A forró ércek mélyén

2024 Szerző: Seth Attwood | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-16 16:07

A 20. századot az ember levegőben aratott diadala és a Világóceán legmélyebb mélyedéseinek meghódítása jellemezte. Csak az az álom marad elérhetetlen, hogy behatoljunk bolygónk szívébe, és megismerjük zsigereinek eddig rejtett életét. Az „Utazás a Föld középpontjába” rendkívül nehéznek és izgalmasnak ígérkezik, rengeteg meglepetéssel és hihetetlen felfedezéssel teli. Az első lépések ezen az úton már megtörténtek – több tucat szupermély kutat fúrtak a világon. Az ultramély fúrás segítségével megszerzett információk olyan elsöprőnek bizonyultak, hogy szétzúzták a geológusok bolygónk felépítéséről kialakult elképzeléseit, és a leggazdagabb anyagokat biztosították a különböző tudományterületek kutatói számára.

Érintse meg a palástot

A szorgalmas kínaiak a 13. században 1200 méter mély kutakat ástak. Az európaiak 1930-ban megdöntötték a kínai rekordot, amikor megtanulták, hogyan kell fúrótornyokkal 3 kilométeren keresztül átszúrni a földet. Az 1950-es évek végén a kutak 7 kilométerre terjedtek ki. Megkezdődött az ultramély fúrás korszaka.

A legtöbb globális projekthez hasonlóan a Föld felső héjának megfúrásának ötlete az 1960-as években, az űrrepülések csúcspontján, valamint a tudomány és technológia határtalan lehetőségeiben való hitben született. Az amerikaiak nem kevesebbet fogantottak meg, mint egy kúttal átmenni a teljes földkéregen, és mintákat venni a felső köpeny kőzeteiből. A köpeny fogalmai akkoriban (mint ahogyan most is) csak közvetett adatokon alapultak - a szeizmikus hullámok terjedési sebességén a belekben, amelynek változását a különböző korú és összetételű kőzetrétegek határaként értelmezték. A tudósok úgy vélték, hogy a földkéreg olyan, mint egy szendvics: fiatal sziklák a tetején, ősi sziklák alul. A Föld külső héjának és felső köpenyének szerkezetéről és összetételéről azonban csak a szupermély fúrások adhattak pontos képet.

Mokhol projekt

1958-ban jelent meg az Egyesült Államokban a Mohol szupermélyfúrási program. Ez az egyik legmerészebb és legtitokzatosabb projekt a háború utáni Amerikában. Sok más programhoz hasonlóan Moholnak is az volt a célja, hogy megelőzze a Szovjetuniót a tudományos rivalizálásban, és ezzel világrekordot állítson fel az ultramély fúrásban. A projekt neve a "Mohorović" szavakból ered - ez a horvát tudós neve, aki megkülönböztette a földkéreg és a köpeny határfelületét - Moho határát, és a "lyuk", ami angolul "kút". A program készítői úgy döntöttek, hogy fúrnak az óceánban, ahol a geofizikusok szerint a földkéreg sokkal vékonyabb, mint a kontinenseken. A csöveket több kilométerre a vízbe kellett süllyeszteni, 5 kilométert át kellett haladni az óceán fenekén, és el kellett érni a felső köpenyt.

1961 áprilisában a Karib-tenger Guadeloupe szigeténél, ahol a vízoszlop eléri a 3,5 km-t, a geológusok öt kutat fúrtak, ezek közül a legmélyebb 183 méter mélyen hatolt be a fenékbe. Az előzetes számítások szerint ezen a helyen, az üledékes kőzetek alatt a földkéreg felső rétegével - a gránittal - találkoztak. De az üledékek alól kiemelkedett mag tiszta bazaltokat tartalmazott – a gránitok egyfajta antipódját. A fúrás eredménye elbátortalanította és egyben inspirálta a tudósokat, elkezdték a fúrás új szakaszának előkészítését. De amikor a projekt költsége meghaladta a 100 millió dollárt, az Egyesült Államok Kongresszusa leállította a finanszírozást. Mohol egyik feltett kérdésre sem válaszolt, de a lényeget megmutatta: szupermély fúrás az óceánban lehetséges.

A temetést elhalasztják

Az ultramély fúrás lehetővé tette a mélységbe való betekintést és annak megértését, hogy a sziklák hogyan viselkednek magas nyomáson és hőmérsékleten. Tévesnek bizonyult az az elképzelés, hogy a mélységű kőzetek sűrűbbé válnak, porozitásuk csökken, valamint a száraz altalajról alkotott álláspont. Ezt először a Kola szupermély fúrása során fedezték fel, az ősi kristályos rétegekben más kutak is megerősítették azt a tényt, hogy sok kilométeres mélységben a kőzeteket repedések törik meg, és számos pórus hatol át, a vizes oldatok pedig több száz nagy nyomás alatt szabadon mozognak. atmoszférák. Ez a felfedezés az ultramély fúrás egyik legfontosabb vívmánya. Kénytelen volt újra rátérni a radioaktív hulladék eltemetésének problémájára, amelyet mélykutakba kellett volna helyezni, ami teljesen biztonságosnak tűnt. Figyelembe véve a szupermély fúrások során az altalaj állapotára vonatkozó információkat, az ilyen tárolók létrehozására irányuló projektek most nagyon kockázatosnak tűnnek.

A kihűlt poklot keresve

Azóta a világ belebetegedett az ultramély fúrásba. Az Egyesült Államokban új program készült az óceánfenék tanulmányozására (Deep Sea Drilling Project). A kifejezetten erre a projektre épített Glomar Challenger több évet töltött különféle óceánok és tengerek vizein, közel 800 kutat fúrva a fenekükbe, amelyek maximális mélysége elérte a 760 métert. Az 1980-as évek közepére a tengeri fúrások eredményei megerősítették az elméletet a lemeztektonika. A geológia mint tudomány újjászületett. Eközben Oroszország a saját útját járta. A probléma iránti érdeklődés, amelyet az Egyesült Államok sikerei váltottak ki, a „Föld belsejének feltárása és szupermély fúrások” című programot eredményezte, de nem az óceánban, hanem a kontinensen. Évszázados története ellenére a kontinentális fúrás teljesen új üzletnek tűnt. Végül is korábban elérhetetlen mélységekről beszéltünk - több mint 7 kilométerről. 1962-ben Nyikita Hruscsov jóváhagyta ezt a programot, bár őt inkább politikai, mint tudományos indítékok vezérelték. Nem akart lemaradni az Egyesült Államok mögött.

A Fúrási Technológiai Intézetben újonnan létrehozott laboratóriumot a híres olajmunkás, a műszaki tudományok doktora, Nikolai Timofejev vezette. Azt az utasítást kapta, hogy támassza alá a szupermély fúrás lehetőségét kristályos kőzetekben - gránitokban és gneiszekben. A kutatás 4 évig tartott, és 1966-ban a szakértők ítéletet hoztak - lehet fúrni, és nem feltétlenül a holnap felszerelésével, elég a már meglévő berendezés. A fő probléma a hőség a mélyben. Számítások szerint, ahogy behatol a földkérget alkotó kőzetekbe, a hőmérsékletnek 33 méterenként 1 fokkal kell emelkednie. Ez azt jelenti, hogy 10 km-es mélységben körülbelül 300 ° C-ra, 15 km-en pedig majdnem 500 ° C-ra kell számítani. A fúrószerszámok és eszközök nem bírják az ilyen melegítést. Olyan helyet kellett keresni, ahol a belek nem voltak olyan forróak …

Ilyen helyet találtak - a Kola-félsziget ősi kristályos pajzsát. A Föld Fizikai Intézetében készült jelentésben az olvasható: fennállásának több milliárd éve alatt a Kola-pajzs lehűlt, a hőmérséklet 15 km-es mélységben nem haladja meg a 150 °C-ot. A geofizikusok pedig elkészítették a Kola-félsziget hozzávetőleges szakaszát. Ezek szerint az első 7 kilométer a földkéreg felső részének gránitrétege, majd kezdődik a bazaltréteg. Ezután általánosan elfogadottá vált a földkéreg kétrétegű szerkezetének ötlete. De mint később kiderült, a fizikusok és a geofizikusok is tévedtek. A fúrási helyet a Kola-félsziget északi végén, a Vilgiskoddeoayvinjärvi-tó közelében választották ki. Finnül azt jelenti, hogy "a Farkas hegye alatt", bár ezen a helyen nincsenek hegyek vagy farkasok. A 15 kilométeres tervezési mélységű kút fúrása 1970 májusában kezdődött.

Eszköz az alvilág számára

A Kola kút SG-3 fúrásához nem volt szükség alapvetően új eszközök és óriásgépek létrehozására. Elkezdtünk dolgozni azzal, amivel már rendelkeztünk: a 200 tonnás teherbírású Uralmash 4E egységgel és könnyűfém csövekkel. Amire akkoriban valóban szükség volt, az nem szabványos technológiai megoldásokra volt. Valóban, ilyen nagy mélységű kemény kristályos kőzetekben senki nem fúrt, és hogy mi lesz ott, azt csak általánosságban képzelték el. A tapasztalt fúrók azonban rájöttek, hogy bármilyen részletes is a projekt, egy igazi kút sokkal összetettebb lesz. Öt évvel később, amikor az SG-3 mélysége meghaladta a 7 kilométert, egy új Uralmash 15 000 fúróberendezést telepítettek, amely akkoriban az egyik legmodernebb volt. Erőteljes, megbízható, automatikus kioldó mechanizmussal, akár 15 km hosszú csősornak is ellenáll. A fúrótorony egy 68 m magas, teljesen burkolt ernyővé változott, amely ellenáll az Északi-sarkon tomboló erős szélnek. A közelben miniüzem, tudományos laboratóriumok és törzstároló nőtt.

Kis mélységben végzett fúrásnál a felületre egy motort szerelnek fel, amely a csősort egy fúróval forgatja a végén. A fúró egy vashenger gyémánt vagy kemény ötvözet fogakkal - egy kicsit. Ez a korona sziklákba harap, és vékony oszlopot vág ki belőlük - egy magot. A szerszám lehűtéséhez és a kis törmelékek eltávolításához a kútból fúrófolyadékot pumpálnak bele - folyékony agyagot, amely folyamatosan kering a kútfurat mentén, mint a vér az erekben. Egy idő után a csöveket a felszínre emelik, kiszabadítják a magból, kicserélik a koronát, és az oszlopot ismét leengedik az alsó lyukba. Így működik a hagyományos fúrás.

És ha a hordó hossza 10-12 kilométer, átmérője 215 milliméter? A csősor lesz a legvékonyabb szál, amelyet leeresztenek a kútba. Hogyan kell kezelni? Hogyan lehet látni, hogy mi történik az arcán? Ezért a Kola-kútra, a fúrósor aljára miniatűr turbinákat szereltek fel, amelyeket nyomás alatt csövön keresztül szivattyúzott fúróiszap fúrásával indítottak el. A turbinák keményfém fúrót forgattak és magot vágtak. Az egész technológia jól kidolgozott, a kezelőpanel kezelője látta a fúró forgását, ismerte a sebességét és tudta irányítani a folyamatot.

8-10 méterenként több kilométeres csőszálat kellett felemelni. A le- és feljutás összesen 18 órát vett igénybe.

A "7" szám alattomossága

7 kilométer – a végzetes Kola szupermély jele. Mögötte kezdődött a bizonytalanság, a sok baleset és a sziklákkal való folyamatos küzdelem. A hordót nem lehetett függőlegesen tartani. Amikor először utaztunk 12 km-t, a kút 21°-kal eltért a függőlegestől. Bár a fúrók már megtanultak dolgozni a kútfurat hihetetlen görbületével, nem lehetett továbbmenni. A kutat a 7 km-től kellett fúrni. Ahhoz, hogy kemény kőzetekben függőleges lyukat készítsünk, nagyon kemény aljára van szükség a fúrófüzérnek, hogy az olajként kerüljön a belekbe. De egy másik probléma is felmerül - a kút fokozatosan tágul, a fúró lelóg benne, mint egy üvegben, a kút falai összeomlanak, és lenyomhatják a szerszámot. A probléma megoldása eredetinek bizonyult - az inga technológiáját alkalmazták. A fúrót mesterségesen ringatták a kútban, és elnyomta az erős rezgéseket. Emiatt a törzs függőlegesnek bizonyult.

A leggyakoribb baleset minden szereléken a csőszál elszakadása. Általában újra megpróbálják befogni a csöveket, de ha ez nagy mélységben történik, akkor a probléma helyrehozhatatlanná válik. 10 kilométeres fúrásban hiába keresünk szerszámot, egy ilyen lyukat dobtak és újat indítottak, kicsit feljebb. Sokszor előfordult csőtörés és veszteség az SG-3-nál. Ennek eredményeként az alsó részén a kút úgy néz ki, mint egy óriási növény gyökérrendszere. A kút elágazása felzaklatta a fúrókat, de a geológusok boldogsága volt, akik váratlanul háromdimenziós képet kaptak a több mint 2,5 milliárd évvel ezelőtt keletkezett ősi archeai kőzetek lenyűgöző szegmenséről.

1990 júniusában az SG-3 elérte a 12 262 m mélységet, a kutat 14 km-ig elkezdték felkészíteni a fúrásra, majd ismét baleset történt - 8 550 méteres magasságban elszakadt a csőszál. A munka folytatása hosszas előkészítést, eszközök megújítását és újabb költségeket igényelt. 1994-ben a Kola Superdeep fúrását leállították. 3 év után bekerült a Guinness Rekordok Könyvébe, és még mindig felülmúlhatatlan. A kút jelenleg a mélybélek tanulmányozására szolgáló laboratórium.

Titkos belek

Az SG-3 a kezdetek óta minősített létesítmény. A határzóna, a kerületi stratégiai lelőhelyek és a tudományos prioritás a hibás. Az első külföldi, aki a fúróhelyre látogatott, a Csehszlovák Tudományos Akadémia egyik vezetője volt. Később, 1975-ben egy cikk jelent meg a Kola Superdeepről a Pravdában Alekszandr Sidorenko geológiai miniszter aláírásával. A Kola-kútról továbbra sem jelentek meg tudományos publikációk, de néhány információ külföldre szivárgott ki. A pletykák szerint a világ kezdett többet tanulni - a legmélyebb kutat a Szovjetunióban fúrják.

Valószínűleg egészen a „peresztrojkáig” titokzatosság fátyla lebegett volna a kút felett, ha nem lett volna 1984-ben Moszkvában a Földtani Világkongresszus. Gondosan készültek a tudományos világ egy ilyen nagy eseményére, még a Földtani Minisztériumnak is új épületet építettek - sok résztvevőt vártak. De a külföldi kollégákat elsősorban a Kola szupermély érdekelte! Az amerikaiak egyáltalán nem hitték el, hogy megvan. A kút mélysége ekkorra elérte a 12 066 métert. Már nem volt értelme elrejteni a tárgyat. Az orosz geológia eredményeit bemutató kiállítás várta a kongresszus résztvevőit Moszkvában, az egyik standot az SG-3 kútnak szentelték. A szakértők a világ minden tájáról tanácstalanul néztek egy hagyományos fúrófejre, amelynek kopott keményfém fogai vannak. És ezzel a világ legmélyebb kútját fúrják? Hihetetlen! A Zapolyarny településre geológusok és újságírók nagy delegációja érkezett. A látogatóknak bemutatták a fúrótornyot működés közben, és 33 méteres csőszakaszokat eltávolítottak és leválasztottak. Körös-körül pontosan ugyanolyan fúrófejek voltak halomban, mint a moszkvai állványon.

Az ismert geológus, Vlagyimir Belousov akadémikus fogadta a Tudományos Akadémia küldöttségét. Egy sajtótájékoztatón a hallgatóság egy kérdést tett fel neki:

- Mi a legfontosabb, amit a Kola-kút mutatott?

- Uraim! A legfontosabb, hogy azt mutatta, hogy semmit sem tudunk a kontinentális kéregről – válaszolta őszintén a tudós.

Mély meglepetés

Természetesen tudtak valamit a kontinensek földkérgéről. Azt a tényt, hogy a kontinensek nagyon ősi, 1,5-3 milliárd éves kőzetekből állnak, még a Kola-kút sem cáfolta. Az SG-3 mag alapján összeállított geológiai metszet azonban pont az ellenkezője lett annak, amit a tudósok korábban elképzeltek. Az első 7 kilométert vulkáni és üledékes kőzetek alkották: tufák, bazaltok, breccsák, homokkövek, dolomitok. Mélyebben feküdt az úgynevezett Conrad-szakasz, amely után a kőzetekben a szeizmikus hullámok sebessége meredeken megnőtt, amit a gránitok és a bazaltok közötti határként értelmeztek. Ez a szakasz már régen átment, de a földkéreg alsó rétegének bazaltjai soha nem jelentek meg sehol. Éppen ellenkezőleg, elkezdődtek a gránitok és a gneiszek.

A Kola szelvénye megcáfolta a földkéreg kétrétegű modelljét, és megmutatta, hogy a belekben lévő szeizmikus szakaszok nem a különböző összetételű kőzetrétegek határai. Inkább azt jelzik, hogy a kő tulajdonságai megváltoztak a mélységgel. Magas nyomáson és hőmérsékleten a kőzetek tulajdonságai láthatóan drámaian megváltozhatnak, így a gránit fizikai jellemzőiben hasonlóvá válik a bazaltokhoz, és fordítva. A 12 kilométeres mélységből a felszínre emelt „bazalt” azonban azonnal gránittá vált, bár útközben súlyos „keszonbetegség” támadást szenvedett el - a mag összeomlott és lapos plakkokká bomlott fel. Minél tovább ment a kút, annál kevesebb minőségű minta került a tudósok kezébe.

A mélység sok meglepetést tartogatott. Korábban természetes volt azt gondolni, hogy a földfelszíntől való távolság növekedésével, a nyomás növekedésével a kőzetek monolitikusabbá válnak, kevés repedéssel, pórussal. Az SG-3 az ellenkezőjéről győzte meg a tudósokat. 9 kilométertől kezdve a rétegek nagyon porózusnak bizonyultak, és szó szerint tele voltak repedésekkel, amelyek mentén vizes oldatok keringtek. Később ezt a tényt a kontinenseken más szupermély kutak is megerősítették. A vártnál sokkal melegebbnek bizonyult a mélységben: akár 80 fokkal is! A 7 km-nél az alsó lyuk hőmérséklete 120 ° C volt, 12 km-nél már elérte a 230 ° C-ot. A Kola-kút mintáiban a tudósok felfedezték az arany mineralizációját. Ősi kőzetekben 9, 5-10, 5 km mélységben nemesfém zárványokat találtak. Az arany koncentrációja azonban túl alacsony volt a lelőhely igényléséhez – átlagosan 37,7 mg/tonna kőzet, de ez elegendő ahhoz, hogy más hasonló helyeken várható.

Az orosz ösvényen

A Kola-kút 1984-es bemutatója mély benyomást tett a világ közösségére. Sok ország megkezdte tudományos fúrási projektek előkészítését a kontinenseken. Az 1980-as évek végén Németországban is jóváhagytak egy ilyen programot. A KTB Hauptborung ultramély kutat 1990-től 1994-ig fúrták, a terv szerint 12 km-es mélységet kellett volna elérnie, de a beláthatatlanul magas hőmérséklet miatt csak a 9,1 km-ig lehetett eljutni. A fúrási és tudományos munkával kapcsolatos adatok nyíltsága, a jó technológia és a dokumentáció miatt a KTV ultramély kút továbbra is az egyik leghíresebb a világon.

E kút fúrásának helyét Bajorország délkeleti részén, egy 300 millió évesre becsült ősi hegylánc maradványán választották ki. A geológusok úgy vélték, hogy valahol itt van egy zóna, ahol két lemez egyesül, amelyek egykor az óceán partjai voltak. A tudósok szerint az idő múlásával a hegyek felső része elkopott, feltárva az ősi óceáni kéreg maradványait. Még mélyebben, tíz kilométerre a felszíntől a geofizikusok egy nagy testet fedeztek fel, abnormálisan magas elektromos vezetőképességgel. Azt is remélték, hogy egy kút segítségével tisztázzák a természetét. A fő kihívás azonban a 10 km-es mélység elérése volt, hogy tapasztalatokat szerezzenek az ultramély fúrások terén. A Kola SG-3 anyagainak tanulmányozása után a német fúrók úgy döntöttek, hogy először egy 4 km mély próbakutat fúrnak, hogy pontosabb képet kapjanak az altalaj munkakörülményeiről, teszteljék a technikát és vegyenek egy magot. A kísérleti munka végén a fúrási és tudományos berendezések nagy részét módosítani kellett, valamit újra kellett alkotni.

A KTV Hauptborung fő - szupermély - kutat mindössze kétszáz méterre fektették le az elsőtől. A munkához egy 83 méteres tornyot emeltek, és egy 800 tonna teherbírású, akkoriban legerősebb fúrótornyot hoztak létre. Számos fúrási műveletet automatizáltak, elsősorban a csőszál leengedésének és visszanyerésének mechanizmusát. Az önvezető függőleges fúrórendszer lehetővé tette egy majdnem függőleges furat készítését. Elméletileg ilyen berendezésekkel 12 kilométeres mélységig lehetett fúrni. De a valóság, mint mindig, bonyolultabbnak bizonyult, és a tudósok tervei nem váltak valóra.

A problémák a KTV-kútnál 7 km-es mélység után kezdődtek, megismételve a Kola szupermély sorsát. Eleinte úgy gondolják, hogy a magas hőmérséklet miatt a függőleges fúrórendszer tönkrement, és a lyuk ferdén ment. A munka végén a fenék 300 m-rel eltért a függőlegestől, majd elkezdődtek a bonyolultabb balesetek - elszakadt a fúrószál. Akárcsak Kolán, itt is új aknákat kellett fúrni. Bizonyos nehézségeket okozott a kút beszűkülése - felül 71 cm, alul - 16,5 cm átmérőjű volt, a végeláthatatlan balesetek és a magas -270 °C-os fenékhőmérséklet miatt a fúrók abbahagyták a munkát, nem messze a kitűzött céltól.

Nem mondható el, hogy a KTV Hauptborung tudományos eredményei meglepték a tudósok képzeletét. A mélyben főként amfibolitok és gneiszek, az ősi metamorf kőzetek rakódtak le. Az óceán konvergenciazónáját és az óceáni kéreg maradványait sehol sem találták meg. Talán egy másik helyen vannak, itt van egy kis kristályos masszívum, 10 km magasra felfelé. Egy kilométerre a felszíntől grafit lelőhelyet fedeztek fel.

1996-ban a német költségvetésnek 338 millió dollárba kerülő KTV kút a potsdami földtani tudományos központ védnöksége alá került, mély altalaj megfigyelő laboratóriummá és turisztikai célponttá alakították.

A világ legmélyebb kútjai

1. Aralsor SG-1, Kaszpi-tengeri alföld, 1962-1971, mélység - 6, 8 km. Keressen olajat és gázt.

2. Biikzhal SG-2, Kaszpi-tengeri alföld, 1962-1971, mélység - 6, 2 km. Keressen olajat és gázt.

3. Kola SG-3, 1970-1994, mélység - 12 262 m Tervezési mélység - 15 km.

4. Saatlinskaya, Azerbajdzsán, 1977-1990, mélység - 8 324 m Tervezési mélység - 11 km.

5. Kolvinskaya, Arhangelszk régió, 1961, mélység - 7057 m.

6. Muruntau SG-10, Üzbegisztán, 1984, mélység -

3 km. A tervezési mélység 7 km. Keress aranyat.

7. Timan-Pechora SG-5, Oroszország északkeleti része, 1984-1993, mélység - 6904 m, tervezési mélység - 7 km.

8. Tyumen SG-6, Nyugat-Szibéria, 1987-1996, mélység - 7502 m Tervezési mélység - 8 km. Keressen olajat és gázt.

9. Novo-Elkhovskaya, Tatarstan, 1988, mélység - 5881 m.

10. Vorotilovskaya kút, Volga régió, 1989-1992, mélység - 5374 m. Gyémántok keresése, Pucsezs-Katunszkaja astrobleme tanulmányozása.

11. Krivoy Rog SG-8, Ukrajna, 1984-1993, mélység - 5 382 m Tervezési mélység - 12 km. Keressen vastartalmú kvarcitokat.

Ural SG-4, Közép-Urál. 1985-ben fektették le. Tervezési mélység - 15 000 m Jelenlegi mélység - 6 100 m Rézércek felkutatása, az Urál szerkezetének tanulmányozása. En-Yakhtinskaya SG-7, Nyugat-Szibéria. Tervezési mélység - 7500 m Jelenlegi mélység - 6900 m. Olaj és gáz keresése.