你有沒有想過,如果我們一直往下挖會發生什麼?我們能挖多深?可以挖穿地球嗎?如果這麼做會發生什麼?從20世紀60年代到90年代,美國和前蘇聯分別試圖找出答案。
前往地球中心的競賽
地球的地殼是由岩石組成的,距離地表大約50公里,而地核距離地表至少6730公里。美國和蘇聯的地質學家都渴望瞭解地殼和地核之外的地質奧秘,就像登陸太空一樣,他們又開始了一場競賽,希望成為第一人。
1960年,美國率先在墨西哥太平洋沿岸的海底啟動了莫霍計劃。與地球表面的地殼相比,海底的地殼肯定更薄,美國人認為從那裡鑽探會更容易。
他們首先將6個大浮標沉入水下60米,並將它們定位成一個圓圈。然後,他們利用聲納將一艘海軍駁船直接移過浮標圈,並在圈子的中心固定了一個巨大的鑽井平臺。
鑽井平臺安裝到位後,他們迫不及待地在海底鑽了5個孔,最深的孔洞是海床以下183米,水深3600米處。這次鑽探是前所未有的:不是因為洞的深度,而是因為深水中的一個不受束縛的平臺能夠鑽入海底。
此外,核心樣本被證明是有價值的,首次穿透中新世沉積物,最低13米由玄武岩組成。所有人都認為這次試鑽計劃取得了巨大成功,吸引了科學界和石油工業的關注。
然而,這一發現並沒有得到人們的支援,他們認為莫霍計劃是個燒錢計劃。因為僅僅6年,莫霍計劃就耗費了約5000萬美元,最後由於資金問題,美國人不得不放棄了該專案。
在蘇聯方面,他們於1965年開始了鑽探專案,比起美國,他們至少提前5年計劃了該專案。為此,蘇聯地質部成立了地球內部和超深鑽探研究部門間科學理事會。他們詳細的計劃確保了專案在整個過程中不會出現資金短缺的情況,也確保了他們能夠在最可行的區域進行鑽探。
委員會花了很長時間調查各個地區,直到他們決定在科拉半島的佩琴加區作為最合適的地點。接著,他們在此建造了一個合適的鑽井平臺,並建造了一個保護鑽機的外殼,順便說一下,這個保護性的外殼有60米高。他們還準備了合適的鑽井機械,併發明瞭新的裝置來促進深鑽。
常規的深鑽鑽機使用旋轉軸鑽機,但蘇聯人認為,在足夠深的地方,旋轉軸鑽機的工作效果並不好。然後,他們造出了一種鑽頭,其中軸保持穩定,只有末端的鑽頭旋轉。蘇聯人設計了這個豎井,讓鑽井泥漿順著豎井往下泵,這些泥漿對鑽頭施加壓力,讓它旋轉,鑽進地殼。
這在他們預期的非常大的深度下效果不佳。相反,他們想出了一種鑽頭,其中軸保持穩定,只有末端的鑽頭旋轉。蘇聯人設計的豎井允許將鑽井泥漿泵入其長度,這種泥漿對鑽頭施加壓力,使其旋轉並鑽入地殼。
科拉超深鑽孔
科拉超深鑽孔於1970年5月24日開始鑽探。科拉超深鑽孔不是一個鑽孔,而是由一個主孔和其他幾個分支組成。蘇聯在專案過程中使用了兩臺鑽機,Uralmash-4E 和 Uralmash-15000。他們計劃挖穿波羅的海地盾大陸地殼,深達15000米 。
到1983年,鑽孔人員已經鑽到了11900米深。然後他們停止鑽探,直到1984年,在休耕期間,蘇聯科學家和政治家參觀了現場,並在全國範圍內對鑽孔進行了大量宣傳。普通的蘇聯公民關注著有關鑽孔的新聞,併為他們的國家在美國失敗的地方取得了成功而感到自豪。
1984年恢復鑽探,鑽孔人員鑽到了12066米。此時,1984年9月27日,一個鑽柱段在4876米處脫落。他們停止了鑽探,然後在另一個7000米深度的鑽洞重新開始。
1989年,最深的鑽孔SG-3深達12262米。順便說一下,SG-3的直徑只有23釐米。然後,由於該深度處的溫度非常高,並且對鑽孔產生了不利影響,因此鑽孔人員不得不停止下來。根據他們的計算,孔洞最深處預計會遇到100°C溫度,但結果卻是180°C。
這種極高的溫度使得岩石在那個深度變成了多孔的、可滲透的、類似塑膠的狀態。這使得鑽孔幾乎不可能進行,因為每次鑽孔人員取出鑽頭進行更換時,可塑性岩石就會流過並堵死鑽孔。研究人員試圖透過泵入冰冷的鑽井泥漿來解決高溫問題,但卻沒有達到要求的效果。
由於這個問題沒有有效的解決方案,科學家們別無選擇,只能停止進一步鑽探。此時他們距離早先提出的達到15000米的目標還有2800米遠。
科拉超深鑽孔的地質發現
在鑽探過程中,蘇聯人收集了到了大量的地質資料,這些資料為我們瞭解地球提供了啟發。面對新的事實資料,地質學家不得不放棄許多之前持有的理論。
在深入研究地殼之前,地質學家透過對地球表面的研究和調查以及記錄地震活動來收集必要的資訊。根據以前的資料,他們注意到地震波的速度在地球表面以下3到6公里的地方變得更快。地質學家認為這是由於岩石地殼發生了變化,上部花崗岩變成了一層玄武岩。
他們把這種假定的岩石過渡稱為康拉德不連續面,並發現它發生在所有大陸的下方。然而,在科拉超深鑽孔中,鑽機並沒有遇到它,他們發現花崗岩向下延伸到12公里甚至更多。地質學家們隨後意識到,由於在那個深度的高溫和壓力,岩石經歷了變質變化,這些變化就是他們獲得地震反射結果的原因。簡而言之,花崗岩仍然是花崗岩,但在高溫高壓作用下發生了結構變化。
地球深處的生命
令蘇聯地質學家驚訝的是,當他們到達6千米深處時,他們在提取的樣本中發現了微小的浮游生物化石。有24種浮游生物,測試結果表明這些化石至少有20億年的歷史。氮和氧層包裹著化石。令人難以置信的是,他們能在那麼深的高溫中毫髮無損。
科拉超深鑽孔中的地下水
科拉超深鑽孔的另一個令人難以置信的發現是在6千米深的地方發現了水。它滲入了花崗岩的裂縫中。可是水是從哪裡來的呢?地質學家推測,可能是礦物的相互作用產生了它,由於它不能穿過頭頂上不透水的岩石表面,所以它一直留在地下。
科拉超深鑽孔的盡頭
1989年鑽孔停止後,工人們就離開了,再也沒有回來恢復工作。蘇聯於1995年解體,但當局直到2005年才正式宣佈取消該專案。2008年,他們拆除了鑽孔平臺和建築物,並在SG-3上安裝了鋼帽。
在這個生鏽的廢棄金屬蓋下面,是人類挖過的最深的洞,你相信嗎?
美國花了6年時間,耗資5000萬美元,挖了個寂寞。蘇聯花了24年,耗資不計其數,最終挖了12262米。地球平均半徑是6371千米,也就是說,蘇聯花了24年也就挖了可憐的0.2%。看來,人類目前想要挖穿地球想法,依靠現在的科技水平肯定是無法實現的。
傳奇的終結-現在的科拉深井
最後,截至到2021年,該鑽孔仍是地球上最深的人工鑽孔。要了解它的深度,請將其與馬裡亞納海溝中11000米的挑戰者深淵(地球上最深的自然點)和8848米高的珠穆朗瑪峰進行比較。SG-3 的深度測量超過了挑戰者深淵的深度和珠穆朗瑪峰的高度。