pierścieniowej, która wyróżnia się na reliefie. Niektórzy uważali to za krater meteorytu, inni - za rurę wybuchową lub wulkan. Wiercenie przerwano, gdy studnia Vorotilovskaya osiągnęła głębokość 5 374 m, z czego ponad kilometr spadł na krystaliczne skały fundamentowe. Nie znaleziono tam kimberlitów, ale trzeba uczciwie powiedziećże spór o pochodzenie tej struktury też nie został zakończony. Fakty uzyskane z głębin były równie odpowiednie dla zwolenników obu hipotez, ostatecznie żadna z nich nie została przekonana. A studnia została przekształcona w głębokie geolaboratorium, które nadal działa.
Przebiegłość liczby „7”
7 kilometrów - znak śmiertelny dla kola superdeep. Za nim zaczęło się nieznane, wiele wypadków i ciągła walka ze skałami. Beczki nie można było utrzymać w pozycji pionowej. Kiedy pierwszy raz pokonaliśmy 12 km, studnia odchyliła się od pionu o 21 °. Chociaż wiertacze nauczyli się już pracować z niesamowitą krzywizną odwiertu, nie można było pójść dalej. Od znaku 7 km miał być wiercony otwór. Aby uzyskać pionowy odwiert w twardych skałach, potrzebujesz bardzo twardego dna przewodu wiertniczego, aby wnikał do jelit jak olej. Ale pojawia się inny problem - studnia stopniowo się rozszerza, wiertło w nim zwisa, jak w szkle, ściany odwiertu zaczynają się zapadać i mogą naciskać na narzędzie. Rozwiązanie tego problemu okazało się oryginalne - zastosowano technologię wahadła. Wiertło było sztucznie kołysane w studni i tłumiło silne wibracje. Z tego powodu pień był pionowy.
Najczęstszym wypadkiem na dowolnej platformie jest zerwanie rury. Zwykle próbują ponownie złapać rury, ale jeśli dzieje się to na dużych głębokościach, problem staje się nie do naprawienia. Nie ma sensu szukać narzędzia w studni 10-kilometrowej, wyrzucili taki otwór i zaczęli nowy, trochę wyżej. Wielokrotnie dochodziło do pękania i utraty rur na SG-3. W efekcie w dolnej części studnia wygląda jak system korzeniowy olbrzymiej rośliny. Rozgałęzienie studni zdenerwowało wiertaczy, ale okazało się radością dla geologów, którzy nieoczekiwanie otrzymali trójwymiarowy obraz imponującego fragmentu starożytnych skał archeologicznych, które powstały ponad 2,5 miliarda lat temu.
W czerwcu 1990 r. SG-3 osiągnął głębokość 12 262 m. Zaczęto przygotowywać odwiert do wiercenia do 14 km, po czym znowu doszło do wypadku - na wysokości 8550 m rura pękła. Kontynuacja prac wymagała długich przygotowań, odnowienia sprzętu i nowych kosztów. W 1994 roku wstrzymano wiercenie Kola Superdeep. Po 3 latach dostała się do Księgi Rekordów Guinnessa i nadal pozostaje niedościgniona. Teraz studnia jest laboratorium do badania jelit głębokich.
Sekretne wnętrzności
SG-3 od samego początku był tajnym obiektem. Winę ponosi strefa przygraniczna, strategiczne złoża w powiecie i priorytet naukowy. Pierwszym obcokrajowcem, który odwiedził miejsce wiercenia, był jeden z liderów Akademii Nauk Czechosłowacji. Później, w 1975 roku, w Prawdzie ukazał się artykuł o Kola Superdeep, podpisany przez ministra geologii Aleksandra Sidorenko. Nadal nie było publikacji naukowych na temat studni Kola, ale niektóre informacje wyciekły za granicę. Według plotek świat zaczął się uczyć więcej - najgłębsza studnia jest wiercona w ZSRR.
Zapewne zasłona tajemnicy wisiałaby nad studnią aż do „pierestrojki”, gdyby Światowy Kongres Geologiczny nie odbył się w Moskwie w 1984 roku. Starannie przygotowali się do tak ważnego wydarzenia w świecie naukowym, wybudowano nawet nowy gmach Ministerstwa Geologii - spodziewało się wielu uczestników. Ale zagraniczni koledzy byli przede wszystkim zainteresowani kolą superdeep! Amerykanie w ogóle nie wierzyli, że to mamy. Głębokość studni osiągnęła wówczas 12066 metrów. Ukrywanie obiektu nie miało już sensu. Na uczestników kongresu w Moskwie czekała wystawa osiągnięć geologii rosyjskiej, jedno ze stoisk było poświęcone odwiertowi SG-3. Eksperci na całym świecie ze zdumieniem spoglądali na konwencjonalną głowicę wiertarską ze zużytymi zębami z węglika spiekanego. I w ten sposób wiercą najgłębszą studnię na świecie? Niesamowite!Do osady Zapolyarny udała się duża delegacja geologów i dziennikarzy. Zwiedzającym pokazano platformę w akcji, a 33-metrowe odcinki rur zostały usunięte i odłączone. Dookoła leżały stosy dokładnie takich samych głowic wiertniczych, jak ta na stojaku w Moskwie.
Delegację z Akademii Nauk przyjął znany geolog, akademik Vladimir Belousov. Podczas konferencji prasowej zadano mu pytanie od publiczności:
- Jaka była najważniejsza rzecz, którą Kola dobrze pokazał?
- Panowie! Co najważniejsze, pokazał, że nic nie wiemy o skorupie kontynentalnej - szczerze odpowiedział naukowiec.
Głęboka niespodzianka
Oczywiście wiedzieli coś o skorupie ziemskiej kontynentów. Fakt, że kontynenty składają się z bardzo starożytnych skał, mających od 1,5 do 3 miliardów lat, nie został obalony nawet przez studnię Kola. Jednak sekcja geologiczna opracowana na podstawie rdzenia SG-3 okazała się być dokładnie odwrotnością tego, co naukowcy wyobrażali sobie wcześniej. Pierwsze 7 kilometrów to skały wulkaniczne i osadowe: tufy, bazalty, brekcje, piaskowce, dolomity. Głębiej leżał tzw. Odcinek Conrada, po którym gwałtownie wzrosła prędkość fal sejsmicznych w skałach, co interpretowano jako granicę między granitami a bazaltami. Ten odcinek minął dawno temu, ale bazalty dolnej warstwy skorupy ziemskiej nigdzie się nie pojawiły. Wręcz przeciwnie, zaczęły się granity i gnejsy.
Odcinek Kola dobrze obalił dwuwarstwowy model skorupy ziemskiej i wykazał, że sekcje sejsmiczne w trzewiach nie są granicami warstw skał o różnym składzie. Wskazują raczej na zmianę właściwości kamienia wraz z głębokością. Pod wpływem wysokiego ciśnienia i temperatury właściwości skał najwyraźniej mogą się radykalnie zmienić, tak że granity pod względem właściwości fizycznych stają się podobne do bazaltów i odwrotnie. Jednak „bazalt” wyniesiony na powierzchnię z 12-kilometrowej głębokości natychmiast stał się granitem, chociaż po drodze doświadczył ostrego ataku „choroby kesonowej” - rdzeń rozpadł się i rozpadł na płaskie płytki. Im dalej poszedł odwiert, tym gorszej jakości próbki wpadały w ręce naukowców.
Głębia zawierała wiele niespodzianek. Kiedyś naturalne było myślenie, że wraz ze wzrostem odległości od powierzchni ziemi, wraz ze wzrostem ciśnienia, skały stają się bardziej monolityczne, z niewielką liczbą pęknięć i porów. SG-3 przekonał naukowców, że jest inaczej. Począwszy od 9 kilometrów, warstwy okazały się bardzo porowate i dosłownie wypełnione pęknięciami, przez które przepływały wodne roztwory. Później fakt ten został potwierdzony przez inne supergłębokie studnie na kontynentach. Okazało się, że na głębokości jest znacznie cieplej niż oczekiwano: aż o 80 °! Na znaku 7 km temperatura dennego otworu wynosiła 120 ° С, na 12 km osiągnęła już 230 ° С. W próbkach studni Kola naukowcy odkryli mineralizację złota. W starożytnych skałach na głębokości 9,5-10,5 km znaleziono inkluzje metali szlachetnych. Jednak stężenie złota było zbyt niskie, aby zadeklarować depozyt - średnio 37,7 mg na tonę skały,ale wystarczająco, aby można było się tego spodziewać w innych podobnych miejscach.
Ciepło rodzimej planety
Wysokie temperatury napotykane przez wiertaczy pod ziemią skłoniły naukowców do wykorzystania tego prawie niewyczerpanego źródła energii. Na przykład w młodych górach (takich jak Kaukaz, Alpy, Pamir) na głębokości 4 kilometrów temperatura podłoża osiągnie 200 ° C. Ta naturalna bateria może pracować dla Ciebie. Konieczne jest wywiercenie obok siebie dwóch głębokich studni i połączenie ich poziomymi sztolniami. Następnie wpompuj wodę do jednej studni, az drugiej wydobądź gorącą parę, która posłuży do ogrzania miasta lub pozyskania innego rodzaju energii. Poważny problem dla takich przedsiębiorstw mogą stanowić żrące gazy i płyny, które są powszechne w regionach aktywnych sejsmicznie. W 1988 roku Amerykanie musieli dokończyć wiercenie studni na szelfie Zatoki Meksykańskiej u wybrzeży Alabamy, sięgającej głębokości 7 399 m. Przyczyną tego była temperatura podłoża,osiągając 232 ° С, bardzo wysokie ciśnienie i emisję kwaśnych gazów. Na obszarach, na których występują złoża gorących wód podziemnych, można je wydobywać bezpośrednio ze studni z dość głębokich poziomów. Takie projekty są odpowiednie dla regionów Kaukazu, Pamiru i Dalekiego Wschodu. Jednak wysoki koszt prac ogranicza głębokość wydobycia do czterech kilometrów.
Na rosyjskim szlaku
Demonstracja studni Kola w 1984 roku wywarła głębokie wrażenie na społeczności światowej. Wiele krajów zaczęło przygotowywać naukowe projekty wiertnicze na kontynentach. Taki program został również zatwierdzony w Niemczech pod koniec lat osiemdziesiątych. Ultragłęboki odwiert KTB Hauptborung był wiercony w latach 1990-1994, zgodnie z planem miał osiągnąć głębokość 12 km, ale ze względu na nieprzewidywalnie wysokie temperatury można było dostać się tylko do znaku 9,1 km. Ze względu na otwartość danych dotyczących wierceń i prac naukowych, dobrą technologię i dokumentację, ultra głęboki odwiert KTV pozostaje jednym z najbardziej znanych na świecie.
Lokalizację tego otworu wybrano w południowo-wschodniej Bawarii, na pozostałościach starożytnego pasma górskiego, którego wiek szacuje się na 300 milionów lat. Geolodzy uważali, że gdzieś tutaj jest strefa styku dwóch płyt, które niegdyś były brzegami oceanu. Według naukowców z czasem górna część gór uległa zniszczeniu, odsłaniając pozostałości starożytnej skorupy oceanicznej. Jeszcze głębiej, dziesięć kilometrów od powierzchni, geofizycy odkryli duże ciało o nienormalnie wysokim przewodnictwie elektrycznym. Mieli także nadzieję wyjaśnić jego naturę za pomocą studni. Ale głównym zadaniem było osiągnięcie głębokości 10 km w celu zdobycia doświadczenia w ultra głębokim wierceniu. Po przestudiowaniu materiałów zastosowanych w Kola SG-3 niemieccy wiertnicy zdecydowali się najpierw wywiercić próbny odwiert o głębokości 4 km, aby uzyskać dokładniejszy obraz warunków pracy w podłożu, przetestować technikę i pobrać rdzeń. Pod koniec prac pilotażowych wiele sprzętu wiertniczego i naukowego musiało zostać zmienione i coś trzeba było odtworzyć.
Główny - superdeep - well KTV Hauptborung został położony zaledwie dwieście metrów od pierwszego. Do prac wzniesiono 83-metrową wieżę oraz najpotężniejszą w tym czasie wiertnicę o udźwigu 800 ton. Wiele operacji wiertniczych zostało zautomatyzowanych, głównie mechanizm opuszczania i wyciągania rury. Samosterujący system wiercenia pionowego umożliwił wykonanie niemal pionowego otworu. Teoretycznie przy takim sprzęcie można było wiercić na głębokość 12 kilometrów. Jednak rzeczywistość, jak zawsze, okazała się bardziej skomplikowana, a plany naukowców się nie spełniły.
Problemy w odwiercie KTV zaczęły się po głębokości 7 km, powtarzając wiele z losów Kola Superdeep. Początkowo uważa się, że z powodu wysokiej temperatury zepsuł się system wiercenia pionowego, a otwór poszedł ukośnie. Pod koniec pracy przodek odchylił się od pionu o 300 m. Następnie zaczęły się bardziej skomplikowane wypadki - przerwa w przewodzie wiertniczym. Podobnie jak na Koli, nowe szyby trzeba było wiercić. Pewne utrudnienia spowodowało zwężenie studni - u góry jego średnica wynosiła 71 cm, na dole - 16,5 cm, niekończące się wypadki i wysoka temperatura denna odwiertu –270 ° С zmusiły wiertaczy do zaprzestania prac niedaleko cenionego celu.
Nie można powiedzieć, że wyniki naukowe KTV Hauptborung uderzyły w wyobraźnię naukowców. W głębi osadzały się głównie amfibolity i gnejsy - starożytne skały metamorficzne. Nigdzie nie znaleziono strefy zbieżności oceanu i pozostałości skorupy oceanicznej. Być może są w innym miejscu, tutaj jest mały krystaliczny masyw, wywrócony na wysokość 10 km. Kilometr od powierzchni odkryto złoże grafitu.
W 1996 r. Odwiert KTV, który kosztował niemiecki budżet 338 mln dolarów, został objęty patronatem Centrum Naukowego Geologii w Poczdamie, został przekształcony w laboratorium do obserwacji głębokiego podłoża i cel turystyczny.
Dlaczego księżyc nie jest wykonany z żeliwa?
„Bo zabrakłoby żeliwa na Księżyc” - zapewne tak mogliby odpowiedzieć swoim zwolennikom przeciwnikom hipotezy, zgodnie z którą księżyc oderwał się od Ziemi. Ta hipoteza nie powstała jednak od zera, a naukowcy rozważają kilka obszarów Ziemi, z których można by wybić fragment planety wielkości Księżyca. Kola dobrze zaproponowała swoją własną wersję. W latach siedemdziesiątych radzieckie stacje dostarczyły na Ziemię kilkaset gramów księżycowej gleby. Substancja została udostępniona przez wiodące ośrodki naukowe w kraju w celu przeprowadzenia niezależnych analiz. Centrum Naukowe Kola również otrzymało małą próbkę. Na ciekawostkę przyszli naukowcy z całego regionu, w tym pracownicy studni, która później stała się najgłębszą na świecie. To żart? Dotknij nieziemskiego pyłu, spójrz na niego przez mikroskop. Później eksperci zbadali glebę księżycową i opublikowali monografię na ten temat. W tym czasie studnia w Zapolyarnoje osiągnęła przyzwoitą głębokość, szczegółowo opisano skały wydobyte z odwiertu. I co? Próbki gleby księżycowej, na które niegdyś patrzyli wiertacze z niepokojem, okazały się diabazami jeden do jednego ze studni z głębokości 3 km. Natychmiast pojawiła się hipoteza, że Księżyc nie oderwał się inaczej niż od Półwyspu Kolskiego około 1,5 miliarda lat temu - to wiek diabazów. Chociaż mimowolnie powstało pytanie - jaki był wtedy rozmiar tego półwyspu?.. Natychmiast pojawiła się hipoteza, że Księżyc nie oderwał się inaczej niż od Półwyspu Kolskiego około 1,5 miliarda lat temu - to wiek diabazów. Chociaż mimowolnie powstało pytanie - jaki był wtedy rozmiar tego półwyspu?.. Natychmiast pojawiła się hipoteza, że Księżyc nie oderwał się inaczej niż od Półwyspu Kolskiego około 1,5 miliarda lat temu - to wiek diabazów. Chociaż mimowolnie powstało pytanie - jaki był wtedy rozmiar tego półwyspu?..
Wiercić czy nie wiercić?
Rekord studni Kola jest nadal niedościgniony, chociaż 14, a nawet 15 km w głąb Ziemi z pewnością można pokonać. Jednak taki pojedynczy wysiłek raczej nie dostarczy całkowicie nowej wiedzy na temat skorupy ziemskiej, podczas gdy bardzo głębokie wiercenie jest bardzo kosztowne. Czasy, w których za jego pomocą testowano różne hipotezy, dawno minęły. Odwierty głębsze niż 6-7 km prawie przestały być wiercone do celów czysto naukowych. Na przykład w Rosji istnieją tylko dwa takie obiekty - studnia Ural SG-4 i studnia En-Yakhinskaya na Syberii Zachodniej. Prowadzone są przez państwowe przedsiębiorstwo Nedra Centrum Naukowo-Produkcyjne z siedzibą w Jarosławiu. Na świecie jest tak wiele bardzo głębokich i głębokich studni, że naukowcy nie mają czasu na analizę informacji. W ostatnich latach geolodzy starali się badać i uogólniać fakty uzyskane z dużych głębokości. Nauczywszy się wiercić na duże głębokości,ludzie chcą teraz lepiej opanować dostępny im horyzont, skoncentrować swoje wysiłki na zadaniach praktycznych, które będą teraz przydatne. Tak więc w Rosji, po zakończeniu naukowego programu wierceń, po wykonaniu wszystkich 12 planowanych odwiertów supergłębokich, pracują obecnie nad systemem dla całego kraju, w którym dane geofizyczne uzyskane w wyniku „skanowania” podłoża za pomocą fal sejsmicznych zostaną powiązane z informacjami uzyskanymi podczas wiercenia supergłębokiego. Bez odwiertów sekcje skorupy zbudowane przez geofizyków są tylko modelami. Aby określone skały pojawiły się na tych diagramach, potrzebne są dane wiertnicze. Wtedy geofizycy, których praca jest znacznie tańsza niż wiercenie i pokrywają duży obszar, będą mogli znacznie dokładniej przewidywać złoża minerałów.skoncentrować wysiłki na praktycznych zadaniach, które przyniosą korzyści teraz. Tak więc w Rosji, po zakończeniu naukowego programu wierceń, po wykonaniu wszystkich 12 planowanych odwiertów supergłębokich, obecnie pracują nad systemem dla całego kraju, w którym dane geofizyczne uzyskane przez „skanowanie” podłoża falami sejsmicznymi zostaną powiązane z informacjami uzyskanymi przez wiercenia supergłębokie. Bez odwiertów sekcje skorupy zbudowane przez geofizyków są tylko modelami. Aby określone skały pojawiły się na tych diagramach, potrzebne są dane wiertnicze. Wtedy geofizycy, których praca jest znacznie tańsza niż wiercenie i pokrywają duży obszar, będą w stanie znacznie dokładniej przewidzieć złoża minerałów.skoncentrować wysiłki na praktycznych zadaniach, które przyniosą korzyści teraz. Tak więc w Rosji, po zakończeniu naukowego programu wierceń, po wykonaniu wszystkich 12 planowanych odwiertów supergłębokich, pracują obecnie nad systemem dla całego kraju, w którym dane geofizyczne uzyskane przez „skanowanie” podłoża falami sejsmicznymi zostaną powiązane z informacjami uzyskanymi podczas wiercenia supergłębokiego. Bez odwiertów sekcje skorupy zbudowane przez geofizyków są tylko modelami. Aby określone skały pojawiły się na tych diagramach, potrzebne są dane wiertnicze. Wtedy geofizycy, których praca jest znacznie tańsza niż wiercenie i pokrywają duży obszar, będą w stanie znacznie dokładniej przewidzieć złoża minerałów. Po wykonaniu wszystkich 12 planowanych ultra-głębokich odwiertów pracują obecnie nad systemem dla całego stanu, w którym dane geofizyczne uzyskane w wyniku „skanowania” podłoża za pomocą fal sejsmicznych zostaną powiązane z informacjami uzyskanymi w wyniku ultra głębokiego wiercenia. Bez odwiertów sekcje skorupy zbudowane przez geofizyków są tylko modelami. Aby określone skały pojawiły się na tych diagramach, potrzebne są dane wiertnicze. Wtedy geofizycy, których praca jest znacznie tańsza niż wiercenie i pokrywają duży obszar, będą mogli znacznie dokładniej przewidywać złoża minerałów. Po wykonaniu wszystkich 12 planowanych ultra-głębokich odwiertów pracują obecnie nad systemem dla całego stanu, w którym dane geofizyczne uzyskane w wyniku „skanowania” podłoża za pomocą fal sejsmicznych zostaną powiązane z informacjami uzyskanymi w wyniku ultra głębokiego wiercenia. Bez otworów wiertniczych przekroje skorupy geofizycznej są tylko modelami. Aby określone skały pojawiły się na tych diagramach, potrzebne są dane wiertnicze. Wtedy geofizycy, których praca jest znacznie tańsza niż wiercenie i pokrywają duży obszar, będą w stanie znacznie dokładniej przewidzieć złoża minerałów.zbudowane przez geofizyków to tylko modele. Aby określone skały pojawiły się na tych diagramach, potrzebne są dane wiertnicze. Wtedy geofizycy, których praca jest znacznie tańsza niż wiercenie i pokrywają duży obszar, będą w stanie znacznie dokładniej przewidzieć złoża minerałów.zbudowane przez geofizyków to tylko modele. Aby określone skały pojawiły się na tych diagramach, potrzebne są dane wiertnicze. Wtedy geofizycy, których praca jest znacznie tańsza niż wiercenie i pokrywają duży obszar, będą w stanie znacznie dokładniej przewidzieć złoża minerałów.
W Stanach Zjednoczonych nadal angażują się w program głębokich wierceń dna oceanu i prowadzą kilka ciekawych projektów w strefach aktywności wulkanicznej i tektonicznej skorupy ziemskiej. Na przykład na wyspach hawajskich naukowcy mieli nadzieję zbadać podziemne życie wulkanu i zbliżyć się do języka płaszcza - pióropusza, z którego przypuszczalnie powstały te wyspy. Studnię u stóp wulkanu Mauna Kea planowano wywiercić na głębokość 4,5 km, ale ze względu na ekstremalne temperatury udało się opanować tylko 3 km. Kolejnym projektem jest Głębokie Obserwatorium Uskokowe San Andreas. Wiercenie studni przez ten największy uskok na kontynencie północnoamerykańskim rozpoczęło się w czerwcu 2004 roku i objęło 2 z planowanych 3 kilometrów. W głębokim laboratorium zamierzają zbadać pochodzenie trzęsień ziemi, co być może pozwoli lepiej zrozumieć naturę tych klęsk żywiołowych i dokonać ich prognoz.
Pomimo tego, że obecne programy bardzo głębokich wierceń nie są już tak ambitne jak wcześniej, mają one przed sobą wspaniałą przyszłość. Niedługo nadejdzie przełom wielkich głębin - będą poszukiwać i odkrywać nowe złoża minerałów. Już teraz produkcja ropy i gazu w Stanach Zjednoczonych z głębokości 6-7 km staje się powszechna. W przyszłości Rosja także będzie musiała wypompowywać węglowodory z takich poziomów. Jak pokazuje super głęboka studnia Tiumeń, 7 kilometrów od powierzchni znajdują się warstwy osadowe obiecujące złoża gazu.
Nie bez powodu ultragłębokie wiercenie porównuje się do eksploracji kosmosu. Takie programy w skali globalnej, pochłaniające wszystko, co w tej chwili ludzkość, dają impuls do rozwoju wielu gałęzi przemysłu, technologii i ostatecznie otwierają drogę do nowego przełomu w nauce.
Diabelskie machinacje
Kiedyś Kola Superdeep był w centrum globalnego skandalu. Pewnego pięknego poranka 1989 roku dyrektor studni, David Guberman, odebrał telefon od redaktora naczelnego gazety regionalnej, sekretarza komitetu regionalnego i wielu innych osób. Każdy chciał wiedzieć o diable, którego wiertacze rzekomo wydobywali z głębin, o czym donoszą niektóre gazety i stacje radiowe na całym świecie. Reżyser był zaskoczony i - z czego! „Naukowcy odkryli piekło”, „Szatan uciekł z piekła”, czytają nagłówki. Jak donosi prasa, geolodzy pracujący bardzo daleko na Syberii, a być może na Alasce czy nawet na Półwyspie Kolskim (dziennikarzy nie było zgody), wiercili na głębokości 14,4 km, gdy nagle wiertło zaczęło się luzować z boku na bok. A więc poniżej znajduje się duża dziura, pomyśleli naukowcy, najwyraźniej środek planety jest pusty. Czujniki zanurzone w głębinachpokazał temperaturę 2000 ° C, a superczułe mikrofony zabrzmiały … krzyki milionów cierpiących dusz. W rezultacie wiercenie zostało wstrzymane z obawy przed wypuszczeniem piekielnych sił na powierzchnię. Oczywiście sowieccy uczeni obalili tę dziennikarską „kaczkę”, ale echa tej starej historii wędrowały od gazety do gazety przez długi czas, zamieniając się w rodzaj folkloru. Kilka lat później, gdy zapomniano już o piekłach, pracownicy Kola Superdeep odwiedzili Australię z wykładami. Zostali zaproszeni na przyjęcie z gubernatorem Wiktorii, zalotną damą, która przywitała delegację rosyjską pytaniem: „A co, u diabła, stamtąd masz?”. Radzieccy uczeni obalili tę dziennikarską „kaczkę”, ale echa tamtej starej historii długo wędrowały z gazety do gazety, zamieniając się w rodzaj folkloru. Kilka lat później, gdy już zapomniano o piekle, pracownicy Kola Superdeep odwiedzili Australię z wykładami. Zostali zaproszeni na przyjęcie z gubernatorem Victorii, zalotną damą, która przywitała delegację rosyjską pytaniem: „A co, do diabła, stamtąd masz?”. Radzieccy uczeni obalili tę dziennikarską „kaczkę”, ale echa tamtej starej historii długo wędrowały z gazety do gazety, zamieniając się w rodzaj folkloru. Kilka lat później, gdy zapomniano już o piekle, pracownicy Kola Superdeep odwiedzili Australię z wykładami. Zostali zaproszeni na przyjęcie z gubernatorem Wiktorii, zalotną damą, która przywitała delegację rosyjską pytaniem: „A co, u diabła, stamtąd masz?”.- A co, do diabła, stamtąd wydostałeś?- A co, do diabła, masz stamtąd?
Najgłębsze studnie na świecie
1. Aralsor SG-1, Nizina Kaspijska, 1962-1971, głębokość - 6,8 km. Szukaj ropy i gazu.
2. Biikzhal SG-2, nizina kaspijska, 1962-1971, głębokość - 6,2 km. Szukaj ropy i gazu.
3. Kola SG-3, 1970-1994, głębokość - 12 262 m. Głębokość projektowa - 15 km.
4. Saatlinskaya, Azerbejdżan, 1977-1990, głębokość - 8 324 m. Głębokość projektowa - 11 km.
5. Kolvinskaya, Archangielsk region, 1961, głębokość - 7.057 m.
6. Muruntau SG-10, Uzbekistan, 1984, gł. -
3 km. Głębokość projektowa wynosi 7 km. Szukaj złota.
7. Timan-Peczora SG-5, północno-wschodnia Rosja, 1984-1993, głębokość - 6904 m, głębokość projektowa - 7 km.
8. Tiumeń SG-6, Zachodnia Syberia, 1987-1996, głębokość - 7502 m. Głębokość projektowa - 8 km. Szukaj ropy i gazu.
9. Novo-Elkhovskaya, Tatarstan, 1988, głębokość - 5881 m.
10. Studnia Vorotylovskaya, obwód Wołgi, 1989-1992, głębokość - 5 374 m. Poszukiwanie diamentów, badanie astroblemu Puchezh-Katunskaya.
11. Krivoy Rog SG-8, Ukraina, 1984-1993, głębokość - 5382 m. Głębokość projektowa - 12 km. Poszukaj żelazistych kwarcytów.
Ural SG-4, Środkowy Ural. Ustanowiony w 1985 roku. Głębokość projektowa - 15 000 m. Głębokość obecna - 6100 m. Poszukiwanie rud miedzi, badanie struktury Uralu. En-Yakhtinskaya SG-7, Zachodnia Syberia. Głębokość projektowa - 7500 m. Głębokość obecna - 6900 m. Poszukiwania ropy i gazu.
Studnie na ropę i gaz
wczesne lata 70
University, USA, głębokość - 8686 m.
Jednostka Bayden, USA, głębokość - 9159 m.
Bertha-Rogers, USA, głębokość - 9583 m.
80s
Zisterdorf, Austria, głębokość 8553 m.
Silyan Ring, Szwecja, głębokość - 6,8 km.
Bighorn, USA, Wyoming, głębokość - 7 583 m.
KTV Hauptbohrung, Niemcy, 1990-1994, głębokość -
9 100 m. Głębokość projektowa - 10 km. Wiercenie naukowe.
U kresu życia
U kresów życia Ekstremofilne bakterie znalezione w skałach wyniesionych z głębokości kilku kilometrów DOSSIER Jednym z najbardziej niesamowitych odkryć, jakich dokonali naukowcy podczas wiercenia, jest istnienie życia głęboko pod ziemią. I chociaż to życie jest reprezentowane tylko przez bakterie, jego granice sięgają niesamowitych głębin. Bakterie są wszechobecne. Opanowali podziemny świat, pozornie całkowicie nieodpowiedni do istnienia. Ogromne ciśnienie, wysokie temperatury, brak tlenu i przestrzeni życiowej - nic nie mogło stać się przeszkodą w rozprzestrzenianiu się życia. Według niektórych szacunków masa mikroorganizmów żyjących pod ziemią może przewyższać masę wszystkich żywych istot zamieszkujących powierzchnię naszej planety.
Na początku XX wieku amerykański naukowiec Edson Bustin odkrył bakterie w wodzie z poziomu roponośnego z głębokości kilkuset metrów. Żyjące tam mikroorganizmy nie potrzebowały tlenu i światła słonecznego, żywiły się organicznymi związkami ropy. Bastin zasugerował, że te bakterie żyły w izolacji od powierzchni przez 300 milionów lat - od czasu powstania pola naftowego. Ale jego śmiała hipoteza pozostała nieodebrana, po prostu w nią nie wierzyli. Wtedy wierzono, że życie jest tylko cienką warstwą na powierzchni planety.
Zainteresowanie głębokimi formami życia może być całkiem praktyczne. W latach 80. Departament Energii USA poszukiwał bezpiecznych metod unieszkodliwiania odpadów radioaktywnych. W tym celu miał wykorzystywać miny w nieprzeniknionych skałach, w których żyją bakterie żywiące się radionuklidami. W 1987 roku w Karolinie Południowej rozpoczęto głębokie wiercenie kilku odwiertów. Z głębokości pół kilometra naukowcy pobrali próbki, przestrzegając wszelkich możliwych środków ostrożności, aby nie wynieść bakterii i powietrza z powierzchni Ziemi. Próbki badało kilka niezależnych laboratoriów, ich wyniki były pozytywne: tak zwane bakterie beztlenowe żyły w głębokich warstwach, które nie potrzebowały tlenu.
Bakterie znaleziono także w skałach kopalni złota w RPA na głębokości 2,8 km, gdzie temperatura wynosiła 60 ° C. Żyją również głęboko pod oceanami w temperaturach powyżej 100 °. Jak pokazał odwiert Kola Superdeep, mikroorganizmy mogą żyć nawet na głębokości ponad 12 km, ponieważ skały okazały się raczej porowate, nasycone roztworami wodnymi, a tam, gdzie jest woda, życie jest możliwe.
Mikrobiolodzy znaleźli również kolonie bakterii w bardzo głębokim otworze, który otworzył krater Silyan Ring w Szwecji. Ciekawe, że mikroorganizmy żyły w starożytnych granitach. Chociaż były one bardzo gęste, pod wpływem skał pod wysokim ciśnieniem, woda gruntowa krążyła w nich przez system mikroporów i pęknięć. Prawdziwą sensacją stała się warstwa skał na głębokości 5,5-6,7 km. Został nasycony pastą olejową z kryształkami magnetytu. Jedno z możliwych wyjaśnień tego zjawiska podał amerykański geolog Thomas Gold, autor książki „The Deep Hot Biosphere”. Gold zasugerował, że pasta magnetytowo-olejowa jest niczym innym jak produktem odpadowym bakterii, które żywią się metanem pochodzącym z płaszcza.
Badania pokazują, że bakterie są zadowolone z prawdziwie spartańskich warunków. Granice ich wytrzymałości pozostają tajemnicą, ale wydaje się, że dolną granicę siedliska bakterii wciąż wyznacza temperatura wnętrza. Mogą rozmnażać się w temperaturze 110 ° C i wytrzymywać temperatury 140 ° C, choć przez krótki czas. Jeśli przyjmiemy, że temperatura na kontynentach rośnie o 20-25 ° z każdym kilometrem, to żyjące zbiorowiska można spotkać na głębokości 4 km. Pod dnem oceanu temperatura nie rośnie tak szybko, a dolna granica życia może znajdować się na głębokości 7 km.
Oznacza to, że życie ma ogromny margines bezpieczeństwa. W konsekwencji biosfera Ziemi nie może zostać całkowicie zniszczona nawet w przypadku najpoważniejszych kataklizmów i prawdopodobnie na planetach bez atmosfery i hydrosfery mikroorganizmy mogą również występować w jelitach.