Miksi porata niin syvälle?

Herätkää!-lehden Saksan-kirjeenvaihtajalta

OLETKO tiennyt, että vain noin yhdeksän kilometrin päässä kodistasi vallitsee kihisevä, 300 asteen kuumuus? Ei silti syytä huoleen, sillä tämä kuumuus on kaukana alhaalla, 9000 metrin syvyydessä. Ja jotta jalkasi eivät missään tapauksessa kärventyisi, turvanasi on suojus, jota sanotaan maankuoreksi.

Maankuoren tutkiminen on keskeisellä sijalla eurooppalaisessa syväkairausohjelmassa (Kontinentales Tiefbohrprogramm), jonka toteutuspaikka sijaitsee Windischeschenbach-nimisessä saksalaiskylässä, josta ei ole kuin lyhyt matka Tšekin tasavallan rajalle. Kairausohjelman tarkoituksena oli tutkia tätä suojakuorta kymmenen kilometrin syvyyteen kairattavan reiän avulla. Kairaaminen oli kuitenkin lopetettava yhdeksän kilometrin syvyyteen kuumuuden takia, kuten tulemme havaitsemaan. Miksi sitten nähdä kaikki se vaiva, mikä näin syvän reiän poraamiseen liittyy?

Syväkairaus ei ole mitään uutta. Kiinalaisten tiedetään vuorisuolaa etsiessään poranneen vuoden 600 eaa. paikkeilla yli 500 metrin syvyyteen. Teollisesta vallankumouksesta länsimaissa alkanut kyltymätön raaka-aineitten saamisen halu on vienyt kairaustekniikkaa nopeasti eteenpäin. Viime aikoina kairausten tekemiseen on kuitenkin löytynyt pakottavampikin syy kuin vain taloudellisen hyödyn tavoitteleminen: ihmisten turvallisuus on kyseessä. Mikä siihen on syynä? Entä miten reikien maahan kairaamisesta voi olla apua?

Syväkairausten arvo

Ensiksi, joitakin maapallon mineraalivaroja käytetään nykyään niin nopeasti, että ne saattavat kulua loppuun. Voidaanko syvemmältä maan uumenista löytää näitä samoja mineraaleja, jotka kenties ovat vielä jollakin kehitysasteellaan? Siinä kysymys, johon syväkairaukset saattavat antaa vastauksen.

Toiseksi, maailman väkiluvun kasvaessa maanjäristykset vaativat entistä enemmän ihmishenkiä. Noin puolet maailman asukkaista asuu alueilla, joilla on olemassa maanjäristysten vaara. Runsas kolmannes maailman suurimmista kaupungeista on tällaisilla alueilla. Mitä tekemistä maanjäristyksillä on kairausten kanssa? ”Litosfäärin [maan kivikuoren] tutkimisen ansiosta pitäisi olla mahdollista laatia tarkempia ennusteita”, kertoo syväkairaushanketta esittelevä kirjanen Das Loch. Ihmisellä on siis kaikki syyt yrittää selvittää maapallon salaisuuksia.

Syväkairaaminen ei kuitenkaan ole mitään halpaa puuhaa. Saksalainen kairaushanke on tullut maksamaan yli 1,6 miljardia markkaa. Onko olemassa muita keinoja planeettamme salaisuuksien selvittämiseen? On ja ei ole. Tutkijat ovat kyenneet tekemään monenlaisia päätelmiä maapallon rakenteesta maanpinnalle sijoitettujen mittauskojeitten avulla. Näiden päätelmien varmistaminen ja niiden kivilajien tutkiminen, jotka tähän asti ovat olleet kovan paineen alaisina ja erittäin kovassa kuumuudessa, on mahdollista ainoastaan siten, että maahan kairataan todella syvä reikä. Syväkairauksilla pyritään pääsemään niin sanoaksemme asioitten ytimeen.

Se kairaamisesta yleensä. Miksemme vierailisi Windischeschenbachissa kairauspaikalla? Lukijan ei tarvitse olla huolissaan, jos luonnontieteen termistö on hänelle vierasta. Oppaaksemme lähtevä geologi on luvannut selittää asiat yksinkertaisesti.

Hyvin erikoinen kairauskoneisto

Olemme hämmästyneitä nähdessämme, että reiän päällä olevalla kairauskoneistolla on yhtä paljon korkeutta kuin 20-kerroksisella talolla. Pelkästään kairauskoneisto on jo niin erikoinen, että se saa tavallisen maallikonkin kiinnostuksen heräämään tätä hanketta kohtaan. Eikä siinä kaikki.

Ajatellaanpa vaikka itse kairauspaikkaa. Tälle huikean syvälle reiälle ei valittu kairauspaikkaa sattumanvaraisesti. Sanomalehti Die Zeit kirjoitti tästä kairaushankkeesta: ”Sen, joka haluaa saada tietää, miten maanjäristykset syntyvät, täytyy keskittyä paikkoihin, joissa [maanalaiset] laatat törmäävät vastakkain tai loittonevat toisistaan.” Windischeschenbach on tällainen paikka, sillä se on suoraan kahden maanalaisen mannerlaatan eli kahden hitaasti liikkuvan maankuoren osan rajalinjan päällä.

Näiden kahden laatan arvellaan törmänneen toisiinsa joskus menneisyydessä sellaisella voimalla, että maankuoren alempia osia on työntynyt vinosti ylöspäin lähemmäksi maan pintaa, jolloin niihin kyetään yltämään uusimman tekniikan avulla. Reiän kairaaminen erilaisten kivimuodostumien läpi antaa tulokseksi geologisen kebab-vartaan, kuten oppaamme asian ilmaisee. Miten syvä tämä reikä on?

12. lokakuuta 1994 ilmaantuivat informaatiorakennuksen päällä olevalle valotaululle uudet ennätyssyvyydestä kertovat lukemat: ”9101 metriä.” Millaisesta syvyydestä on kysymys? Jos meidän pitäisi mennä reiän pohjalle hissillä, matka alas kestäisi melkein puolitoista tuntia. Siitä kuitenkin tulisi meille unohtumaton matka. Alaspäin mentäessä lämpötila näet nousee aina tuhannen metrin välein 25–30 asteella. Niinpä nykyisessä syvyydessä vastaamme tulisi polttava 300 asteen kuumuus. Miten iloisia saammekaan olla siitä, että vierailuohjelmaamme ei kuulu käynti reiän pohjalla! Lämpötilakysymys viekin meidät erääseen toiseen kiintoisaan, tähän kairaushankkeeseen liittyvään asiaan.

9000 metrin syvyydessä poranreikä saavuttaa kriittisen 300 lämpöasteen kynnyksen. Kriittisen sen takia, että näin kovassa kuumuudessa ja paineessa kivilajit muuttuvat kiinteästä aineesta taipuisaksi aineeksi. Tätä muuttumista ei ole vielä päästy tarkastelemaan luonnollisessa ympäristössä.

Hyvin erikoinen on myös se järjestelmä, jolla poraa ohjataan. Kuvitellaanpa, että kairaustyökalujen mittakaavaa pienennettäisiin. Pitäisit kädessäsi sellaisen puikon päätä, jolla on pituutta sata metriä ja paksuutta saman verran kuin vahvalla ompeluneulalla eli kaksi millimetriä, ja yrittäisit ohjailla pienoisporaa toisesta päästä. Ei aikaakaan, kun tapahtuisi joko niin, että reikä menee mutkalle tai pora menee palasiksi, tai tapahtuisi molemmat.

Kehitettiin laite, joka automaattisesti korjailee kairan suuntaa ja siten pitää reiän pystysuorassa. Tämä suuntausjärjestelmä on osoittautunut niin hyväksi, että 6000 metrin matkalla reiän poikkeama pystysuorasta suunnasta on ainoastaan 8 metriä. Melkoinen saavutus, ja kyse on ”todennäköisesti maailman suorimman reiän” poraamisesta, oppaamme sanoja lainataksemme.

Poratangon edestakaiset matkat terän vaihtamiseksi

Kairaa pyörittävä moottori ei sijaitse maan pinnalla, vaan ”alhaalla reiässä”. Poratangon ei näin ollen tarvitse pyöriä koko pituudeltaan kairattaessa. Näin syvälle menevän reiän kairaaminen ei silti ole mitään kevyttä puuhaa. Kairanterä tekee reikää 1–2 metriä tunnissa, ja kun terällä on jauhettu kiveä noin 50 metriä, se vaihdetaan uuteen. Kun opas vie meidät lähemmäksi kairauskoneistoa, näemme, miten poratankoa parhaillaan nostetaan reiästä juuri tätä tarkoitusta varten, kairanterän vaihtamiseksi.

Poratanko on koottu 40 metrin mittaisista putkista, ja vahvat robottikädet tarttuvat niihin ja irrottavat ne toisistaan. Poratangon käsittelyjärjestelmä on myös erittäin mielenkiintoinen. Järjestelmä on vastikään uusittu, jotta poratangon aikaa vievä nostaminen ja laskeminen eli ”round-trip” – kuten kairauksen asiantuntijat sanovat – kävisi nopeammin. Oikotietä ei ole. Hymyilevät kasvot kurkistavat keltaisen suojakypärän alta ja selittävät: ”Terää ei voi vaihtaa, ennen kuin kaikki on vedetty ulos!”

Mitä näytteistä voidaan tutkia?

Tutustumme laboratorioon ja olemme ihmeissämme nähdessämme, että siellä on monta riviä hyllyjä, jotka ovat täynnä kivinäytteitä. Miten nämä näytteet on otettu maasta? Siihen on kaksi eri menetelmää.

Yksi menetelmä on se, että kairattaessa syntyvä pyöreä kivitappi, kairaussydän, otetaan pätkinä talteen. Pätkät tutkitaan aikaa hukkaamatta laboratoriossa. Mistä moinen kiire? Kiviaine on maankuoressa ollessaan ollut voimakkaan paineen alaisena. Geofyysikot pystyvät tekemään monenlaisia päätelmiä tästä paineesta, kun he seuraavat, millä tavoin ”jännitys laukeaa” kustakin kairausnäytteestä sen ollessa ensimmäisiä päiviään maanpinnalla.

Yleisempi menetelmä on se, että näytteitä otetaan normaalin kairaamisen aikana. Poratankoon pumpataan nestettä jäähdyttämään kairanterää ja huuhtelemaan ulos porajauhoa. Paine nostaa nesteen ja porajauhon maanpinnalle, jossa ne erotetaan toisistaan suodattimen avulla. Neste käytetään uudelleen ja porajauho analysoidaan. Mitä analyyseissä paljastuu?

Näytteistä määritetään kokeitten avulla kivilaji ja sen sähköiset ja magneettiset ominaisuudet. Malmikerrostumien sijaintipaikoista kertovat tiedot kootaan talteen. Kallioperän tiheys antaa viitteitä siitä, miten nopeasti maanjäristys etenee maan läpi.

Kokeissa on myös ilmennyt, että vesi on jatkuvassa liikkeessä molempiin suuntiin maanpinnan ja 4000 metrin syvyyden välillä, ja saattaapa vesi käydä vielä syvemmälläkin. ”Tämä tuo täysin uuteen valoon ne ongelmat, jotka liittyvät vaarallisten aineitten varastointiin kaivoksiin ja kaivoskuiluihin”, tiedelehti Naturwissenschaftliche Rundschau selittää.

Kiertokäyntimme päätteeksi jätämme lämpimät hyvästit oppaallemme. Kairaushankkeen vaatimattomasta esittelytavasta näki, että hän oli asiantuntija, jolle tietyt suuret asiat olivat muuttuneet rutiiniksi. Tutkijoista Windischeschenbach voi tuntua arkipäiväiseltä, mutta meille tämä käyntimme oli kyllä jotakin hyvin erikoista.

[Kuvat s. 10]

Yllä: kairaussydänten tutkimista

Vasemmalla: maankuoren pienoismalli

[Lähdemerkintä]

KTB-Neuber