Най-дълбокият кладенец в света е 14 км. Местоположение на супердълбоката станция Кола. От моя собствен опит
Днес научните изследвания на човечеството са достигнали границите на Слънчевата система: кацали сме космически кораби на планети, техните спътници, астероиди, комети, изпращали сме мисии до пояса на Кайпер и сме прекрачвали границата на хелиопаузата. С помощта на телескопи виждаме събития, случили се преди 13 милиарда години – когато Вселената е била само на няколкостотин милиона години. На този фон е интересно да оценим колко добре познаваме нашата Земя. Най-добрият начин да разберете вътрешната му структура е да пробиете кладенец: колкото по-дълбок, толкова по-добре. Най-дълбокият кладенец на Земята е Колският свръхдълбок кладенец или SG-3. През 1990 г. дълбочината му достига 12 километра 262 метра. Ако сравните тази цифра с радиуса на нашата планета, се оказва, че това е само 0,2 процента от пътя до центъра на Земята. Но дори това беше достатъчно, за да промени представите за структурата на земната кора.
Ако си представите кладенец като шахта, през която можете да слезете с асансьор в самите дълбини на земята или поне на няколко километра, тогава това изобщо не е така. Диаметърът на сондажния инструмент, с който инженерите са създали кладенеца, е само 21,4 сантиметра. Горният двукилометров участък на кладенеца е малко по-широк - разширен е до 39,4 сантиметра, но все още няма как човек да стигне дотам. За да си представим пропорциите на кладенеца, най-добрата аналогия би била 57-метрова шевна игла с диаметър 1 милиметър, малко по-дебела в единия край.
Диаграма на кладенеца
Но това представяне също ще бъде опростено. По време на сондажите на кладенеца се случиха няколко инцидента - част от сондажната колона се озова под земята без възможност да бъде извадена. Затова кладенецът е започнат отново няколко пъти, от маркировки от седем и девет километра. Има четири големи клона и около дузина малки. Основните клонове имат различни максимални дълбочини: две от тях пресичат 12-километровата марка, други две не я достигат само с 200-400 метра. Имайте предвид, че дълбочината на Марианската падина е с един километър по-малка - 10 994 метра спрямо морското равнище.
Хоризонтална (лява) и вертикална проекции на траектории на SG-3
Ю.Н. Яковлев и др. / Бюлетин на Колския научен център на Руската академия на науките, 2014 г
Освен това би било грешка да се възприема кладенецът като отвес. Поради факта, че скалите имат различни механични свойства на различни дълбочини, свредлото се отклони към по-малко плътни зони по време на работа. Следователно, в голям мащаб, профилът на Kola Superdeep изглежда като леко извита тел с няколко клона.
Приближавайки се до кладенеца днес, ще видим само горната част - метален люк, завинтен към устието с дванадесет масивни болта. Надписът върху него е направен с грешка, правилната дълбочина е 12 262 метра.
Как е пробит супер дълбок кладенец?
Като начало трябва да се отбележи, че SG-3 първоначално е замислен специално за научни цели. Изследователите са избрали за сондиране място, където древни скали - на възраст до три милиарда години - са излезли на повърхността на земята. Един от аргументите по време на проучването беше, че младите седиментни скали са добре проучени по време на производството на нефт и никой никога не е пробивал дълбоки сондажи в древни слоеве. Освен това имаше големи медно-никелови залежи, чието проучване би било полезно допълнение към научната мисия на кладенеца.
Сондажите започват през 1970 г. Първата част от кладенеца е пробита със серийна платформа Уралмаш-4Е - обикновено се използва за пробиване на нефтени кладенци. Модификацията на инсталацията направи възможно достигането на дълбочина от 7 километра 263 метра. Отне четири години. Тогава инсталацията беше променена на Уралмаш-15000, кръстен на планираната дълбочина на кладенеца - 15 километра. Новата сондажна платформа е проектирана специално за свръхдълбока Кола: сондирането на такава голяма дълбочина изисква сериозна модификация на оборудването и материалите. Например теглото само на сондажната колона на дълбочина 15 километра достигна 200 тона. Самата инсталация можеше да повдига товари до 400 тона.
Сондажната колона се състои от тръби, свързани една с друга. С негова помощ инженерите спускат сондажния инструмент до дъното на кладенеца, а също така осигуряват неговата работа. В края на колоната са монтирани специални 46-метрови турбобури, задвижвани от потока вода от повърхността. Те направиха възможно въртенето на инструмента за раздробяване на скали отделно от цялата колона.
Свредлата, с които сондажната колона се забива в гранита, предизвикват футуристични части от робот - няколко въртящи се диска с шипове, свързани с турбина отгоре. Едно такова свредло беше достатъчно само за четири часа работа - това приблизително съответства на преминаване от 7-10 метра, след което цялата сондажна колона трябва да бъде повдигната, разглобена и след това отново спусната. Самите постоянни слизания и качвания отнемаха до 8 часа.
Дори тръбите за колоната в Kola Superdeep Pipe трябваше да бъдат използвани по необичаен начин. В дълбочина температурата и налягането постепенно се увеличават и, както казват инженерите, при температури над 150-160 градуса стоманата на серийните тръби се омекотява и е по-малко способна да издържа на многотонни натоварвания - поради това вероятността от опасни деформации и счупването на колоната се увеличава. Затова разработчиците избраха по-леки и топлоустойчиви алуминиеви сплави. Всяка от тръбите е била с дължина около 33 метра и диаметър около 20 сантиметра – малко по-тесен от самия кладенец.
Но дори специално разработените материали не могат да издържат на условията на пробиване. След първия седемкилометров участък по-нататъшното сондиране до 12 000 метра отне почти десет години и повече от 50 километра тръби. Инженерите бяха изправени пред факта, че под седем километра скалите станаха по-малко плътни и напукани - вискозни за сондажа. Освен това самият кладенец изкриви формата си и стана елипсовиден. В резултат на това колоната се счупи няколко пъти и тъй като не успяха да я вдигнат обратно, инженерите бяха принудени да бетонират клона на кладенеца и да пробият отново шахтата, губейки години работа.
Една от тези големи аварии принуди сондажите през 1984 г. да бетонират клон на кладенеца, който достигна дълбочина от 12 066 метра. Сондажите трябваше да започнат отново от 7-километровата марка. Това беше предшествано от пауза в работата с кладенеца - в този момент съществуването на SG-3 беше разсекретено и в Москва се проведе международният геоложки конгрес Geoexpo, чиито делегати посетиха обекта.
Според очевидци на аварията след подновяването на работата колоната е пробила кладенец на още девет метра надолу. След четири часа сондиране работниците се подготвиха да вдигнат колоната обратно, но тя „не проработи“. Сондажите решиха, че тръбата е „заседнала“ някъде към стените на кладенеца и увеличиха силата на повдигане. Натоварването е намаляло рязко. Постепенно разглобявайки колоната на 33-метрови свещи, работниците стигнаха до следващия участък, завършващ с неравен долен ръб: турбо сондажът и още пет километра тръби останаха в кладенеца; те не можаха да бъдат повдигнати.
Сондажите успяха да достигнат отново 12-километровата граница едва през 1990 г., когато беше поставен рекордът за гмуркане - 12 262 метра. Тогава се случи нова авария и от 1994 г. работата по кладенеца беше спряна.
Свръхдълбока научна мисия
Снимка на сеизмични тестове в SG-3
“Kola Superdeep” Министерство на геологията на СССР, издателство Недра, 1984 г.
Кладенецът е проучен с помощта на цял набор от геоложки и геофизични методи, вариращи от събиране на керна (колона от скали, съответстващи на дадена дълбочина) до радиационни и сеизмологични измервания. Например, ядрото е взето с помощта на ядкови приемници със специални свредла - те изглеждат като тръби с назъбени ръбове. В центъра на тези тръби има 6-7 сантиметрови дупки, където камъкът пада.
Но дори и при това на пръв поглед просто (с изключение на необходимостта да се вдигне това ядро от много километри дълбочина) възникнаха трудности. Заради сондажната течност, същата, която задвижи свредлото, ядрото се насити с течност и промени свойствата си. Освен това условията в дълбините и на повърхността на земята са много различни - пробите се напукаха поради промени в налягането.
На различни дълбочини добивът на ядрото варира значително. Ако на пет километра от 100-метров сегмент може да се разчита на 30 сантиметра ядро, тогава на дълбочина над девет километра, вместо скална колона, геолозите получиха набор от шайби, направени от плътна скала.
Микрофотография на скали, открити от дълбочина 8028 метра
“Kola Superdeep” Министерство на геологията на СССР, издателство Недра, 1984 г.
Проучванията на материала, извлечен от кладенеца, доведоха до няколко важни заключения. Първо, структурата на земната кора не може да бъде опростена до състав от няколко слоя. Това беше посочено по-рано от сеизмологични данни - геофизиците видяха вълни, които изглеждаха като отразени от гладка граница. Проучванията в SG-3 показват, че такава видимост може да възникне и при сложно разпределение на скали.
Това предположение се отрази на дизайна на кладенеца - учените очакваха, че на дълбочина от седем километра шахтата ще влезе в базалтови скали, но те не се срещнаха дори на 12-километровата марка. Но вместо базалт, геолозите откриха скали с голям брой пукнатини и ниска плътност, което изобщо не можеше да се очаква от много километри дълбочина. Освен това в пукнатините са открити следи от подпочвена вода - дори се предполага, че са се образували от директна реакция на кислород и водород в дебелината на Земята.
Сред научните резултати имаше и приложни - например на малка дълбочина геолозите откриха хоризонт от медно-никелови руди, подходящи за добив. А на дълбочина от 9,5 километра е открит слой от геохимична златна аномалия - в скалата присъстват зърна самородно злато с размер на микрометър. Концентрациите достигат до грам на тон скала. Малко вероятно е обаче добивът от такива дълбочини някога да бъде печеливш. Но самото съществуване и свойства на златоносния слой позволиха да се изяснят моделите на минерална еволюция - петрогенеза.
Отделно трябва да говорим за изследванията на температурните градиенти и радиацията. За този вид експерименти се използват сондажни инструменти, спуснати върху телени въжета. Големият проблем беше да се осигури тяхната синхронизация с наземното оборудване, както и да се осигури работа на голяма дълбочина. Например, затруднения възникнаха от факта, че кабелите с дължина 12 километра се простираха с около 20 метра, което можеше да намали значително точността на данните. За да избегнат това, геофизиците трябваше да създадат нови методи за маркиране на разстояния.
Повечето търговски инструменти не са проектирани да работят в тежките условия на по-ниските нива на кладенеца. Ето защо, за изследвания на голяма дълбочина, учените използваха оборудване, разработено специално за Kola Superdeep.
Най-важният резултат от геотермалните изследвания са много по-високи температурни градиенти от очакваното. Близо до повърхността скоростта на повишаване на температурата беше 11 градуса на километър, до дълбочина от два километра - 14 градуса на километър. В интервала от 2,2 до 7,5 километра температурата се повишава със скорост, близка до 24 градуса на километър, въпреки че съществуващите модели прогнозират стойност един и половина пъти по-ниска. В резултат на това вече на дълбочина от пет километра инструментите регистрираха температура от 70 градуса по Целзий, а на 12 километра тази стойност достигна 220 градуса по Целзий.
Свръхдълбокият кладенец на Кола се оказа различен от другите кладенци - например, когато анализираха отделянето на топлина от скалите на украинския кристален щит и батолитите на Сиера Невада, геолозите показаха, че отделянето на топлина намалява с дълбочина. В SG-3, напротив, растеше. Освен това измерванията показват, че основният източник на топлина, осигуряващ 45-55 процента от топлинния поток, е разпадането на радиоактивни елементи.
Въпреки факта, че дълбочината на кладенеца изглежда колосална, тя не достига дори една трета от дебелината на земната кора в Балтийския щит. Геолозите изчисляват, че основата на земната кора в тази област минава на приблизително 40 километра под земята. Следователно, дори ако SG-3 достигне планираните 15 километра прекъсване, ние пак не бихме достигнали мантията.
Това е амбициозната задача, която си поставят американски учени при разработването на проекта Mohol. Геолозите планираха да достигнат границата на Мохоровичич - подземен регион, където има рязка промяна в скоростта на разпространение на звуковите вълни. Смята се, че се свързва с границата между земната кора и мантията. Струва си да се отбележи, че сондажите избраха океанското дъно близо до остров Гуадалупе като място за кладенеца - разстоянието до границата беше само няколко километра. Но дълбочината на самия океан тук достигна 3,5 километра, което значително усложни сондажните операции. Първите тестове през 60-те години позволиха на геолозите да пробият кладенци само до 183 метра.
Наскоро стана известно за плановете за възраждане на проекта за дълбоко океанско сондиране с помощта на изследователския сондажен кораб JOIDES Resolution. За нова цел геолозите избраха точка в Индийския океан, недалеч от Африка. Дълбочината на границата на Мохоровичич там е само около 2,5 километра. През декември 2015 г. - януари 2016 г. геолозите успяха да пробият кладенец с дълбочина 789 метра - петият по големина подводен кладенец в света. Но тази стойност е само половината от необходимата на първия етап. Екипът обаче планира да се върне и да довърши започнатото.
***
0,2 процента от пътя до центъра на Земята не е толкова впечатляващо в сравнение с мащаба на космическото пътуване. Трябва обаче да се има предвид, че границата на Слънчевата система не минава по орбитата на Нептун (или дори по пояса на Кайпер). Гравитацията на Слънцето преобладава над звездната гравитация до разстояния от две светлинни години от звездата. Така че, ако внимателно изчислите всичко, се оказва, че Вояджър 2 е прелетял само една десета от процента от пътя до покрайнините на нашата система.
Затова не бива да се разстройваме от това колко зле познаваме „вътрешностите“ на собствената си планета. Геолозите имат свои собствени телескопи - сеизмични изследвания - и свои собствени амбициозни планове за завладяване на недрата. И ако астрономите вече са успели да се докоснат до значителна част от небесните тела в Слънчевата система, то за геолозите най-интересното тепърва предстои.
Владимир Королев
Още през 1990 г. в южната част на Германия група учени решават да надникнат в дълбините на нашата планета на кръстопътя на две тектонични плочи, които са се сблъскали преди повече от 300 милиона години, когато е бил формиран континентът. Крайната цел на учените беше да пробият един от най-дълбоките кладенци в света, до 10 км.
Първоначално се предполагаше, че кладенецът ще се превърне в нещо като „телескоп“, който ще позволи да научим повече за дълбините на нашата планета и да се опитаме да научим за ядрото на Земята. Процесът на сондиране се проведе като част от програмата Continental Deep Drilling и продължи до октомври 1994 г., когато програмата трябваше да бъде съкратена поради финансови проблеми.
Сондажът е наречен Kontinentales Tiefbohrprogramm der Bundesrepublik, съкратено КТБ, и до момента на затваряне на програмата е бил прокаран до повече от 9 км, което не е добавило ентусиазъм на учените. Самият процес на пробиване не беше лесен. В продължение на 4 години учени, инженери и работници трябваше да се изправят пред цял куп трудни ситуации и доста сложни задачи. Например сондажът трябваше да премине през скали, нагряти до температура от около 300 градуса по Целзий, но дори и при такива условия сондажите успяха да охладят дупката с течен водород.
Въпреки факта, че програмата беше съкратена, научните експерименти не спряха и бяха проведени до края на 1995 г. и заслужава да се отбележи, че те не бяха проведени напразно. През това време беше възможно да се открият нови, доста неочаквани факти за структурата на нашата планета, бяха съставени нови карти за разпределение на температурата и бяха получени данни за разпределението на сеизмичното налягане, което направи възможно създаването на модели на слоеста структура на горната част на земната повърхност.
Учените обаче запазиха най-интересното за накрая. Холандският учен Лот Гивен, който заедно с акустични инженери и учени от Геофизичния изследователски център (Германия) направи това, за което мнозина мечтаха - почти в буквалния смисъл на думата, той „чу ритъма на сърцето“ на Земята. За целта той и екипът му трябваше да извършат акустични измервания, с които изследователският екип пресъздаде звуците, които можехме да чуем на дълбочина от 9 километра. Сега обаче можете да чуете и тези звуци.
Въпреки факта, че КТБ в момента се смята за най-дълбокия кладенец в света, има няколко подобни кладенци, които обаче вече са запечатани. И сред тях се откроява кладенец, който по време на своето съществуване е успял да придобие легенди; това е Колският супер дълбок кладенец, по-известен като „Пътят към ада“. За разлика от други конкуренти на КТБ, Колският кладенец достига 12,2 км дълбочина и се счита за най-дълбокия кладенец в света.
Сондажите му започват през 1970 г. в Мурманска област (Съветски съюз, сега Руска федерация), на 10 километра западно от град Заполярни. По време на сондирането кладенецът претърпя няколко аварии, в резултат на които работниците трябваше да бетонират кладенеца и да започнат да пробиват от много по-малка дълбочина и под различен ъгъл. Интересното е, че именно с поредица от злополуки и провали, които преследват групата, се свързва причината за възникването на легендата, че кладенецът е пробит чак до истинския Ад.
Както се казва в текста на легендата, след като преминаха 12-километровата граница, учените успяха да чуят звуците на писъци с помощта на микрофони. Те обаче решили да продължат сондажите и докато минавали следващата маркировка (14 км), изведнъж се натъкнали на празнини. След като учените спуснали микрофоните, те чули писъците и стенанията на мъже и жени. И след известно време се случи инцидент, след който беше решено да се спре сондажната работа
И въпреки факта, че инцидентът наистина се е случил, учените не са чули никакви писъци на хора и всички приказки за демони не са нищо повече от измислица, каза Дейвид Миронович Губерман, един от авторите на проекта, под чието ръководство кладенецът беше пробит.
След поредната авария през 1990 г., при достигане на дълбочина от 12 262 метра, сондажът е завършен, а през 2008 г. проектът е изоставен и оборудването е демонтирано. Две години по-късно, през 2010 г., кладенецът е консервиран.
Нека отбележим, че проекти като сондажни кладенци като KTV и Kola засега са единственият начин и възможност за геолозите да изследват вътрешността на планетата.
През втората половина на 20 век светът се разболя от свръхдълбоките сондажи. В САЩ подготвяха нова програма за изследване на океанското дъно (Deep Sea Drilling Project). Glomar Challenger, построен специално за този проект, прекара няколко години във водите на различни океани и морета, пробивайки почти 800 кладенци в техните дъна, достигайки максимална дълбочина от 760 m. До средата на 80-те години резултатите от офшорните сондажи потвърдиха теорията на тектониката на плочите. Геологията като наука се роди отново. Междувременно Русия пое по своя път. Интересът към проблема, събуден от успехите на Съединените щати, доведе до програмата „Изследване на вътрешността на Земята и свръхдълбоко сондиране“, но не в океана, а на континента. Въпреки многовековната си история, континенталното сондиране изглеждаше съвсем ново нещо. Все пак ставаше дума за недостижими досега дълбочини - повече от 7 километра. През 1962 г. Никита Хрушчов одобрява тази програма, въпреки че се ръководи повече от политически мотиви, отколкото от научни. Той не искаше да изостава от Съединените щати.
Новосъздадената лаборатория в Института по сондажна технология беше ръководена от известния нефтен работник, доктор на техническите науки Николай Тимофеев. Той имаше за задача да обоснове възможността за свръхдълбоки сондажи в кристални скали – гранити и гнайси. Проучванията отнемат 4 години, а през 1966 г. експертите се произнасят - сондирането е възможно и не е задължително с утрешната технология, достатъчно е оборудването, което вече съществува. Основният проблем е топлината в дълбочина. Според изчисленията, докато прониква в скалите, изграждащи земната кора, температурата трябва да се повишава с 1 градус на всеки 33 метра. Това означава, че на дълбочина 10 км трябва да очакваме около 300°C, а на 15 km – почти 500°C. Сондажните инструменти и инструменти няма да издържат на такава топлина. Трябваше да се търси място, където дълбините не са толкова горещи...
Такова място е намерено - древен кристален щит на Колския полуостров. Доклад, изготвен в Института по физика на Земята, гласи: през милиардите години на своето съществуване Колският щит се е охладил, температурата на дълбочина 15 км не надвишава 150 ° C. А геофизиците са подготвили приблизителен разрез на недрата на Колския полуостров. Според тях първите 7 километра са гранитни слоеве на горната част на земната кора, след което започва базалтовият слой. По това време идеята за двуслойна структура на земната кора е общоприета. Но както се оказа по-късно, и физиците, и геофизиците грешаха. Мястото за сондиране е избрано в северния край на Колския полуостров близо до езерото Vilgiskoddeoaivinjärvi. На фински означава „Под планината на вълците“, въпреки че на това място няма нито планини, нито вълци. Пробиването на кладенеца, чиято проектна дълбочина е 15 километра, започва през май 1970 г.
Но
Тук можете да слушате адските звуци от кладенеца.
Филм: Kola Superdeep: Последните фойерверки
Колският свръхдълбок сондаж е най-дълбокият сондаж в света (от 1979 г. до 2008 г.) Намира се в района на Мурманск, на 10 километра западно от град Заполярни, на територията на геоложкия Балтийски щит. Дълбочината му е 12 262 метра. За разлика от други свръхдълбоки кладенци, които са направени за производство на нефт или геоложки проучвания, SG-3 е пробит единствено за изследване на литосферата в района, където е границата на Мохоровичич. (съкратено граница на Мохо) е долната граница на земната кора, на която има рязко увеличение на скоростите на надлъжните сеизмични вълни.
Свръхдълбокият кладенец Кола е заложен в чест на 100-годишнината от рождението на Ленин през 1970 г. Седиментните скални слоеве по това време са били добре проучени по време на производството на нефт. Беше по-интересно да се пробие там, където вулканични скали на възраст около 3 милиарда години (за сравнение: възрастта на Земята се оценява на 4,5 милиарда години) излизат на повърхността. За извличане на минерали такива скали рядко се пробиват на дълбочина над 1-2 км. Предполагаше се, че вече на дълбочина 5 км гранитният слой ще бъде заменен с базалтов. На 6 юни 1979 г. кладенецът счупи рекорда от 9583 метра, държан преди това от кладенеца Берта-Роджърс (нефтен кладенец в. Оклахома). В най-добрите години в свръхдълбокия кладенец на Кола работеха 16 изследователски лаборатории, които бяха лично ръководени от министъра на геологията на СССР.
Въпреки че се очакваше да бъде открита ясна граница между гранити и базалти, в ядрото по цялата дълбочина бяха открити само гранити. Въпреки това, поради високото налягане, компресираните гранити силно променят своите физически и акустични свойства. По правило повдигнатото ядро се разпада от активното отделяне на газ в суспензия, тъй като не може да издържи на рязка промяна в налягането. Възможно е да се отстрани силно парче сърцевина само с много бавно повдигане на свредлото, когато „излишният“ газ, все още притиснат до високо налягане, успя да избяга от плътността на пукнатините на голяма дълбочина очаквания, увеличени. Имаше и вода на дълбочина, която запълваше пукнатините.
Интересно е, че когато през 1984 г. в Москва се проведе Международният геологически конгрес, на който бяха представени първите резултати от изследванията на кладенеца, много учени на шега предложиха незабавното му погребване, тъй като разрушава всички представи за структурата на земната кора. Наистина, странни неща започнаха още в първите етапи на проникването. Например теоретиците, още преди началото на сондажите, обещаха, че температурата на Балтийския щит ще остане относително ниска до дълбочина от най-малко 5 километра, температурата на околната среда надвишава 70 градуса по Целзий, при седем - над 120 градуса, а при дълбочина 12 беше горещо по-силно от 220 градуса - 100 градуса по-високо от предвиденото. Сондажите от Кола поставиха под съмнение теорията за слоестата структура на земната кора - поне в интервала до 12 262 метра.
"Имаме най-дълбоката дупка в света - така че трябва да я използваме!" - горчиво възкликва Дейвид Губерман, постоянният директор на Колския свръхдълбок изследователски и производствен център. През първите 30 години от Kola Superdeep съветски и след това руски учени пробиха до дълбочина от 12 262 метра. Но от 1995 г. сондирането е спряно: нямаше кой да финансира проекта. Това, което се отпуска в рамките на научните програми на ЮНЕСКО, е достатъчно само за поддържане на сондажната станция в работно състояние и изследване на предварително извлечени скални проби.
Хуберман си спомня със съжаление колко много научни открития са направени в Колската супердълбочина. Буквално всеки метър беше откровение. Кладенецът показа, че почти цялото ни предишно знание за структурата на земната кора е невярно. Оказа се, че Земята изобщо не прилича на пластова торта.
Друга изненада: животът на планетата Земя се оказва, че е възникнал 1,5 милиарда години по-рано от очакваното. На дълбочини, където се смяташе, че няма органична материя, бяха открити 14 вида вкаменени микроорганизми - възрастта на дълбоките слоеве надхвърли 2,8 милиарда години. На още по-големи дълбочини, където вече няма утайки, се появява метан в огромни концентрации. Това напълно и напълно унищожи теорията за биологичния произход на въглеводородите като нефт и газ. Имаше почти фантастични усещания. Когато в края на 70-те съветската автоматична космическа станция донесе 124 грама лунна почва на Земята, изследователи от Колския научен център установиха, че тя е като два грахови зърна в шушулка за проби от дълбочина 3 километра. И възникна хипотеза: Луната се откъсна от Колския полуостров. Сега се търси къде точно. Между другото, американците, които донесоха половин тон пръст от Луната, не направиха нищо смислено с това. Те бяха поставени в херметически затворени контейнери и оставени за изследване от бъдещите поколения.
Съвсем неочаквано за всички предсказанията на Алексей Толстой от романа „Хиперболоидът на инженер Гарин“ се потвърдиха. На дълбочина над 9,5 километра е открита истинска съкровищница от всякакви минерали, в частност злато. Истински оливинов слой, гениално предсказан от писателя. Между другото, промишленото производство е възможно при концентрация от 34 грама на тон, но най-учудващо е, че на още по-големи дълбочини, където вече няма седиментни скали, е имало природен газ метан. намерени в огромни концентрации. Това напълно и напълно унищожи теорията за биологичния произход на въглеводороди като нефт и газ
С Колския кладенец бяха свързани не само научни сензации, но и мистериозни легенди, повечето от които се оказаха измислици на журналисти, когато се проверяват. Според един от тях основният източник на информация (1989 г.) е американската телевизионна компания Trinity Broadcasting Network, която от своя страна е взела историята от репортаж на финландски вестник. Твърди се, че при пробиване на кладенец на дълбочина от 12 хиляди метра микрофоните на учените са записали писъци и стенания.) Журналистите, без дори да мислят, че е просто невъзможно да се постави микрофон на такава дълбочина (какво устройство за запис на звук може да работи при температури над двеста градуса?) пише, че сондажите са чули „глас от подземния свят“.
След тези публикации свръхдълбокият кладенец на Кола започна да се нарича „пътят към ада“, твърдейки, че всеки нов пробит километър донесе нещастие на страната. Те казаха, че когато сондажите са пробивали тринадесетата хиляди метра, СССР се е разпаднал. Е, когато кладенецът беше пробит на дълбочина 14,5 км (което всъщност не се случи), те изведнъж се натъкнаха на необичайни празнини. Заинтригувани от това неочаквано откритие, сондажите изпратиха микрофон, способен да работи при изключително високи температури, и други сензори. Твърди се, че температурата вътре е достигала 1100 °C - там е била топлината на огнени камери, в които уж са се чували човешки писъци.
Тази легенда все още броди из необятните простори на Интернет, след като е надживяла самия виновник за тези клюки - кладенецът Кола. Работата по него е спряна още през 1992 г. поради липса на финансиране. До 2008 г. беше в консервирано състояние. Година по-късно беше взето окончателното решение да се откаже от продължаването на изследванията и да се демонтира целият изследователски комплекс и да се „погребе“ кладенецът. Окончателното изоставяне на кладенеца се случи през лятото на 2011 г.
Така че, както можете да видите, този път учените не успяха да стигнат до мантията и да я изследват. Това обаче не означава, че Колският кладенец не е дал нищо на науката - напротив, той обърна всичките им представи за структурата на земната кора с главата надолу.
РЕЗУЛТАТИ
Целите, заложени в проекта за свръхдълбоко сондиране, са изпълнени. Разработено и създадено е специално оборудване и технология за ултрадълбоко сондиране, както и за изследване на кладенци, пробити на голяма дълбочина. Получихме информация, може да се каже, „от първа ръка“ за физическото състояние, свойствата и състава на скалите в тяхното естествено поява и от ядрото до дълбочина 12 262 м. Кладенецът даде отличен подарък на родината на плитки дълбочини - в диапазона 1,6-1 километра. Там са открити промишлени медно-никелови руди - открит е нов руден хоризонт. И е много полезно, защото местният завод за никел вече изпитва недостиг на руда.
Както беше отбелязано по-горе, геоложката прогноза за сондажния участък не се сбъдна. Картината, която се очакваше през първите 5 км в кладенеца, се разпростря на 7 км, а след това се появиха напълно неочаквани скали. Предсказаните базалти на дълбочина 7 км не бяха открити, дори когато паднаха до 12 км. Очакваше се, че границата, която дава най-голямо отражение по време на сеизмичното сондиране, е нивото, където гранитите се трансформират в по-издръжлив базалтов слой. В действителност се оказа, че там се намират по-малко здрави и по-малко плътни напукани скали - архейски гнайси. Това никога не се е очаквало. И това е принципно нова геоложка и геофизична информация, която ни позволява да интерпретираме данните от дълбоките геофизични изследвания по различен начин.
Данните за процеса на образуване на руда в дълбоките слоеве на земната кора също се оказаха неочаквани и принципно нови. Така на дълбочина 9-12 км се срещат силно порести напукани скали, наситени със силно минерализирани подпочвени води. Тези води са един от източниците на рудообразуване. Преди това се смяташе, че това е възможно само на много по-плитки дълбочини. Именно в този интервал е установено повишено съдържание на злато в ядрото - до 1 g на 1 тон скала (концентрация, която се счита за подходяща за промишлено развитие). Но ще бъде ли някога печелившо да се добива злато от такива дълбочини?
Промениха се и представите за термичния режим на земните недра и дълбокото разпределение на температурите в зоните на базалтовите щитове. На дълбочина над 6 km се получава температурен градиент от 20°C на 1 km вместо очакваните (както в горната част) 16°C на 1 km. Установено е, че половината от топлинния поток е с радиогенен произход.
Дълбините на земята съдържат толкова мистерии, колкото и необятните простори на Вселената. Точно това смятат някои учени и те са отчасти прави, защото хората все още не знаят какво точно има под краката ни, дълбоко под земята През цялото съществуване на земната цивилизация сме успели да навлезем по-дълбоко в планетата малко повече от 10 километра. Този рекорд е поставен през 1990 г. и продължава до 2008 г., след което е актуализиран няколко пъти. През 2008 г. беше пробит Maersk Oil BD-04A, дълъг 12 290 метра наклонен петролен кладенец (петролен басейн Ал Шахин в Катар). През януари 2011 г. в находището Odoptu-Sea (проект Сахалин-1) беше пробит наклонен петролен кладенец с дълбочина 12 345 метра. Рекордът за дълбочина на пробиване в момента принадлежи на кладенеца Z-42 на находището Чайвинское, чиято дълбочина е 12 700 метра.
Какво ви пречи да пробиете кладенец до центъра на Земята и да разберете какво има там? Ние знаем много повече за структурата на космоса, отколкото за това как работи Земята. Въпреки че опити за проникване дълбоко в Земята са правени повече от веднъж. Първите два свръхдълбоки сондажа бяха пробити в щата Луизиана в Северна Америка. Ръководителите на проекта оборудваха кладенеца с обсадни тръби с метър диаметър, простиращи се на дълбочина от 1 км, с три мощни автоматични аварийни клапана. До сондажната платформа беше разположена специална бетонова инсталация, която в случай на авария щеше да доставя бързо втвърдяващ се разтвор в обсадната тръба. До дълбочина от 9 км добивът продължи както обикновено. Но по-дълбоко те срещнаха нарастващо вътрешно налягане и сероводородът започна да се отделя от кладенеца. Сондажите се шегуваха, че са пробили по дяволите. От дълбочина 9,6 км от кладенеца излиза разтопена сяра и миньорите започват да губят съзнание. Аварийните щори се затвориха. И бетоновият завод осигури доставката на специално решение за o! обсадна тръба и кладенецът беше запушен.
В СССР те също се опитаха да пробият няколко свръхдълбоки кладенци, но местните сондажи претърпяха същата тъжна съдба. При пробиването на сондаж Кумжа-9 на река Печора в Архангелска област неочаквано от дълбочина 7 км изригна мощен фонтан от газ, нефт и сондажна течност. Толкова много, че сондажът просто „излетя“ в зоната на необичайно високо налягане в резервоара. Тръбите от сондажната платформа се пръснаха като паста от тиган. Веднага удря факел с височина 150 метра. Опитахме се да изгасим факлата с танкове, но неуспешно. Фонтанът бръмчеше като реактивен двигател. В резултат на това беше възможно да се потуши само с помощта на подземни ядрени експлозии. За целта е пробит наклонен кладенец към аварийната шахта. Те пренасят над него ядрена мина и я взривяват на дълбочина 1,5 км. Образува се подземна камера и зона на странично налягане блокира сондажа.
Най-дълбокият сондаж - SGS-3 с дълбочина 12,3 км - е пробит на Колския полуостров в близост до село Никел. Работата е извършена от специален институт по геофизика с общ брой служители от 5000 души, а 520 души са работили в самата мина през съветските години. Предполагаемата дълбочина на сондиране е 30 км. Сондажите до 7 km продължиха както обикновено. Изненадите започнаха на дълбочина от 7,5 km, температурата, където свредлото беше в пряк контакт с базалта, се повиши до 100 ° C, а плътността на пробите, издигнати на повърхността, намаля с 20%. Геохимиците откриха различни газове в скалата - водород и хелий, а биолозите - неизвестни бактерии. Тези бактерии, извлечени в кислородна атмосфера, умряха и затова бяха наречени аерофобни (страхуващи се от въздуха). Изведнъж свредлото заклинва здраво, след което започват да потъват втората шахта. На дълбочина 8 км температурата се повиши до 120°C, ядрата станаха порести и броят на бактериите се увеличи. Конвенционалните стоманени тръби бяха заменени с! нови, изработени от високоякостна стомана, свредлото е от молибден, диамантените зърна са заменени с изкуствения материал елбор, който превъзхожда диаманта по огнеустойчивост, здравина и твърдост. Накрая сондажът достигна дълбочина от 12 240 м. и машината замлъкна.
Малко за характеристиките на сондажната платформа (Uralmash-15000). Сондажната колона под 2000 метра беше сглобена с тръби от леки алуминиеви сплави (стоманата просто щеше да се пръсне от теглото си). Теглото на колоната е около 200 тона.
Turbodrill - турбина с дължина 46 метра, работеща от налягането на сондажната течност, върти свредлото (бита).
Приемникът на ядрото е подвижна тръба вътре в турбоборшина, която се използва за събиране на скални проби (ядро).
Използвани са конвенционални карбидни свредла. Едно свредло издържа приблизително 4 часа, през което време е възможно да пробиете 7-10 метра. Спускането и повдигането на колоната отнема до 18 часа. В този случай колоната се разглобява на секции от няколко тръби.
Първите 7 километра са съставени от вулканични и седиментни скали: туфи, базалти, брекчи, пясъчници, доломити. По-дълбоко се намира така нареченият участък на Конрад, след който скоростта на сеизмичните вълни в скалите рязко се увеличава, което по-рано се тълкуваше като граница между гранитите и базалтите. Този участък при Колския кладенец е преминат отдавна, но базалтите от долния слой на земната кора никога не са се появявали никъде. Напротив, започнаха да се появяват гранити и гнайси.
Разрезът на кладенеца на Кола опроверга двуслойния модел на земната кора, според който под гранитоидната кора на континентите трябва да има базалтова кора, в която континентите, според теорията на тектониката на плочите, се движат по повърхността на планетата. Оказа се, че сеизмичните участъци във вътрешността на планетата не са границите на слоеве скали с различен състав. По-скоро те показват промяна в свойствата на камъка с дълбочина. Пробата, издигната на повърхността от 12-километрова дълбочина, се оказа не базалт, както се очаква от теорията, а гранит.
Преди това се смяташе, че с отдалечаване от земната повърхност и увеличаване на налягането скалите стават по-монолитни и броят на пукнатините в тях намалява. Но кладенецът показа обратното - започвайки от 9 км, пластовете се оказаха много порести и буквално пълни с пукнатини, през които циркулираха водни разтвори. На дълбочина температурата се оказа по-висока от очакваната: +80°C. На 7 км температурата в забоя беше 120°C, а на 12 km – +230°C. Учените откриха златна минерализация в проби от кладенеца Кола. Вмъкване на благородния метал е открито в древни скали на дълбочина 9,5–10,5 km (средно 37,7 mg злато на тон скала).
Колко научни открития са направени в Колския свръхдълбок кладенец! Буквално всеки метър беше откровение. Кладенецът показа, че почти цялото ни предишно знание за структурата на земната кора е невярно. Оказа се, че Земята изобщо не прилича на пластова торта. До 4 километра всичко вървеше според теорията, а след това започна краят на света - теоретиците обещаха, че температурата на Балтийския щит ще остане относително ниска до дълбочина от поне 15 километра. Съответно ще бъде възможно да се изкопае кладенец до почти 20 километра, точно до мантията. Но вече на 5 километра температурата на околната среда надхвърли 70°C, на седем - над 120, а на дълбочина 12 km беше по-горещо от 220°C, което е със 100° по-високо от прогнозираното от теоретиците! Резултатите поставят под съмнение теорията за слоестата структура на земната кора – поне до 12 262 метра.
В училище ни учеха: има млади скали, гранити, базалти, мантия и ядро. Но гранитите се оказаха с 3 километра по-ниско от очакваното. Базалти изобщо не са открити. Всички сондажи са извършени в гранитния слой. Но всички наши представи за произхода и разпространението на минералите са свързани с теорията за слоестата структура на Земята. На дълбочини, където се смяташе, че няма органична материя, бяха открити 14 вида микроорганизми - възрастта на дълбоките слоеве надхвърли 2,8 милиарда години. На още по-големи дълбочини, където вече няма утайки, се появява метан в огромни концентрации. Това напълно разруши теорията за биологичния произход на въглеводородите като нефта и газа.
Съвсем неочаквано за всички предсказанията на Алексей Толстой от романа „Хиперболоидът на инженер Гарин“ се потвърдиха. На дълбочина над 9,5 километра те откриха истинска съкровищница от всякакви минерали, в частност злато - истински оливинов слой, гениално предсказан от писателя.
Проблемите в германски свръхдълбок кладенец в югоизточната част на Бавария, основан върху останките от древна планинска верига на 300 милиона години, започнаха след достигане на дълбочина от 7 км: в края на работата лицето се отклони от вертикалата с 300 м. Точно както при Кола, се наложи пробиване на нови шахти. Температурата в кладенеца на дълбочина е 270°C и това налага работата да бъде спряна, без да бъде постигната заветната цел. На максималната дълбочина за сондиране имаше предимно амфиболити и гнайси - древни метаморфни скали. Тук също не са открити зони на преход от гранитоидна кора към гнайс.
В Съединените щати продължава дълбокото сондиране на океанското дъно в зони на вулканична и тектонична активност в земната кора. И така, на Хавайските острови изследователите се надяваха да проучат подземния живот на вулкана и да се доближат до езика на мантията - шлейфа, за който се смята, че е родил тези острови. Те планираха да пробият кладенец в подножието на вулкана Мауна Кеа на дълбочина 4,5 км, но поради екстремните температури успяха да пробият само 3 км. Друг проект е дълбока обсерватория на разлома Сан Андреас. Пробиването на кладенец през този разлом на северноамериканския континент започна през юни 2004 г. и покри 2 от 3 планирани километра. Добивът на нефт и газ в Съединените щати от дълбочини 6–7 км вече е станал нещо обичайно. Тюменският свръхдълбок кладенец показа, че на 7 километра от повърхността има скални слоеве, които са обещаващи за газови находища.
Едно от най-невероятните открития, направени чрез сондиране, е съществуването на живот дълбоко под земята. И въпреки че този живот е представен само от бактерии, неговите граници се простират до невероятни дълбочини. Бактериите са повсеместни. Те овладяха подземното царство, изглеждащо напълно непригодно за съществуване. Огромен натиск, високи температури, липса на кислород и жизнено пространство - нищо не може да се превърне в пречка за разпространението на живот в дълбините на литосферата. Според някои оценки масата на микроорганизмите, живеещи под земята, може дори да надвишава масата на всички живи същества, обитаващи повърхността на нашата планета.
В началото на 20-ти век американският учен Едсън Бастин открива бактерии във вода от нефтен хоризонт от дълбочина няколкостотин метра. Микроорганизмите, които живееха там, не се нуждаеха от кислород и слънчева светлина; те се хранеха с органични съединения на нефта. Бастин предположи, че тези бактерии живеят изолирано от повърхността в продължение на 300 милиона години, откакто е образувано нефтеното поле. Но смелата му хипотеза тогава остава непотърсена - те просто не вярват в нея. По това време се смяташе, че животът е само тънък филм на повърхността на планетата.
През 1980 г. Министерството на енергетиката на САЩ търси безопасни методи за изхвърляне на радиоактивни отпадъци. За тези цели е трябвало да се използват мини в непроницаеми скали, където живеят бактерии, хранещи се с радионуклиди. През 1987 г. в Южна Каролина започва дълбоко сондиране на няколко кладенци. Взети са проби от дълбочина половин километър и по-навътре, като са взети всички възможни предпазни мерки, за да не се внесат бактерии и въздух от повърхността на Земята. Няколко независими лаборатории изследваха пробите; техните резултати показаха, че дълбоките слоеве са обитавани от анаеробни бактерии, които не се нуждаят от кислород.
Бактериите са открити и в скалите на златна мина в Южна Африка на дълбочина 2,8 км, където температурата е била 60°C. Те също живеят дълбоко под океанското дъно при температури над 100°. Както показа свръхдълбокият кладенец на Кола, има условия микроорганизмите да живеят дори на дълбочина над 12 км, тъй като скалите на големи дълбочини се оказаха порести, наситени с водни разтвори.
В ултра дълбок кладенец, който отвори кратера Siljan Ring в Швеция, микробиолозите също откриха колонии от бактерии. Любопитно е, че в древните гранити са живели микроорганизми. Въпреки че това бяха много плътни скали, лежащи под високо налягане, подземни, очевидно млади, води циркулираха в тях през система от микропори и пукнатини. Американският геолог Томас Голд смята, че магнетитно-маслената паста на дълбочина 4–5 км не е нищо повече от продукт на жизнената дейност на бактерии, които се хранят с метан, идващ от мантията.
Границите на издръжливост на литосферните бактерии са удивителни, но изглежда, че долната граница на тяхното местообитание все още се определя от температурата на подпочвата. Те могат да се възпроизвеждат при 110°C и могат да издържат на температури от 140°C, макар и за кратко време. Под дъното на океана температурите не се повишават толкова бързо и долната граница на живота там може да е на дълбочина от 7 км. Това означава, че биосферата на Земята не може да бъде напълно унищожена дори в случай на най-сериозни катаклизми, а на планетите без атмосфера и хидросфера микроорганизмите могат да съществуват в дълбините.
Катрина Едуардс и нейните колеги откриха, че откритите твърди скали на дъното на дълбоки океански ровове съдържат 3 до 4 пъти повече бактерии, отколкото водната среда на океана. Животът може да съществува в студена, тъмна, камениста среда, казва Сантели: „Ние обаче не очаквахме да открием такова изобилие от микробен живот на голяма дълбочина.“ Изумени от наличието на огромно разнообразие от микроорганизми, изследователите заключиха, че богатият микробен живот присъства по цялата повърхност на океанското дъно. Откритието подкрепя теорията, че бактериите оцеляват с ендогенна енергия, идваща от дълбините на Земята - "процес, който значително ще допринесе за познанията ни за дълбокия въглероден цикъл и развитието на живота на земята", казва Катрина Едуардс.
Към днешна дата в света има няколко десетки ултрадълбоки кладенци. Ето най-известните от тях: Берта Роджърс, САЩ - 9 159 м. Университет Зистердорф, Германия - 8 553 м , САЩ, Уайоминг - 7583 м. Siljan Ring, Швеция - 6800 м. Единственият по-дълбок от Кола (и то не много) е сондажът в Одопту, пробит от Exxon Neftegas Limited (ENL) в края на 2010 г. - нач. от 2011 г. (дълбочина 12 345 m) и сондаж от Transocean за Maersk Oil през 2008 г. в Катар, в нефтения басейн Al Shaheen, дълбочина 12 289 метра.
Свръхдълбоките сондажи позволиха да се погледне в дълбините и да се разбере как се държат скалите при високи налягания и температури. Идеята, че скалите стават по-плътни с дълбочина и тяхната порьозност намалява, се оказа невярна, както и гледната точка за сухите подпочвени слоеве. Това беше открито за първи път по време на пробиването на свръхдълбокия кладенец Кола. Други кладенци в древни кристални слоеве потвърдиха факта, че на много километри дълбочина скалите са напукани от пукнатини и са проникнати от множество пори, а водните разтвори (в науката наречени суперкритични флуиди) се движат доста свободно под налягане от няколкостотин атмосфери. Като се има предвид информацията за състоянието на недрата, получена по време на свръхдълбоките сондажи, проектите за създаване на хранилища за радиоактивни отпадъци в дълбоки океански ровове сега изглеждат много рисковани. Според теорията за тектоничните плочи на мястото на тези ровове океанската плоча се „подхлъзва” под континенталната и тогава! Радиоактивните отпадъци, депонирани в такава траншея в контейнери, също би трябвало да бъдат „подхлъзнати“ под континенталната плоча и по този начин да бъдат погребани на значителна дълбочина. Но се оказа, че всъщност нито една плоча в улуците не пасва една под друга.
Зареждане...
