Люди рыли шахты, но ни одна из них не достигла ядра Земли. (Изображение предоставлено: aeduard / Getty Images)
Многочисленные слои Земли скрыты от наших глаз. Но что, если бы мы смогли пробурить отверстие в центре планеты, чтобы попасть на другую сторону? С какими экстремальными силами и температурами мы бы столкнулись в глубине планеты?
Хотя бурение сквозь Землю остается научной фантастикой, у ученых есть некоторые идеи о том, что может произойти, основанные на опыте других буровых проектов.
Диаметр Земли составляет 12 756 километров, поэтому для бурения через всю планету потребуется гигантский бур и десятилетия работы. (1)
По данным Геологической службы США, первым слоем, который необходимо пробурить, является земная кора толщиной около 100 км. Атмосферное давление будет расти по мере продвижения бура под землей. Каждые 3 метра горной породы соответствуют примерно одному атмосферному давлению, давлению на уровне моря, – сказал Даг Уилсон, исследователь-геофизик из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. «Это очень быстро увеличивается, когда речь идет о большом количестве километров», – сказал он. (2)
Самой глубокой из созданных человеком скважин на сегодняшний день является Кольская сверхглубокая скважина в России, глубина которой составляет 12,2 км. На ее дне давление в 4 000 раз превышает давление на уровне моря. По данным World Atlas, ученым потребовалось почти 20 лет, чтобы достичь этой глубины. А до следующего слоя – мантии – еще более 80 км, согласно данным Геологической службы США по слоям Земли. Мантия – это слой темной плотной породы толщиной 2 800 км, который приводит в движение тектонику плит. (3, 4)
(Изображение предоставлено: Illusion Specialist / Shutterstock)
Граница между мантией и ядром называется «Мохо» (сокращение от «Поверхность Мохоровичича»). Впервые ученые попытались прорыть здесь глубокое морское дно в 1950–1960-х годах в рамках проекта Mohole, но они не увенчались успехом. (5)
Отверстие, проделанное в попытке пробурить планету, обрушилось бы, если бы в него постоянно не закачивали буровой раствор. При бурении глубоководных и нефтяных скважин эта жидкость представляет собой смесь бурового раствора, в которую входят тяжелые минералы, например барий. Вес жидкости уравновешивает давление внутри скважины с давлением окружающей породы и не дает скважине разрушиться, объясняет Уилсон.
Буровой раствор выполняет еще две функции: он очищает буровое долото, чтобы песок и гравий не забивали механизм, и помогает снизить температуру, хотя в глубинных слоях Земли охладить бур будет практически невозможно.
Например, температура в мантии составляет 1 410 градусов по Цельсию. Нержавеющая сталь расплавилась бы, поэтому бур должен быть изготовлен из дорогого специализированного сплава, например титана, говорит Уилсон.
Пройдя через мантию, бур достигнет ядра Земли на глубине около 2896 км. Внешнее ядро состоит в основном из жидкого железа и никеля и очень горячее, его температура колеблется от 4000 до 5000 °C, согласно данным Калифорнийской академии наук. Бурение через этот горячий, расплавленный железо-никелевый сплав будет особенно сложным. (6)
«Это вызовет целый ряд проблем, – сказал в интервью Дэймон Тигл, профессор геохимии из Саутгемптонского университета (Великобритания). Бурение раскаленного внешнего ядра будет похоже на бурение в жидкости, и оно, скорее всего, расплавит бур, если не закачать вниз холодную воду».
Затем, через 5000 км, бур достигнет внутреннего ядра, где давление настолько сильно, что, несмотря на палящие температуры, ядро из никеля и железа остается твердым. «Давление будет просто неописуемым, – говорит Тигл, – около 350 гигапаскалей, что в 350 миллионов раз превышает атмосферное давление».
Все это время бур будет притягиваться к ядру земным притяжением. В центре ядра гравитация была бы похожа на орбитальную – фактически невесомость. Это потому, что притяжение массы Земли будет одинаковым во всех направлениях, говорит Уилсон.
Затем, когда бур продолжит движение к другой стороне планеты, гравитационное притяжение изменится относительно положения бура, и его снова потянет «вниз», к ядру. Буру придется работать против гравитации, проталкиваясь «вверх» к поверхности, обратно через внешнее ядро, мантию и кору, чтобы изменить направление движения вниз.
Если все эти препятствия будут преодолены, то самой большой проблемой после достижения средней точки будет то, что вам предстоит пройти «долгий путь», чтобы добраться до другой стороны, сказал Тигл.
Работает экологическим и научным журналистом более 15 лет. Пишет о науке, культуре, космосе и устойчивом развитии. Внештатный автор сайта «Знание – свет».
