Попытки проникнуть в мантию Земли предпринимались людьми с начала 1960-х годов. Человечество не оставляло желания узнать, что кроется под толщей земной коры. В итоге самую глубокую дыру в мире пробурили на территории России. Но другие страны тоже имеют яркие результаты на этом поприще.
Проект "Мохол"
Впервые бурить Землю с целью достичь мантии начали в начале 1960-х годов. Инициаторами были американские ученые. Свой проект они назвали «Мохол». Такое название было данью уважения американцев ученому Андрею Мохоровичу. Именно ему удалось открыть границу между земной корой и мантией.
Наука не стоит на месте, но ученые продвинулись недалеко в изучении земных глубин. По словам Деймона Тигла, работающего в Саутгемптонском университете, современное научное сообщество имеет только теоретическое представление о том, что скрывается под земной корой.
В далекие 60-е знаний было еще меньше, поэтому вопросу бурения уделялось немало внимания. Первые попытки проникновения в глубь были предприняты в океане. В качестве подходящего места был выбран участок недалеко от острова Гуадалупе, у западного побережья Мексики.
Для процесса исследования использовалась специальная лодка. Отказ от работ на суше объяснялся тем, что в области океанского дна кора тоньше.
Глубина американской дыры составила 182 м ниже уровня дна. Но после такая деятельность была признана слишком дорогой и проект свернули. Все, что удалось добыть – это немого базальта.
Участие России
В научную гонку по изучению мантии Земли Советский Союз вступил в начале 70-х. И здесь, в отличие от опыта с Луной, русские опередили американцев. Им удалось пробурить дыру глубиной 12 км. При этом диаметр отверстия в нижней части составил 23 см.
Назвали самую глубокую дыру в мире «Кольская сверхглубокая скважина».
Процесс, который начали советские ученые, завершили уже российские специалисты в 1992 году. Причиной остановки бурения стала слишком высокая температура. Она достигла уровня 185 градусов по Цельсию. При таких условиях в скважине накапливается жидкость, и процесс бурения становится все более сложной задачей. По словам геолога Бенджамина Эндрюса, копать при такой температуре – это равносильно тому, как пытаться удержать дыру в центре горячего супа.
На данный момент скважина запечатана при помощи металлической крышки.
Попытки немецких ученых
Специалисты в Германии начали бурение в направлении мантии в 1990 году. Сам процесс проходил на территории Баварии. Его определили как немецкую программу по глубокому бурению. Результат оказался достойным – глубина скважины достигла 9 тыс. м. Но в итоге немцы столкнулись с той же проблемой, что и русские – высокой температурой (265 °C).
Результат оказался предсказуем – бурение было остановлено.
Японский проект
Япония тоже решила уделить внимание бурению в направлении мантии Земли. Сделали это ученые Страны восходящего солнца в 2002 году. Для этих целей было специально запущено буровое судно Chikyu, оснащенное GPS и способное вести до 9 км буровых труб.
Этот проект финансировала не только Япония, свои ресурсы подключили Китай, Индия, Корея, Европа, Новая Зеландия и Австралия. Одной из ключевых задач было глубокое бурение с целью изучения процессов, формирующих землетрясения.
Все попытки были закончены в 2019 году, после того как бур опустился на глубину 3 км. Те, кто был на корабле, описывали последние полгода работы как нечто крайне сложное.
Позже корабль JOIDES resolution тоже был направлен на миссию бурения. Это судно использовалось для подобных работ с 1985 года. Цель была поставлена следующая: сделать скважину глубиной 1200 м на дне Индийского океана.
Ученые рассчитывали, что таким образом сумеют добраться до мантии. Но попытка оказалась провальной.
Бурение в Корнуолле
Британские ученые активно занялись вопросом изучения мантии Земли в 2018 году. За проект отвечала компания Geothermal Engineering Limited, которая начала рыть ямы в Корнуолле. В качестве источника электроэнергии для работы бура британцы планировали использовать тепло от горячих камней.
В 2019 году была достигнута глубина в 4 тыс. м. На этом уровне бурение было остановлено из-за высокой температуры (90 °C).
Западная Антарктида
Здесь также велись работы в 2019 году. Результатом стала самая глубокая скважина в данном регионе – 2000 метров. В рамках этого проекта для бурения использовался не стандартный механизм, а шланг высокого давления. Вода при температуре 90 °C растапливала лед до нужной глубины.
Как только была получена полноценная скважина, ученые ускорили процесс, поскольку она начинала замерзать.
В других частях Антарктиды были пробурены и более глубокие ямы. Одна из них достигла глубины в 2400 м.
На Южном полюсе удалось проникнуть вглубь на 2200 м.
Чем примечательна Кольская скважина
Основным ее отличием является самая большая глубина в мире – 12 262 м. Находится Кольская скважина в 10 км от города Заполярного. Это Мурманская область. Место бурения – геологический Балтийский щит.
В мире есть и другие сверхглубокие скважины. Но Кольская, в отличие от них, создавалась специально для исследования литосферы. По этой причине и место выбирали тщательно. Речь идет о нижней границе земной коры, на которой постоянно фиксируются скачкообразные скоростные импульсы продольных сейсмических волн. Бурили там, где вулканические породы, образовавшиеся приблизительно 3 млрд лет назад, выходят на поверхность.
В определенный период на Кольской сверхглубокой скважине функционировали 16 исследовательских лабораторий. Ученые ожидали, что смогут обнаружить заметную границу между гранитами и базальтами. Но по всей глубине они встречали только гранит.
В 1995 году проект был окончательно закрыт из-за недостатка финансирования. Все, на что хватает нынешних средств, выделяемых ЮНЕСКО, - это поддержание буровой станции в рабочем состоянии и изучение тех образцов пород, которые были добыты ранее.
Странности Кольской сверхглубокой скважины
Изначально ученые планировали получить повышение температуры только на самом нижнем уровне. Но уже на глубине 5 км стало горячо (70 °C). Когда бур дошел до глубины 12 тыс. метров, температура составляла 200 °C. Этот показатель на 100 единиц превышал сделанный прогноз.
В итоге кольскими бурильщиками было поставлено под сомнение послойное строение земной коры на глубине до 12 тыс. м. На то, чтобы получить такие результаты, ушло 30 лет постоянной работы.
По словам Давида Губермана, директора научно-производственного центра «Кольская сверхглубокая», на базе полученных данных было сделано много важных открытий.
Например, ученые узнали, что большинство прежних тезисов о строении земной коры оказались неверны. Исследователи выяснили, что воспринимать Землю как объект, структура которого напоминает слоеный пирог, - это ошибка.
Еще одно неожиданное открытие сводилось к тому, что жизнь на планете возникла намного раньше, чем думали прежде. Разница в расчетах составила 1,5 млрд лет.
Также ученые думали, что на значительных глубинах нет органики. Но в итоге были найдены 14 видов микроорганизмов, которые окаменели. Возраст тех слоев, где их обнаружили, составляет 2,8 млрд лет.
В итоге была пересмотрена теория биологического происхождения таких углеводородов, как газ и нефть.
Помимо этого исследователи получили новые данные о процессе рудообразования на уровне глубинных слоев земной коры. Одним из образующих факторов оказалось наличие сильно минерализованных вод на большой глубине.
Также были получены и полезные для государства результаты. Имеется в виду обнаружение промышленных медно-никелевых руд. Запасов оказалось более чем достаточно для полноценного функционирования местного никелевого комбината.