Во время холодной войны США и СССР, в мире появились первые амбициозные и реальные проекты бурения земной коры глубже, чем когда-либо прежде, для достижения уровня мантии Земли. Этот импульс, заданный более 50 лет назад, имеет место быть сегодня, правда с уже более широкой географией участников.
И так, обо всем по порядку.
Озера, леса, туманы и снег на Кольском полуострове в глубине Полярного круга могут сделать этот уголок России похожим на сцену из сказки. И все же среди естественной красоты стоят руины заброшенной советской научно-исследовательской станции. В центре разрушающегося здания находится тяжелая ржавая металлическая крышка, встроенная в бетонный пол, закрепленная кольцом из толстых и одинаково ржавых металлических болтов.
Это Кольская сверхглубокая скважина, самая глубокая искусственная «дыра» и точка на Земле. Конструкция глубиной 40230 футов (12,2 км) настолько глубока, что, по рассказам местных жителей, можно услышать крики душ, замученных в аду. СССР потребовалось почти 20 лет (процесс начался в 1970 году), чтобы пробурить это расстояние, которое составляет одну треть пути от поверхности земной коры до мантии Земли. В конце 80-х годов проект был остановлен (в связи с распадом советского государства) и остается замороженным по сей день, передает ВВС.
«Бурение Кольской скважины было начато во времена железного занавеса», – говорит Ули Хармс из Международной программы континентального научного бурения, который, будучи молодым ученым, работал над подобным немецким проектом. «И между нами была определенная конкуренция. Одним из главных стимулов было то, что русские часто не были научно открыты, утаивая полученные данные. Когда русские начали бурить, они утверждали, что нашли свободную воду – и большинство ученых просто не верили в это. У западных ученых было общее понимание того, что кора была настолько плотной на глубине в 5 км, что вода не могла проникать через нее».
Сегодня, отметку СССР пытаются превзойти японские бурильщики. Конечной целью их проекта является получение реальных живых образцов мантии в том виде, в каком она существует сейчас, сказал Шон Токко, руководитель программы Японского агентства морских наук о Земле.
Если представить, что Земля – это луковица, то кора похожа на тонкую кожу планеты. Это всего 25 (40 км) миль толщиной. Помимо неё, между ядром Земли и поверхностью коры присутствует мантия, мощностью (или шириной пласта) в 1800 миль.
Подобно космической гонке, гонка за исследованием этого неизвестного «глубокого рубежа» была демонстрацией инженерного мастерства, передовых технологий и научных школ. Ученые шли туда, где раньше не было ни одного человека. Образцы горных пород, которые могли предоставить эти сверхглубокие скважины, были потенциально столь же важны для науки, как и все, что NASA доставила с Луны. Разница лишь в том, что на этот раз американцы не выиграли гонку. На самом деле, этого никто не сделал.
Американские ученые решили добраться до мантии более кратким путем – через дно Тихого океана у Гваделупы, Мексика (проект Мохол).
Преимущество б состоит в том, что земная кора там тоньше; недостаток – самые тонкие участки коры обычно находятся в самых глубоких местах.
В 1990 году в Баварии началась немецкая программа глубокого бурения (KTB), которая в конечном итоге остановилась на отметке 5,6 миль (9 км).
Как и в случае с полетом на Луну, проблема заключалась в том, что технологии, необходимые для успеха этих экспедиций, должны были быть изобретены с нуля.
Когда в 1961 году проект Мохол начал бурение на морском дне, глубоководная добыча нефти и газа была еще не разработана. Никто еще не изобрел необходимые технологии, такие как динамическое позиционирование, которое позволяет бурильному судну оставаться на своем месте над скважиной. Вместо этого, инженерам пришлось импровизировать. Они установили систему гребных винтов вдоль бортов своего бурового корабля, чтобы удерживать его над отверстием разрабатываемой скважины.
Одной из самых больших проблем, с которыми столкнулись немецкие инженеры, была необходимость сверлить как можно более вертикальное отверстие. Решение, которое они придумали, теперь является стандартной технологией в нефтегазовых месторождениях мира.
«Для русских было ясно, что нужно сверлить как можно более вертикально, потому что в противном случае вы увеличиваете крутящий момент на сверлах и изгибах в отверстии», – говорит Ули Хармс. «Решением было разработать системы вертикального бурения. Сейчас это промышленный стандарт, но они изначально были разработаны для KTB – и они работали до 7,5 км (4,7 мили). Затем на протяжении последних 1,5–2 км (от 0,9 до 1,25 миль) тело скважины отклонилось от вертикальной линии почти на 200 м.
Мы пытались использовать некоторые из российских технологий в начале 90-х или конце 80-х, когда Россия стала более открытой и желающей сотрудничать с Западом», – добавляет он. «К сожалению, не удалось вовремя получить оборудование».
Тем не менее, все перечисленные экспедиции закончились разочарованием. Было много задержек и доработок проектов; высокие температуры, с которыми техника сталкивалась на больших глубинах и не выдерживала; стоимость и политика – все это до определенного момента оправдывало мечты ученых о том, чтобы бурить глубже и добраться до мантии.
За два года до того, как Нил Армстронг вышел на Луну, Конгресс США отменил финансирование проекта Mohole, когда расходы начали выходить из-под контроля. Несколько метров базальта, которые они смогли собрать, обошлись по сегодняшним ценам примерно в 40 миллионов долларов (31 миллион фунтов).
Затем наступил черед Кольской сверхглубокой скважины. Бурение было прекращено в 1992 году, когда температура породы достигла 180°C (356°F). Это было вдвое больше, чем ожидалось на этой глубине, и более глубокое бурение было невозможно. После распада Советского Союза не было денег для финансирования таких проектов – и через три года весь объект был закрыт. Теперь пустынная местность привлекает любителей приключений.
Немецкая скважина была избавлена от такой судьбы. Огромная буровая установка все еще там, являясь в большей степени туристической достопримечательностью. Сегодня кран просто опускает приборы для измерения некоторых параметров среды. Эта местность фактически стала обсерваторией планеты, направленной «в себя».
Когда голландская художница Лотте Дживан спустила свой микрофон, защищенный тепловым щитом, вниз по немецкой скважине, она уловила глубокий грохочущий звук, который ученые не могли объяснить, грохот, который заставил ее «чувствовать себя очень маленькой; это был первый раз в моей жизни, когда этот большой шар, на котором мы живем, ожил, и звучал очень призрачно», – говорит она. «Некоторые люди думали, что так звучит ад. Другие думали, что слышат, как дышит планета».
«План состоял в том, чтобы бурить глубже, чем Советы, – говорит Хармс, – но мы даже не достигли намеченного этапа в 10 км (6,25 мили) за то время, которое у нас было. Тогда там, где мы бурили, было намного жарче, чем там, где были русские. Было совершенно ясно, что нам будет намного сложнее идти глубже. К тому времени, это было также в начале 90-х годов, в Германии и не было никаких веских аргументов в пользу привлечения дополнительного финансирования для продолжения бурения. Потому проект также остановился».
Гонка к мантии Земли – это обновленная современная версия знаменитого романа «Путешествие к центру Земли». Хотя ученые не ожидают найти скрытую пещеру, полную динозавров, они описывают свои проекты как «научные экспедиции».
«Суть этих миссий в том, что они направлены на исследование планеты», – говорит Деймон Тигл, профессор геохимии в Школе наук о Земле и океане Национального центра океанографии в Саутгемптоне при Университете Саутгемптона, активно участвующий в изучении нового японского проекта. «Это чисто научные начинания, и вы никогда не знаете, что найдете и с какими трудностями столкнетесь».
«В отверстии 1256 [отверстие, пробуренное в рамках проекта глубокого морского бурения (DSDP) и программы бурения в океане (ODP)], мы первыми увидели неповрежденную океаническую кору. Никто до этого не доходил до этого. Это были действительно захватывающие результаты».
Сегодня «M2M-MoHole to Mantle» является одним из важнейших проектов Международной программы по исследованию океана (IODP). Как и в случае с оригинальным проектом Мохоле, ученые планируют пробурить морское дно, где кора составляет всего около 6 км (3,75 мили). Цель проекта сверхглубокого бурения стоимостью 1 млрд. долларов США (775 млн. фунтов стерлингов) состоит в том, чтобы впервые в истории человечества добывать мантийные породы на месте.
Несмотря на важность японского проекта, огромный буровой корабль Чикю был построен почти 20 лет назад, что можно считать уже устаревшей техникой. На нём используется система GPS и шесть регулируемых винтов, управляемых компьютером, которые могут изменить положение огромного корабля всего на 50 см (20 дюймов).
«Сегодня идея состоит в том, что этот корабль продолжит работу, начатую проектом Мохоле 50 лет назад», – говорит Шон Токко, руководитель программы Японского агентства морских наук о Земле. «Технологии разработки сверхглубоких скважин значительно продвинулись. Основным камнем преткновения является то, что на данный момент есть три потенциальные точки для бурения: возле Коста-Рики, Бахи и Гавайев».
Каждая из этих площадок предполагает компромисс между глубиной океана, расстоянием от буровой площадки и необходимостью сооружения базы на берегу, которая может обеспечить круглосуточную работу на море. «Инфраструктура может быть создана, но это требует времени и денег», – добавляет Токко.
«В конце концов, это действительно вопрос стоимости», – говорит Хармс. «Эти экспедиции чрезвычайно дороги – и поэтому их трудно повторить. Они могут стоить сотни миллионов евро – и только небольшой процент будет полезным для наук о Земле, остальное пойдет в опыт технологического развития и бурильных операций».
