Proč vrtat tak hluboko?

Od dopisovatele Probuďte se! v Německu

VĚDĚLI jste, že jen asi devět kilometrů od vašeho domova se dá naměřit teplota tři sta stupňů Celsia? Ale nemějte strach, ten žár je hluboko pod vámi, v hloubce devíti tisíc metrů! A abyste si přece jen nepopálili nohy, jste zabezpečeni ochranným štítem, kterému se říká zemská kůra.

Touto kůrou se intenzivně zabývá Program kontinentálních hloubkových vrtů, jehož sídlo je poblíž německé vesnice Windischeschenbach nedaleko hranic s Českou republikou. Cílem programu bylo vyvrtat díru hlubokou přes deset kilometrů a pomocí ní ten ochranný štít zkoumat. Avšak jak ještě uvidíme, v hloubce devíti kilometrů se s vrtáním muselo přestat kvůli vysoké teplotě. Ale proč se vůbec trápit s vrtáním tak hluboké díry?

Hloubkové vrty nejsou ničím novým. V roce 600 př. n. l. se prý Číňané při hledání slané vody prokopali do hloubky pět set metrů. Od dob průmyslové revoluce Západ nenasytně baží po nerostných surovinách, a díky tomu technologie vrtání dělá rychlé pokroky. Nedávno však bylo vrtání vyvoláno něčím naléhavějším, než jsou obchodní zájmy: Jde o lidské životy. Jak to? A jak může pomoci nějaké vrtání do země?

Proč jsou hloubkové vrty důležité?

Za prvé, některé zdroje nerostných surovin země se spotřebovávají tak rychle, že mohou být úplně vyčerpány. Je možné najít tytéž minerály hlouběji v zemi, snad ještě v některé fázi jejich vývoje? To je otázka, na kterou hloubkové vrty možná odpovědí.

Za druhé, jak počet obyvatel světa roste, zemětřesení si vybírají stále větší daň na lidských životech. V oblastech, které jsou ohroženy zemětřesením, žije asi polovina světové populace, včetně obyvatel více než třetiny největších měst světa. Co mají zemětřesení společného s vrty? „Studium litosféry [vnějšího obalu země] má zpřesnit předpovědi,“ říká se v brožuře Das Loch (Díra). Ano, člověk má pádné důvody, aby se snažil poznat tajemství země.

Nicméně cena hloubkových vrtů je vysoká. Cena německého projektu je 350 milionů dolarů. Neexistují jiné způsoby, jak tajemství země odhalit? Ano i ne. Mnoho informací o složení země dokáže věda odvodit z údajů, které jsou získávány pomocí přístrojů umístěných na povrchu. Ale velmi hluboké vrty jsou jedinou možností, jak takové dedukce ověřit a jak zkoumat horniny, které jsou až dosud pod nesmírným tlakem a mají vysokou teplotu. Dalo by se říci, že hloubkové vrty se snaží dostat ke kořeni věcí.

Tolik o vrtech obecně. Proč nenavštívit přímo Windischeschenbach? Bojíte se odborné terminologie? Nemáte proč. Náš průvodce, geolog, nám slíbil, že jeho výklad bude jednoduchý.

Úžasná vrtná souprava

Když vidíme vrtnou soupravu, která se nad šachtou tyčí do výše dvacetipodlažní budovy, jsme ohromeni. Vrtná souprava je jednou z věcí, která tomuto projektu dodává zvláštní přitažlivost, jež působí i na neodborníky. A to ještě není všechno.

Vezměme například místo vrtu. Když vědci plánují velmi hluboký vrt, nevybírají jeho místo jen tak namátkou. List Die Zeit o projektu píše: „Jestliže chcete zjistit, jak dochází k zemětřesení, zaměříte se na ta místa, kde do sebe [podzemní] desky narážejí nebo kde se od sebe vzdalují.“ Právě takovým místem je Windischeschenbach. Leží přímo nad rozhraním dvou podzemních kontinentálních desek — pomalu se pohybujících částí zemské kůry.

Usuzuje se, že v minulosti do sebe tyto dvě desky narazily takovou silou, že vynesly k povrchu spodní části kůry; ty se tak dostaly na dosah moderní technologii. Vrtáním skrz různé horninové útvary vzniká to, čemu náš průvodce říká geologické ražniči. Jak je ten vrt hluboký?

Dne 12. října 1994 ohlašovala světelná tabule na informační budově maximální hloubku: „9101 metrů“. Jaká to je hloubka? Nu, kdybychom se měli výtahem dopravit na dno, trvalo by nám to téměř hodinu a půl. Byla by to ale cesta, na kterou bychom nikdy nezapomněli. Proč? Protože při sestupu bychom pocítili, jak teplota každých tisíc metrů stoupá o 25 až 30 stupňů Celsia. Při současné hloubce bychom tedy okusili úděsné horko — 300 stupňů Celsia. Jak jsme rádi, že výlet na dno není součástí prohlídky! Ale otázka teploty nás přivádí k jiné zajímavé stránce tohoto projektu.

V hloubce asi devět tisíc metrů šachta překračuje kritický práh tří set stupňů Celsia. Proč kritický? Protože když jsou horniny vystaveny takovému tlaku a teplotě, přestávají být pevné a začínají být tvárné. Taková změna nebyla nikdy pozorována v přirozeném prostředí.

Pozoruhodný je i systém, který řídí vrtačku. Znázorněme si tuto operaci ve zmenšeném měřítku: Dejme tomu, že držíte konec tyče, která je asi sto metrů dlouhá a má průměr dva milimetry, což je tloušťka silné šicí jehly. Teď si představte, že se snažíte řídit miniaturní vrták na druhém konci tyče. Velmi brzy budete mít křivou díru či zlomený nástroj, anebo obojí.

Bylo vyvinuto zařízení, které automaticky koriguje směr vrtačky, a udržuje tak vrt ve svislém směru. Tento navigační systém se ukázal tak úspěšný, že v hloubce 6000 metrů se dno díry odchyluje od svislice jen osm metrů. Vyvrtat díru, která, jak říká náš průvodce, je „pravděpodobně tou nejpřímější dírou na světě“, je značný úspěch.

Okružní cesta kvůli výměně vrtáku

Motor, který pohání vrtačku, je v šachtě, ne na povrchu, proto vrtné trubky při vrtání nerotují. Nicméně vrtání v takových hloubkách je namáhavý proces. Vrták se pachtí dolů rychlostí jeden nebo dva metry za hodinu a než je vyměněn, prokouše se asi padesáti metry horniny. Jak nás průvodce vede blíže k vrtné soupravě, všímáme si, že z šachty jsou vytahovány vrtné trubky, a to jen proto, aby se mohl vyměnit vrták.

Ohromné automatické ruce uchopí a odpojí každou čtyřicetimetrovou sekci potrubí. Systém pro práci s vrtnými trubkami je dalším fascinujícím rysem projektu. Systém byl nově navržen k tomu, aby urychlil únavný proces zdvihání a spouštění trubek, neboli okružní cestu, jak říkají odborníci na vrtání. Neexistuje žádná zkratka. Zpod žluté helmy vykukuje usměvavá tvář a vysvětluje: „Když chceme vyměnit vrták, musíme všechno vytáhnout!“

Co se můžeme dovědět ze vzorků?

Navštívili jsme laboratoř a jsme ohromeni, když vidíme řady polic plné vzorků hornin. Jak se vzorky dostanou ze země na povrch? Dvěma různými způsoby.

Jedním způsobem jsou speciální vrty; tak se získávají válcovité vzorky horniny. Výzkumníci v laboratoři neztrácejí ani chvilku a pozorují, jak se tyto vzorky chovají. Proč ten spěch? Protože v kůře je hornina pod silným tlakem. O tomto tlaku se geofyzikové mnoho dovědí tím, že sledují, jak se každý vzorek během několika prvních dní, kdy je nad zemí, „uvolňuje“.

Častěji se vzorky získávají při běžném vrtání. Vrtným potrubím se dolů vpouští tekutina, která chladí vrták a vyplavuje úlomky horniny. Tlak vyžene tekutinu i úlomky na povrch a tam se úlomky odfiltrují. Tekutina se použije znovu a úlomky se analyzují. Co taková analýza ukáže?

Testy určí typ horniny a zjistí její elektrické a magnetické vlastnosti. Údaje jsou shromažďovány podle toho, kde jsou rudná ložiska. Hustota horniny napovídá, jak rychle se zemí šíří zemětřesné vlny.

Testy také ukazují, že mezi povrchem a hloubkou pod 4000 metrů dochází k neustálému pohybu vody oběma směry. „To vrhá zcela nové světlo na problém ukládání škodlivých látek do dolů a šachet,“ říká k tomu vědecký časopis Naturwissenschaftliche Rundschau (Přírodovědecká revue).

Prohlídku končíme srdečným rozloučením s naším průvodcem. To, jak prostě popisoval projekt, dávalo tušit, že máme před sebou odborníka, pro kterého se výjimečné věci staly naprosto běžnými. Pro vědce je možná Windischeschenbach samozřejmostí, ale pro nás byla tato návštěva něčím zcela neobvyklým.

[Obrázky na straně 10]

Nahoře: Měření vzorků odebraných z vrtu

Vlevo: Model zemské kůry

[Podpisek]

KTB-Neuber