Меню

Бурение до мантии земли

Путешествие к центру Земли: о чём расскажет глубочайшая подводная скважина

Сила, сдвигающая континенты

Земное нутро ближе, чем космические дали: примерно под таким девизом работают исследователи над проектом бурения земной коры до верхнего слоя мантии, которая занимает около 80% объёма планеты и весит чуть меньше 70% массы Земли. Пока всё, что было доступно учёным, — это небольшие фрагменты породы, которые случайно вынесло на поверхность, лава, остающаяся после извержения вулканов, и наблюдение за распространением сейсмических волн сквозь толщу Земли.

Протекающие в мантии процессы непосредственно влияют на поверхность планеты. Движение континентов и образование горных хребтов объясняются активностью мантии. Кроме того, под земной корой рождаются землетрясения и цунами, которые угрожают, в частности, Японии, являющейся инициатором проекта. Исследователи считают, что изучение мантии не только станет дорогой научной инициативой, но и принесёт практический результат.

«В Японии есть вулканы, происходят землетрясения и другие природные катастрофы. Хочется создать устройства для слежения за этими происшествиями и для их анализа. Но мы даже не знаем, какие учитывать факторы», — поясняет участник проекта из Японского агентства науки и технологии по изучению морского дна (JAMSTEC) Нацуэ Абе.

Для эффективных прогнозов таких скважин нужно несколько, пока же нет ни одной.

Увидеть мантию своими глазами

Начало инициативе было положено ещё в 2003 году, а осенью 2017 года исследователи из Азии, Европы, Северной Америки и Австралии дадут старт новой стадии проекта по бурению скважины в земной коре в рамках международной программы по исследованию океана IODP. В её рамках исследователи изучат наиболее перспективное, по предварительным оценкам, место: дно Тихого океана неподалёку от Гавайских островов. Есть и две запасные локации. Одна из них находится у побережья Мексики, вторая — недалеко от Коста-Рики.

Несмотря на наибольшую из трёх вариантов глубину — толща океана в выбранном месте у Гавайских островов составляет 4 км, — бурить тут придётся меньше. Толщина земной коры варьируется от 30 до 60 км на суше и от 4 до 7 км в океане. Исследователям придётся пробурить чуть меньше 6 км коры, после чего скважина, предположительно, углубится ещё примерно на километр в мантию.

Чтобы поднять из недр необходимые образцы, учёные придумали хитрый способ. В скважину будут заливать воду и под её давлением на поверхность, как ожидается, выбьет вещество, которое заполняет пространство между ядром и поверхностью Земли.

До глубинных слоёв мантии добраться, очевидно, не получится. Исследователи углубятся примерно до уровня так называемой границы Мохоровичича. Это открытый в 1909 году хорватским геологом Андреем Мохоровичичем условный слой, в котором меняется скорость распространения сейсмических волн, что может говорить об изменении химического состава и физических свойств вещества.

Кроме того, в процессе бурения исследователи смогут узнать, насколько глубоко в поверхности планеты существует жизнь.

Ещё одна попытка

К слову, геологи одновременно разочарованно (от нехватки необходимых знаний) и восхищённо (поскольку планета не перестаёт удивлять учёных) рассказывают: с каждым новым исследованием приходит понимание, что строение даже верхнего слоя Земли сложнее, чем казалось ранее. Чем глубже уходят новые скважины, тем больше новых подробностей о земной коре и её истории выясняют учёные.

Так, масштабный российский проект по бурению — Кольская сверхглубокая скважина — преподносил сюрпризы один за другим.

Место для научного исследования глубин выбрали, поскольку в этом месте граница Мохоровичича находится близко к поверхности, однако добраться до неё так и не получилось. На глубине более 12 км работы свернули по техническим причинам.

Однако за время бурения в 1970—1990 годах учёные узнали, что по мере погружения вглубь Земли температура растёт быстрее, чем предсказывали теоретические расчёты. К тому же было обнаружено, что в твёрдой породе на неожиданной глубине залегает руда относительно невысокой плотности: пробурив 2 километра, геологи обнаружили залежи медно-никелевых руд. Зато базальта — вулканической породы, которую ожидали извлечь с глубины около 5 км в соответствии с анализом сейсмических волн, — найти так и не удалось.

Другое научное исследование по изучению мантии (оно проходило в 1960-х годах и там речь шла уже о подводном бурении) тоже успехом не завершилось. Тогда за 5 лет бурения у острова Гуадалупе в рамках американского проекта «Мохол» (1961—1966) удалось пробурить скважину глубиной чуть больше 180 метров. Ожидаемых результатов «Мохол» не принёс, и конгресс США решил не продолжать финансирование проекта, на который уже было потрачено $50 млн.

Нынешний проект на первый взгляд обещает быть более успешным. Первые пробы подводного бурения на большую глубину и предварительные исследования проводят при помощи двух судов: японского «Тикю» и американского JOIDES Resolution. Корабль «Тикю» уже продемонстрировал свои возможности: в 2012 году учёные пробурили скважину и извлекли образцы пород с глубины более 2 километров.

Читайте также:  Карта про нашу планету земля

Глубина, которую можно достичь при помощи JOIDES Resolution, также впечатляет, несмотря на то что корабль используется на относительном мелководье. В ходе испытаний JOIDES Resolution, которые начались в конце зимы 2017 года в Южно-Китайском море, планируется пробурить четыре скважины глубиной от 882 до 1670 метров на глубине от 2,8 до почти 4 километров.

Тем не менее в 2018 году, как изначально надеялись участники проекта, бурение начать уже не удастся. Техника до сих пор требует доработки. В ходе предстоящих работ на Гавайских островах исследователи будут уточнять толщину коры и другие данные о регионе, чтобы уменьшить риск неудачи и понять, чего не хватает имеющейся аппаратуре. По словам Абэ, активная фаза проекта — бурение скважины — начнётся не позже 2030 года.

Источник

Ужасы из «ада» или реальная история Кольской сверхглубокой скважины!

Кольская сверхглубокая скважина смогла достичь отметки в 12 261 метр. Бурение началось в 1970-ом году, а завершили его только в 91-ом. Скважина находится в Мурманской области, в 10 километрах к западу от города Заполярный. Эксперимент на таких глубинах был первым в мире, поэтому все его результаты имели редчайшую ценность для исследователей. Так, во время работ учёные выяснили, что примерно до глубины семи километров Земля однородная, состоящая из прочного грунта. После этой глубины буровая головка вошла в слоистые породы. При прохождении через них ствол скважины осыпался и работы приходилось смещать в сторону на несколько метров. Именно поэтому структура скважины получила облик кроны дерева со множеством ответвлений. Что интересно, на глубине двенадцати километров датчики фиксировали температуру около 220 °C.

Но бОльшую известность исследования на Кольском полуострове получили из-за за легенд, собравшихся вокруг самой глубокой скважины в мире. СМИ того времени слабо понимали, что творилось за ширмой СССР, а столь глубинные исследования перерастали в набор легенд и страшилок. Так, согласно самой известной из них на глубине 12000 метров, микрофоны учёных якобы записали крики и стоны. Бульварные газеты сразу же запестрели заголовками о «гласе из преисподней», а саму скважину стали называть “колодцем в ад”. Апогея эта страшилка достигла в тот момент, когда пошли слухи, что как только пробурили глубину в тринадцать километров распался СССР. Конечно же, всё это лишь сказки. потому что даже таких микрофонов просто не существовало в те времена. А учёные и вовсе не записывали никаких звуков, а лишь измеряли волновую картину отраженных упругих колебаний.

Впрочем, во время этого бурения без мистики всё же не обошлось. В 95-ом году без какой-либо на то причины в глубине скважины произошел взрыв. Руководитель работ академик Губерман на вопросы об инциденте сказал следующее: “Когда меня расспрашивают об этой загадочной истории, я не знаю, что ответить. С одной стороны, рассказы про „демона“ — чушь собачья. С другой стороны, как честный учёный, я не могу сказать, что знаю, что же именно у нас произошло. Действительно был зафиксирован очень странный шум, потом был взрыв… Спустя несколько дней ничего подобного на той же глубине не обнаружилось”.

Конечно, в настоящее время Кольская скважина уже давно не самая глубокая в мире. Однако, достичь мантии учёным за все годы так и не вышло. Наверняка, настоящий прорыв в этой области еще впереди. В настоящий момент уже два года Японское агентство науки и технологий по изучению морских недр планирует запустить грандиозные работы по бурению вплоть до мантии. Азиатские учёные хотят изучить этот слой Земли для прогнозирования сейсмоактивности и предотвращения разрушительных последствий землетрясений. Таким образом рекорды постсоветского пространства перестанут быть чем-то уникальным. А как вы считаете, что на самом деле произошло во время бурения на Кольской сверхглубокой? Это была мистика или обычное нарушение техники безопасности? Обязательно напишите в комментариях!

Источник

Зачем русские учёные бурили скважину к центру Земли, и чем всё это закончилось

Полвека назад, в мае 1970 года на Кольском полуострове приступили к бурению Кольской сверхглубокой скважины. По сей день она остаётся самой глубокой в мире — 12 261 метров. Открытия, сделанные на ней, принесли человечеству не только массу новых знаний об устройстве литосферы, но и целый ряд загадок, до сих пор остающихся неразрешёнными.

Точка отсчёта

Бурение исторической сверхглубокой скважины стартовало 24 мая 1970 года на севере Кольского полуострова, приблизительно в 100 км от Мурманска недалеко от озера Вильгискоддеоайвинъярви. Этому событию предшествовали годы подготовки и обоснования правительству страны целого ряда исследований с интригующими задачами. На «Кольской сверхглубокой» не пытались искать золото, нефть или иные полезные ископаемые — решать планировалось исключительно научные задачи. Совершенно неординарный коллектив учёных и инженеров начал работу на проекте с кодовым названием СГ-3, который оставался закрытым на протяжении 14 лет.

Для справки
То, что земной шар устроен как многослойная сфера — горячее ядро, мантия, земная кора, — каждый из нас помнит из школьных уроков географии. Строение земной коры долгое время представлялось учёным похожим на слоеный пирог — над глубоко лежащими древними породами лежат более молодые. Теоретическая модель основана на геофизических исследованиях; было установлено, что сейсмограмма неглубоких землетрясений имеет два и более акустических сигналов: прямой и преломлённый. Сейсмические волны, проходя через неведомую границу, увеличивали свою скорость. Было сделано предположение, что под слоем осадочных пород, составляющим земную поверхность, лежит слой гранитов, а под гранитами — более древние базальтовые породы. Проходя через границу древних слоёв, сейсмические волны меняют скорость. Условная граница, на которой происходило скачкообразное увеличение скорости прохождения сейсмических волн примерно с 6 до 6,5 км/с, названа геологами «поверхность Конрада», а рубеж, где эта скорость возрастает с 6,7 до 8,2 км/с, называется «граница Мохоровичича» — в честь двух учёных, описавших эти явления. «Поверхность Конрада» считается границей между гранитами и базальтами, а «граница Мохоровичича» считается нижним уровнем земной коры, отделяющим её от мантии. Теоретические выкладки требовали проверки, а ответы на эти вопросы о строении и составе внешней оболочки Земли и верхней мантии могло дать только непосредственное исследование — проникновение в недра земной коры на рекордные глубины.

Заокеанский вызов

60-е и 70-е годы ХХ века были временем бурного развития мировой науки. Соревнование двух великих держав — СССР и США — происходило не только в космосе. Загадки строения земных недр привлекали учёных не меньше, чем космические исследования. О том, что они намерены пройти глубокими скважинами земную кору насквозь и достичь «границы Мохоровичича», американцы заявляли ещё в конце 50-х. В 1961 году у острова Гваделупа в Карибском море, американские геологи пробурили пять скважин, самая глубокая из которых вошла в дно на 183 метра. Результаты этого эксперимента ничего не объяснили, а новые проекты сверхглубокого бурения Конгресс США посчитал слишком дорогими.

Читайте также:  В какую землю посадить фиалки

Советский Союз не мог не отозваться на вызов заокеанских исследователей. В 1962 году Никита Хрущёв, которому ни за что не хотелось отстать от США, утвердил программу изучения недр путём сверхглубокого бурения, подготовленную ведущими геологическими институтами. Советские специалисты отказались от идеи шельфового бурения в пользу скважин на материке.

Доктор геолого-минералогических наук, профессор, член Русского географического общества Юрий Кузнецов долгое время работал на Кольской сверхглубокой скважине. Он вспоминает, что при организации всей работы ставилась особая задача — ни одного зарубежного прибора. Все — от буровой установки до электронных систем управления должно было быть разработано в СССР. Теоретическую базу проекта создавали лучшие геофизики и геохимики страны, подготовившие примерный разрез недр Кольского полуострова. Немалую роль в выборе места для проекта сыграли и геологические исследования экспедиций, проводившихся на Кольском полуострове учёными, работавшими по проектам, которые активно поддерживало Географическое общество СССР.

«В том, что этот проект состоялся — огромная заслуга целого ряда учёных, в первую очередь нашего выдающегося геолога академика Николая Лавёрова, — рассказывает доктор геолого-минералогических наук, профессор Юрий Кузнецов. — Место для скважины было выбрано неслучайно, именно там на поверхность выходят древнейшие породы Балтийского щита, возраст которых около 3 млрд лет. Кроме того, член-корреспондент АН СССР Николай Хитаров показал, что именно на Кольском можно ожидать того, что «граница Конрада» подходит очень близко к поверхности — около 7 километров».

Небывалая научная задача

В закрытом научном эксперименте участвовал целый ряд союзных и республиканских министерств, научно-исследовательских и проектных институтов, заводов. Инженерам пришлось решать действительно небывалые задачи — ведь по представлениям учёных на глубине 10 км можно было ожидать температуры около 300°С, высокого давления, внезапных газовых выбросов. Стальная буровая колонна не годилась — она разрушилась бы под собственным весом в 200 тонн, поэтому она была специально разработана и изготовлена из лёгкого сплава алюминия. Задача, которая в итоге ставилась перед проектом, — достичь глубины в 15 км.

«Не только научные результаты проекта, но и инженерные разработки «Кольской сверхглубокой» были уникальными, — вспоминает Юрий Кузнецов. — У же одно то, что для задач исследователей было необходимо вести бурение «открытым стволом» — без обсадных колонн, помогающих предотвратить осыпание породы в шахте. И это уже само по себе — настоящий рекорд. Отклонение от вертикали на такую колоссальную глубину в итоге составило у нас всего 6 градусов. Такого не удалось достичь пока никому из наших последователей».

Читайте также:  Новейшие методы изучения земли

Проходка до глубины 7263 м заняла 4 года. До этой глубины проходка шла через прочные однородные породы. И вот первое открытие — на глубине 7 км той самой «границы Конрада» между гранитами и базальтами найдено не было. Теоретическая модель строения земной коры не выдержала проверки столь масштабным экспериментом. Он принёс новые удивительные откровения — граниты на этой большой глубине оказались необычными — хрупкие, трещиноватые, насыщенные газом, и что самое удивительное — водой. Учёные столкнулись с тем, что вынутый из ствола кусок керна при подъёме на поверхность испытывал «кессонную болезнь» — разрушался под действием выходящего из породы газа.

«Мы вскрыли «границу Конрада», которую раньше моделировали гранитом и базальтом. Ни того, ни другого мы не обнаружили, а обнаружили изменение физических свойств горных пород, — рассказывает Юрий Кузнецов. — Мы назвали эту границу тектонофизической. Вода на этой глубине — это просто поразительное открытие. При такой температуре и давлении именно она меняет структуру и свойства горных пород».

После 7 км глубины бурение сильно осложнилось: бур заклинивало породой, буровая головка обрывалась при попытке подъёма, часть буровой колонны при этом навсегда оставалась под землёй. С отметок в 7 и 9 километров скважину несколько раз начинали проходить заново. Но 6 июня 1979 года скважина побила рекорд в 9583 метра, ранее принадлежавший нефтяной скважине Берта-Роджерс в Оклахоме.

Открытия и загадки

В то время на Кольской сверхглубокой скважине работало 16 исследовательских лабораторий, их курировал лично министр геологии СССР. Открытия учёных не ограничились опровержением базовой теории «слоеного пирога». На глубине 9,5 км было обнаружено промышленное содержание ряда металлов, в том числе золота. Ранее считалось, что эти месторождения не могут иметь глубину более 4-5 км.

Исследования на СГ-3 принесли удивительные открытия и в теории развития земной жизни. На глубине, где учёные даже не подозревали содержания органики, обнаружили 14 видов окаменевших микроорганизмов, а возраст глубинных слоёв превышал 2,8 миллиарда лет. Получается, что жизнь на планете Земля возникла на 1,5 миллиарда лет раньше, чем предполагалось. Другая загадка — метан, обнаруженный значительно глубже слоёв осадочных пород. Этот факт ставит под сомнение теорию биологического происхождения углеводородов.

Ещё одно удивительное откровение произошло, когда в Кольском научном центре исследовали образцы лунного грунта. Оказалось, что по химическому составу он практически идентичен породам, извлечённым из скважины с глубины около 3 км. Теория «земного» происхождения Луны обрела ещё одно подтверждение.

Секретность, окружавшая объект СГ-3, была снята в 1984 году. В этом «виноват» Всемирный геологический конгресс, состоявшийся в Москве. Скрывать объект более не имело смысла. Сведения об уникальной сверхглубокой скважине стали достоянием всего мирового научного сообщества. В Кольскую сверхглубокую никто не верил, но делегация участников Конгресса смогла убедиться в этом лично. Рассказывают, что участники конгресса в шутку предлагали немедленно зарыть шахту, поскольку она разрушает все представления о строении земной коры. Глубина скважины к тому моменту достигла 12 066 метров.

Кольская. Будущее

В 90-е годы Кольскую сверхглубокую ожидали те же испытания, что и всю российскую науку. С 1995 года бурение прекращено: стало некому финансировать проект. Отметка глубины на этот момент — 12 262 метра — больших глубин человечество так и не достигло до сих пор. В 1997 году объект внесли в Книгу рекордов Гиннесса.

На данный момент власти Мурманской области планируют сделать Кольскую сверхглубокую скважину туристическим объектом и передать в федеральную собственность. В свою очередь Мурманское отделение РГО предлагает создать там музей.

«Мы пытаемся сейчас создать там музейный объект, — рассказывает Ростислав Гайдовский, действительный член РГО, участник работ на Кольской сверхглубокой скважине. — Это интересно и нашим ближайшим соседям из Норвегии и Финляндии. Ведь это был уникальный эксперимент и уникальный проект. Сейчас он совершенно заброшен. Но забывать эту историю мы не должны, и мы будем стараться добиться того, чтобы сохранить память и о нём самом, и о тех замечательных неординарных людях, которые там работали».

Скважины, следующие за «Кольской»:
Берта-Роджерс, США, глубина — 9 583 м.
Бейден-Юнит, США, глубина — 9 159 м.
КТВ Hauptbohrung, Германия, глубина — 9 100 м.
Юниверсити, США, глубина — 8 686 м.
Цистердорф, Австрия, глубина 8 553 м.
Саатлинская, Азербайджан, глубина — 8 324 м.
Бигхорн, США, Вайоминг, глубина — 7 583 м.
Тюменская СГ-6, Западная Сибирь, глубина — 7 502 м
Колвинская, Архангельская область, глубина — 7 057 м
Тимано-Печорская СГ-5, глубина — 6 904 м

Источник

Adblock
detector