Videnskab
 Science >> Videnskab >  >> Andet

Hvorfor forseglede russerne det dybeste hul i verden?

Den lille blå-hvide kasket set omgivet af murbrokker er alt, der forsegler Kola Superdeep Borehul, som strækker sig 40.230 fod (12.262 meter) dybt. Wikimedia/(CC BY-SA 4.0)

Vigtige ting

  • Kola Superdeep Borehole, beliggende i Rusland, er verdens dybeste menneskeskabte hul, når en dybde på 40.230 fod (12.262 meter) eller 7,6 miles (12,2 kilometer), der overgår dybden af ​​Mariana-graven og højden af Mount Everest.
  • Boreprojektet, initieret af sovjetterne i 1970, afslørede uventede fund såsom fraværet af "Conrad diskontinuitet"-overgangen fra granit til basalt, tilstedeværelsen af ​​flydende vand på uventede dybder og mikroskopiske fossiler fra encellede marine organismer, der går 2 milliarder år tilbage.
  • På trods af den betydelige opnåede dybde stod boringen over for udfordringer som stigende temperaturer og stendensiteter, hvilket førte til projektets afbrydelse i 1992, hvor hullet blev forseglet i 2005.

Mens USA og USSR fokuserede på udforskning af rummet under det store rumkapløb i 1960'erne, kæmpede amerikanerne og sovjetterne også om overherredømmet af en anden art:en til jordens centrum, eller i det mindste så tæt på den som muligt . Det resulterede i det dybeste hul i verden .

Indhold
  1. Dybboringsløbet
  2. Kolaboringen er dyb
  3. Hvorfor bore så dybt ned i jorden?
  4. Det er svært at grave så dybt
  5. Hvad fandt de i Kola Superdeep Borehole?
  6. Kan vi grave dybere?

Dybboringsløbet

I 1958 lancerede amerikanerne Project Mohole, en plan for at hente en prøve fra Jordens kappe ved at bore til bunden af ​​havet ud for Guadalupe Island, Mexico. Med midler fra National Science Foundation borede de 601 fod (183 meter) ned i havbunden, før projektet blev trukket i 1966 af det amerikanske Repræsentanternes Hus.

I 1970 indledte sovjetterne deres forsøg med at bore ind i Jorden i Murmansk, Rusland, lige uden for den norske grænse nær Barentshavet. Det er kendt som Kola Superdeep Borehole og det var mere vellykket, trængte meget dybere ind i Jorden og indsamlede prøver, der stadig imponerer videnskabsmænd i dag.

Hvorfor grave så dybt ned i jorden? "At adressere centrale videnskabelige spørgsmål", der kunne give svar på nogle af videnskabens største mysterier om vores planet, siger Dr. Ulrich Harms.

Harms er direktør for det tyske Scientific Earth Probing Consortium ved det tyske forskningscenter for geovidenskab i Potsdam, Tyskland. Han har besøgt Kola Borehole, gennemset lageret af kerneprøver og endda lagt hænder på det nu hedengangne ​​brøndhoved.

Og selvom Kola Superdeep Borehole aldrig nåede ud over Jordens skorpe, er det stadig det dybeste hul, der nogensinde er gravet.

Kolaboringen er dyb

Kola Superdeep Borehole i Rusland er det dybeste hul i verden. Det er dybere end Marianergraven og dybere end Mt. Everest er højt. Simon Kuestenmacher

Kola Superdeep Borehole i Rusland er det dybeste hul i verden. Det er dybere end Mariana-graven og dybere end Mt. Everest er højt.

Gemt på et forladt borested blandt rådnende træ og metalplader (resterne af boretårnet og huset, der engang stod i Rusland) sidder et lille, beskedent, kraftigt vedligeholdelseshulsdæksel, der er fastgjort på plads med et dusin store, rustne bolte.

Nedenunder - og næsten usynlig fra jordoverfladen - med kun 23 centimeter i diameter er verdens dybeste menneskeskabte hul.

Kola Superdeep Borehole løber omkring 40.230 fod (12.262 meter) eller 7,6 miles (12,2 kilometer) ind i Jordens overflade. For perspektiv er hullets dybde højden af ​​Mount Everest og Mount Fuji placeret oven på hinanden. Det er også dybere end havets dybeste punkt, Mariana-graven, der ligger i Stillehavet i en dybde på 36.201 fod (11.034 meter) under havets overflade.

For perspektiv er Jordens yderste lag - jorden vi står på - kaldet kontinentalskorpen, omkring 40 kilometer tyk.

Det næste lag, kappen, fortsætter i yderligere 1.800 miles (2.896 kilometer). Den ydre kerne strækker sig omkring 1.400 miles (2.250 kilometer), før den når Jordens indre kerne, en varm, tæt, for det meste jernkugle med en radius på omkring 758 miles (1.220 kilometer).

Så selvom det dybeste kunstige punkt er imponerende, er det overraskende lavvandet sammenlignet med Jordens dybde. I alt trænger Kola kun igennem omkring en tredjedel af Jordens skorpe og 0,2 procent af hele afstanden til Jordens centrum.

Det tog også lidt tid. År, faktisk. Boring ved Kola begyndte den 24. maj 1970. Målet var at gå så langt som muligt, hvilket forskerne på det tidspunkt forventede at være omkring 9,3 miles (15 kilometer). I 1979 havde projektet slået alle verdensrekorder for menneskeskabte huller, da det oversteg omkring 9,5 kilometer.

I 1989 nåede boringen en dybde på 40.230 fod (12.262 meter) lodret under jordens overflade. Det er det dybeste punkt, der nogensinde er nået. Det var da temperaturerne i brønden steg fra de forventede 212 grader Fahrenheit (100 grader Celsius) til 356 grader Fahrenheit (180 grader Celsius).

På trods af boring til en dybde på mere end 40.000 fod (12.192 meter) fik forskerne knap nok ridset overfladen af ​​jordskorpen. CRStocker/Shutterstock

Hvorfor bore så dybt ind i jorden?

Vi borer massive huller eller forskellige årsager, især for at udvinde ressourcer som fossile brændstoffer og metaller.

Nogle andre dybe eksempler omfatter den 100 år gamle Bingham Canyon kobbermine i bjergene nær Salt Lake City, stedet for en grube, der strækker sig 1,2 kilometer dybt og strækker sig 2,5 miles (4 kilometer) på tværs , og Kimberley Diamond Mine, alias The Big Hole, i Sydafrika, et af de største huller i verden gravet af menneskehænder og uden maskineri.

Der graves også huller i videnskabens navn, siger Harms, for bedre at forstå ting som:

  • Geofarer såsom jordskælv og vulkanudbrud
  • Georessourcer såsom geotermisk varme og energi
  • Jordens udvikling og livet på den
  • Miljøændringer i fortiden for bedre at kunne projicere ind i fremtiden

"Et eksempel i detaljer er, at observationer meget tæt på en jordskælvszone gør det muligt for [forskere] at overvåge initieringen og udbredelsen af ​​selv det mindste jordskælv som reaktion på stress og belastning," siger Harms. "Vi ønsker at gendanne disse nærfelts fysiske, kemiske og mekaniske data for grundlæggende at forstå disse processer, som ikke kan forenkles i laboratorieeksperimenter eller computermodeller."

Det er svært at grave så dybt

Kola Superdeep Borehole blev forladt i 1992 efter Sovjetunionens fald. I dag er det i fuldstændig grus. Wikimedia/(CC BY-SA 4.0)

I 1977 lancerede NASA Voyager 1 ud i rummet og ud over solsystemet ind i det interstellare rum. Fra august 2022 har satellitten rejst 14,6 milliarder miles (23,5 milliarder kilometer) ud i rummet. Så hvorfor har ingeniører om 20 år kun været i stand til at grave nogle få kilometer ned i Jorden?

Det viser sig, at det er lidt vanskeligere at grave et dybt hul til Jordens centrum, end forskerne havde forventet. Da boringen begyndte på Kola Superdeep Borehole-pladsen i 1970'erne, pløjede boret for eksempel gennem granitklippen ret ubesværet. Men da borerne nåede omkring 4,3 miles (6,9 kilometer) dybt, blev lagene tættere og sværere at bore ind i.

Det resulterede i, at boret gik i stykker, og holdet måtte ændre retningen på boringen flere gange. "Som en konsekvens blev der boret flere borestier, indtil en smuk lodret [sti] endelig blev opnået," siger Harms. Det resulterende boremønster ligner en slags juletræ.

Ingeniører pløjede videre, men jo dybere boret gik, jo varmere blev Jorden. Temperaturgradienten stemte overens med, hvad forskerne havde forudsagt, ned til omkring 10.000 fod (3.048 meter). Men ud over det punkt, efterhånden som de borede dybere, blev varmen intensiveret, indtil den nåede temperaturer på 356 grader Fahrenheit (180 grader Celsius) omkring 12 kilometer nede.

Det var en drastisk forskel fra de 212 grader Fahrenheit (100 grader Celsius), de forventede.

Ingeniører opdagede også, da de pløjede forbi de første 14.800 fod (4.511 meter), at klippen havde meget mere porøsitet og permeabilitet. Det, parret med de ekstremt høje temperaturer, fik stenen til at opføre sig mere som en plastik end en solid, hvilket gjorde boring praktisk talt umulig.

Disse temperaturer var ud over deres boreudstyrs evner, og selv om sovjetterne pressede på indtil 1992, kom de aldrig dybere end den dybde, de nåede i 1989. Borerne havde intet andet valg end at afbryde indsatsen og kom til kortere end deres 9,3-mile ( 15 kilometer) mål. Borestedet blev officielt lukket ned og hullet forseglet i 2005.

Andre forsøg er blevet gjort gennem årene af andre lande, herunder Tyskland, Østrig og Sverige. Ingen af ​​disse huller er dybere end Kola Superdeep Borehole, selvom nogle var længere, efter at de havde drejet af deres lodrette kurser.

Hvad fandt de i Kola Superdeep Borehole?

(med uret fra venstre) Arbejdere i borerummet; et stykke kerne udvundet fra Kola-brønden; et stykke metabasaltsten fra 6.238,25 meter (20.465 fod) dybt i jordskorpen. Pechenga

Forskere opdagede meget fra Kola Superdeep Borehole. Til at begynde med indså de, at de var nødt til at opdatere temperaturkortet for Jordens indre, da de stødte på temperaturer, der var meget højere end forventet.

De blev også blæst væk, at der ikke var nogen overgang fra granit til basalt, en grænse geologer kalder "Conrad diskontinuitet", som blev begrundet for at eksistere baseret på resultater af seismiske refleksundersøgelser.

En anden opdagelse var flydende vand langt dybere, end de tidligere havde troet kunne eksistere. "Et af de uventede resultater var helt sikkert forekomsten af ​​åbne saltvandsfyldte revner, der dokumenterer, at skorpen ikke er tæt, men at der findes veje, der tillader væsker at strømme," siger Harms.

Forskere havde mistanke om, at vandet kan være blevet presset ud af bjergkrystaller af det utroligt høje tryk i Jorden.

Endnu mere spændende var opdagelsen af ​​biologisk aktivitet i klipperne. På 4,4 miles (7 kilometer) dyb fandt forskere snesevis af fossiler fra encellede marine organismer, der dateres 2 milliarder år tilbage. Det klareste bevis var mikroskopiske fossiler indkapslet i organiske forbindelser, der var overraskende intakte på trods af de ekstreme tryk og temperaturer i den omgivende sten.

Kan vi grave dybere?

Ja, til sidst. Men, siger Harms, "at grave dybere end 12 kilometer (7,45 miles) afhænger af to kritiske faktorer:temperatur og borehulsstabilitet, hvor sidstnævnte er afhængig af stress, belastning og borevæskesammensætning og vægt."

Det kræver noget ret teknologisk avanceret udstyr i betragtning af, at temperaturer der forventes at være så høje som 500 grader Fahrenheit (250 grader Celsius).

Den rigtige kage på himlen - eller rettere sagt på Jorden - ville være at nå Jordens kappe, det lag, der begynder lige forbi Jordens skorpe, omkring 40 kilometer under vores fødder.

"Vi kan lære meget om kappen, hvis vi får adgang gennem boring," siger Harms. "Jordforskere ønsker adgang til den virkelige in situ kappe for at forstå arten af ​​denne grænse, som stadig diskuteres, og hvorfra vi ikke har nogen friske prøver, der indeholder information om, hvordan skorpen og kappen interagerer, hvordan væsker og magmadråber undslipper fra kappen. ind i skorpen og i sidste ende ind i vores hydrosfære, og hvordan de føder biosfæren - eller hvordan stof undslipper tilbage i kappen.

"Disse store cirkler af, hvordan vores planet udvikler sig, forbliver gådefulde langs denne grænse, og Moho-diskontinuiteten [grænsen mellem jordskorpen og kappen] er derfor et hovedmål for videnskabeligt arbejde."

Nu er det interessant

I 2021 borede videnskabsmænd i Japan det største havhul ind i jordskorpen og kom ind på 26.322 fod (8.022 meter), som en del af International Ocean Discovery Program (IODP).




Varme artikler