为什么俄罗斯人要封锁科拉超深钻孔?

由:詹妮弗Walker-Journey|
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这个被碎石包围的蓝白相间的小井盖是俄罗斯40,230英尺(12,262米)深的科拉超深钻孔的全部密封材料。维基媒体/(CC BY-SA 4.0)

当美国和苏联在伟大的时期专注于太空探索时60年代的太空竞赛当时,美国和苏联也在争夺另一种霸权:通往地球中心的霸权,或者至少是尽可能靠近地球中心的霸权。

1958年,美国人发射了项目超深钻这是一项计划,通过钻探到墨西哥瓜达卢佩岛附近的海底,从地幔中提取样本。在美国国家科学基金会的资助下,他们在海底钻了601英尺(183米),直到1966年该项目被美国众议院叫停。

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1970年,苏联人开始了他们的尝试,在俄罗斯摩尔曼斯克(摩尔曼斯克位于巴伦支海附近的挪威边境外)钻探地下。它被称为科拉超深钻孔它更成功,深入到地球深处,收集到的样本至今仍令科学家们惊叹不已。

为什么要在地球上挖这么深?“为了解决关键的科学问题”,这些问题可能会为我们这个星球的一些最大的科学谜团提供答案,他说乌尔里希·哈姆斯博士。哈姆斯是位于德国波茨坦的德国地球科学研究中心的德国科学地球探测联盟的负责人。他参观了科拉钻孔,浏览了岩心样本储存库,甚至还摸了摸现在已经废弃的井口。

虽然科拉超深钻孔从未到达地壳尽管如此,它仍然是世界上最深的人造洞。

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科拉钻孔很深

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俄罗斯的科拉超深钻孔是世界上最深的钻孔。它比马里亚纳海沟深,比珠穆朗玛峰的高度还深。西蒙Kuestenmacher

在一个废弃的钻井现场,在腐烂的木头和废金属片(曾经矗立在俄罗斯的井架和房屋的残骸)之间,隐藏着一个小小的、不起眼的、重型维修孔盖,用十几个生锈的大螺栓固定在那里。在地下——从地面上几乎看不见——直径只有9英寸(23厘米)的是世界上最深的钻孔。

科拉超深钻孔深入地球表面约40,230英尺(12,262米)或7.6英里(12.2公里)。从角度来看,这个洞的深度相当于珠穆朗玛峰和富士山的高度。它也比海洋的最深处更深马里亚纳海沟它位于海平面以下11,034米(36,201英尺)的深度。

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的角度来看,地球的最外层我们站立的地面被称为大陆地壳,大约有25英里(40公里)厚。

下一层是地幔,继续延伸1800英里(2896公里)。在到达地球内核之前,外核延伸约1400英里(2250公里),内核是一个热的,密集的,主要是铁球,半径约为758英里(1220公里)。从你站的地方,地球的核心它在你脚下大约1802英里(2900公里)。

所以,虽然科拉是一个深得令人印象深刻的钻孔,但与地球的深度相比,它的深度却出奇地浅。总的来说,科拉只穿透了地壳的三分之一,占到地球总距离的0.2%地心

这也花了一些时间。事实上是几年。科拉油田于1970年5月24日开始钻探。我们的目标是走得越远越好科学家们届时预计将达到9.3英里(15公里)。到1979年,这个项目已经打破所有世界纪录当它超过6英里(9.5公里)时,就会出现人造洞。

1989年,钻井深度达到地表以下40230英尺(12262米)。这是人类所能到达的最深的点。此时,井内温度从预期的212华氏度(100摄氏度)上升到356华氏度(180摄氏度)。(稍后会详细介绍。)

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尽管钻探深度超过4万英尺(12192米),但研究人员几乎没有触及地壳表面。
CRStocker /伤风

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为什么要钻得这么深?

钻大洞有各种各样的原因,最明显的是为了开采化石燃料和金属等资源。其他一些深刻的例子包括百岁老人宾厄姆峡谷铜矿在盐湖城附近的山区,有一个深四分之三英里(1.2公里),宽2.5英里(4公里)的坑金伯利钻石矿在南非,又名“大洞”,这是世界上最大的洞之一,是人工挖的,没有机器。

哈姆斯说,以科学的名义挖洞也是为了更好地理解以下事情:

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  • 地质灾害,如地震和火山爆发
  • 地热和能源等地质资源
  • 地球和地球上生命的进化
  • 将过去的环境变化更好地投射到未来

“一个详细的例子是,非常接近地震带的观测允许[研究人员]监测即使是最微小的地震对应力和应变的反应的开始和传播,”Harms说。“我们希望恢复这些近场物理、化学和机械数据,从根本上理解这些在实验室实验或计算机模型中无法简化的过程。”

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很难挖得这么深

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1992年苏联解体后,科拉超深钻孔被废弃。如今,它已是一片狼藉。维基媒体/(CC BY-SA 4.0)

1977年,美国宇航局发射了旅行者1号进入太空,超越太阳系进入星际空间。的2022年8月到目前为止,这颗卫星已经在太空中飞行了146亿英里(235亿公里)。那么,为什么在20年的时间里,工程师们只能深入地球几英里呢?

事实证明,前往地球中心的旅程比研究人员预期的要棘手一些。例如,当20世纪70年代在科拉超深钻孔场地开始钻探时,钻头穿过了花岗岩而毫不费力。但当钻井机到达4.3英里(6.9公里)深时,地层变得更加致密,更难以钻孔。

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结果,钻头破裂,团队不得不多次改变钻井方向。Harms说:“因此,我们钻了好几条井眼,直到最终形成一条相当垂直的井眼。”得到的钻孔图案类似于一棵圣诞树。

工程师们继续挖掘,但钻得越深,地球就越热。温度梯度与科学家的预测一致预测下降到大约10万英尺(30408米)。但在此之后,随着他们钻得更深,热量加剧,直到在大约7.5英里(12公里)的地方达到356华氏度(180摄氏度)的温度。这与他们预期的212华氏度(100摄氏度)有天壤之别。

工程师们还发现,当他们犁过最初的14,800英尺(4,511米)时,岩石的孔隙度和渗透性要大得多。再加上极高的温度,使得岩石表现得更像塑料而不是固体,使得钻探几乎不可能。

这样的温度超出了他们的钻井设备的能力,但苏联人一直坚持到1992年,但从未比1989年达到的深度更深。由于没有达到9.3英里(15公里)的目标,钻井人员别无选择,只能停止工作。演习地点已正式确定关闭2005年,这个洞被封上了。

这些年来,包括德国、奥地利和瑞典在内的其他国家也进行了其他尝试。这些洞都没有科拉超深钻孔深,尽管有些洞更长,偏离了垂直方向。

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他们在科拉超深钻孔里发现了什么?

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(左起顺时针方向)钻井室工人;从科拉井中提取的一块岩心;一块来自地壳6238.25米(20465英尺)深处的变质玄武岩。Pechenga

科学家们从科拉超深钻孔中发现了很多东西。首先,他们意识到他们需要更新地球内部的温度图,因为他们遇到了比预期高得多的温度。

他们还惊讶于没有从花岗岩到玄武岩的过渡,地质学家称之为“康拉德不连续面,这是根据地震反射调查的结果推断存在的。

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另一个发现是液态水,比他们之前认为可能存在的深度要深得多。哈姆斯说:“其中一个意想不到的结果肯定是出现了充满盐水的开放裂缝,这表明地壳并不致密,但存在允许流体流动的途径。”研究人员怀疑,水可能是在地球内部难以置信的高压下从岩石晶体中挤出来的。

更令人兴奋的是在岩石中发现了生物活动。在4.4英里(7公里)深的地方,研究人员发现了几十块化石来自20亿年前的单细胞海洋生物。最明显的证据是包裹在有机化合物中的微观化石,尽管周围岩石的极端压力和温度,它们仍然令人惊讶地完好无损。

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我们能挖得更深吗?

是的,最终。但是,Harms说,“挖掘深度超过12公里(7.45英里)取决于两个关键因素:温度和钻孔稳定性,后者取决于应力、应变和钻井液成分和重量。”考虑到那里的温度预计高达500华氏度(250摄氏度),这将需要一些技术相当先进的设备。

天空中真正的馅饼——或者更确切地说,在地球上——将到达地球的地幔,地幔是从地壳开始的,大约在我们脚下25英里(40公里)处。

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哈姆斯说:“如果我们通过钻探进入地幔,我们可以了解很多关于地幔的信息。”“地球科学家想要进入真实的原位地幔,以了解这个仍然存在争议的边界的本质,我们没有新的样本,这些样本包含地壳和地幔如何相互作用的信息,流体和岩浆滴如何从地幔逃逸到地壳并最终进入我们的水圈,以及它们如何为生物圈提供食物-或者物质如何逃逸回地幔。”18luck手机登录18新利最新登入

“沿着这条边界,我们的星球如何进化的大圆圈仍然是18新利最新登入个谜,因此莫霍不连续(地壳和地幔之间的边界)是科学研究的主要目标。”

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