Как добраться до центра Земли

Существует странная закономерность научных исследований: в то время как нам ничего не стоит подняться в небо на десяток километров, прыгнуть с парашютом с края атмосферы или запустить человека на тысячи километров в глубокий космос, спуск вниз даётся с трудом. По сей день максимальная исследованная человеком глубина ненамного превышает 10 км (0,2% от расстояния до центра Земли). Не то чтобы люди не хотели проникнуть глубже, и от этого будут огромные научные и коммерческие выгоды, но изо всех сил стараясь и веками совершенствуя инструменты и материалы, проникнуть в глубины планеты мы не сумели. Почему?

Краткий ответ: чем ближе к центру, тем жарче становится. В земной коре - внешней оболочке планеты, которая достигает глубины около 50 км - температура растёт примерно на 25 градусов каждый километр. Это означает, что на глубине 10 км температура выше 250°С. Пройдя через кору в верхнюю мантию, которая состоит из частично расплавленной породы, вы попадаете в диапазон температур 650-1200°С. Мы не знаем точно, но предположительно температура внутреннего ядра Земли около 5700 °С. Значительная часть этого тепла происходит от распада естественных радиоактивных элементов (урана, тория и калия).

Эти скачки температуры весьма кстати, если вы хотите использовать Землю для геотермального отопления и выработки электричества, но ужасны для бурения. Бурение, будь то сверление стены или нефтяная скважина, сдерживается двумя факторами: длиной бурильной колонны и температурой бурового долота. Бурильная колонна соединяет сверло с главным приводом на поверхности Земли, обеспечивая крутящий момент (включение питания) и буровой раствор (для охлаждения сверла). Бурильное долото, проходящее через твёрдую породу, значительно нагревается за счёт трения. Эффективность бурильного долота при высоких температурах может поддерживаться за счёт использования материалов с высокими температурами плавления, например, карбида вольфрама и алмазов, но и у них есть свой предел.

В случае Кольской сверхглубокой скважины бурение пришлось прекратить, когда температура 180 градусов была зафиксирована на глубине 12262 м. Инженеры считают, что могли пробурить немного дальше, но решили прекратить работы, так как сверло перестало бы функционировать на 15 км при температуре 300 градусов. Бурение заняло 19 лет - с 1970 по 1989 год, и Кольская сверхглубокая скважина так и остаётся самым глубоким искусственным отверстием на Земле.

Дон Уолш, Жак Пикар и Джеймс Кэмерон разделили титул людей, достигших максимальной глубины, оказавшись на дне Марианской впадины (около 11 км ниже уровня моря). Марианская впадина является самой глубокой точкой мирового океана, так что в ближайшее время глубже человек погрузиться не сможет. (Кольская скважина всего несколько дюймов в поперечнике, и маловероятно бурение новых скважин, которые будут достаточно широкими, чтобы вместить человека-исследователя).

Как же проникнуть глубже?

Даже если улучшения в области материаловедения и нанотехнологий смогут удвоить прочность и силу наших свёрл и долото, мы будем лишь на полпути через кору, и до ядра останутся тысячи километров.

Пока имеется только один полуреальный способ. В двух работах, опубликованных в 2005 и 2008 годах, два исследователя из Шеффилдского университета предложили самопогружающуюся ядерную капсулу для изучения земных недр. Их предложение выглядит неправдоподобным и одновременно простым. Это сфера 30 см в диаметре из радиоактивного кобальта-60, она помещается в вольфрамовую капсулу и оставляется плавить земную кору.

Кобальт-60 достаточно горячий, чтобы расплавить камень (около 1000 градусов), в то время как крайняя точка плавления вольфрама 3400 градусов позволит капсуле выдерживать температуру мантии Земли. Исследователи говорят, что капсула достигнет глубины 20 км в первый год, а затем погрузится на 100 км за 30 лет. Опускаясь, капсула будет оставлять след расплавленной породы, которая затем затвердевает, создавая звуки, которые можно фиксировать с поверхности. Эти звуки смогут рассказать о составе слоёв, через которые проходит капсула, в теории обеспечивая заметно больше информации, чем нынешние методы изучения недр. Сама капсула может быть оснащена датчиками и средствами для самостоятельного излучения звуков.

В документе это не упоминается, но должна быть возможность протянуть кабель из вольфрама на поверхность, для лучшей связи. Также в голову приходит идея о том, чтобы "засасывать" расплавленную породу, отправляя её наверх. В 2003 году профессор Калифорнийского технологического института предложил подобную идею, заливая расплавленное железо в трещину в земле, а затем погружая в него зонд, а не полагаясь на радиоактивные материалы.

Гравитационный поезд

Кроме научных преимуществ в виде познания строения Земли, могут быть и другие плюсы путешествия к центру планеты. Главное - захоронение ядерных отходов: вместо того, чтобы тратить миллиарды долларов на строительство хранилища ядерных отходов в горах и пещерах, просто потопим их в землю, и пусть мать-природа разбирается сама

Есть ещё более диковинные идеи. Гравитационный поезд, земной эквивалент космического лифта, будет состоять из туннеля, который проходит сквозь Землю от края до края. Гравитационный вагон ускоряется, падая к центру Земли, и затем замедляет скорость при приближении к поверхности. На самом деле, не существует известных материалов, которые могут выдерживать воздействие температуры или давления (около 3 млн. атмосфер) ядра Земли, так что гравитационный поезд является фантастикой. Однако эта идея могла бы быть реализована на луне или планете без горячего ядра.

Извлечение большое количество геотермальной энергии из глубокой скважины будет возможно. Скважину можно также применять как способ избавиться от мусора, вроде мусоросжигательного завода. И если когда-то человечеству придётся эвакуироваться с поверхности планеты - ядерная зима, астероид или по другим причинам - мы сможем создать цивилизацию в пределах земной коры. Конечно, еслитамуже нет своей цивилизации.

Всё, что нужно знать о БУРЕНИИ СКВАЖИН