Зачем нужны такие глубокие скважины?
От нашего корреспондента в Германии
ЗНАЛ ли ты, что всего в девяти километрах от твоего дома температура достигает 300 градусов Цельсия? Но не беспокойся, это пекло под тобой, на глубине 9 000 метров! И чтобы уж точно твои пятки не поджарились, ты закрыт щитом, именуемым земной корой.
Именно эта кора и привлекла к себе внимание Континентального проекта глубокого бурения, который осуществляется близ Виндишэшенбаха, немецкой деревушки, что недалеко от границы с Чехией. Целью проекта было пробурить скважину глубиной более 10 километров, чтобы исследовать этот щит. Однако, когда достигли девятикилометровой глубины, бурение пришлось остановить из-за огромной температуры. Но с какой стати понадобилось бурить такую глубокую скважину?
Глубокое бурение не ново. Известно, что в 600 году до н. э. китайцы пробурили скважину глубиной более 500 метров, чтобы найти рассол. С промышленной революцией в западных странах волчий аппетит на сырье ускорил развитие технологии бурения. Однако недавнее бурение было продиктовано более неотложным делом, чем коммерческие интересы: жизнь людей висит на волоске. Как же так? И какая польза может быть от бурения?
В чем важность глубокого бурения?
Во-первых, залежи некоторых минералов настолько быстро истощаются, что они — на грани исчезновения. Можно ли те же минералы, допустим, в стадии их образования, найти глубже под землей? На этот вопрос поможет ответить глубокое бурение.
Во-вторых, из-за роста мирового населения все больше людей становятся жертвами землетрясений. Добрая половина всех людей живет в районах, где бывают землетрясения. Это включает в себя более трети жителей всех величайших городов на земле. Но как землетрясения связаны с бурением? «Исследование литосферы [внешняя оболочка Земли] позволяет сделать более точные прогнозы» — сообщается в буклете «Скважина» («Das Loch»). Да, у человека есть все основания, чтобы постараться раскрыть тайны земли.
И все же бурение обходится очень дорого. Цена немецкого проекта составляет 528 миллионов немецких марок. Неужели нет других способов проникнуть в тайны нашей планеты? И да, и нет. Наука пришла ко многим заключениям о составе земли, используя лишь то, что есть на поверхности. Но сверхглубокая скважина — единственный способ проверить, правильны ли эти заключения, и исследовать горные породы, которые под чрезвычайно высоким давлением и высокой температуре сохранились до сих пор. Образно говоря, глубоким бурением можно попробовать докопаться до сути вещей.
Но довольно общих фраз о бурении. Почему бы нам не посетить Виндишэшенбах? Что, боишься научной терминологии? Не бойся. Наш экскурсовод, геолог, обещал объяснить все доходчиво.
Удивительная буровая вышка
Мы были поражены, увидев буровую установку, которая вздымалась над скважиной на высоту 20-этажного дома. Буровая вышка — вот что особенно привлекает в этом проекте даже неспециалистов. И есть еще много интересного.
К примеру, возьмем само место расположения вышки. Когда ученые планировали сверхглубокую скважину, они не собирались бурить где попало. В газете «Цайт» писалось об этом проекте: «Если вы хотите понять, как происходят землетрясения, сосредоточтесь на тех областях, где сталкиваются или расходятся подземные плиты». Именно Виндишэшенбах лежит непосредственно над границей двух подземных континентальных плит, или медленно передвигающихся частей земной коры.
Считают, что в прошлом эти две плиты столкнулись с такой силой, что подняли части нижнего слоя земной коры так, что до них можно добраться благодаря современной технологии. Бурение сквозь различные скальные породы производит то, что наш экскурсовод назвал геологическим шашлыком. Какова же глубина скважины?
Световое табло на информационном бюро 12 октября 1994 года высветило максимальную глубину: «9 101 метр». Что же это за глубина? Если бы был лифт, чтобы доставить нас на дно, спуск занял бы почти полтора часа. Но это было бы незабываемым путешествием. Почему? Потому что, пока бы мы спускались, температура через каждую тысячу метров увеличивалась бы на 25—30 градусов Цельсия. Следовательно, на данной глубине нас поджидала бы жара в 300 градусов Цельсия. Мы рады, что наш визит не включал в себя экскурсию на дно! Но разговор о температуре подводит нас к другой интересной особенности этого проекта.
Примерно на глубине 9 000 метров скважина пересекает границу критической температуры, равной 300 градусам Цельсия. Почему критической? Потому что, когда породы подвергаются такому нагреву и высокому давлению, они переходят из твердого состояния в аморфное. Такой переход никогда не наблюдался в обычных условиях.
Также примечательна система, которая направляет бур. Чтобы вообразить уменьшенное подобие этой операции, представь, что ты держишь конец прута длинной метров сто и диаметром два миллиметра — толщина швейной иглы. А теперь представь, что ты пытаешься управлять миниатюрным сверлом, которое находится на другом конце этого прута. Очень скоро отверстие станет кривым, или сломается все устройство, или то и другое.
Чтобы автоматически корректировать траекторию, по которой движется бур, было разработано специальное оборудование. Эта система наведения оказалась настолько удачной, что на глубине 6 000 метров дно скважины отклонилось от перпендикуляра только на 8 метров. Это можно назвать достижением, и наш экскурсовод сказал, что это, «по-видимому, самая прямая скважина в мире»!
Спуско-подъемная операция, чтобы сменить насадку
Двигатель, который направляет бур, находится внизу, а не на поверхности. Следовательно, при бурении не крутится вся буровая колонна. И все же бурение на такую глубину — утомительное дело. Напряженно буря со скоростью один или два метра в час, каждая насадка, перед тем как ее сменить, проходит 50 метров пород. В то время как экскурсовод подводит нас ближе к вышке, мы видим, как бурильную трубу вытаскивают наружу именно с той целью, чтобы сменить насадку.
Огромные руки робота ухватываются и разъединяют каждую 40-метровую секцию трубы. Система монтажа труб представляет собой еще одну захватывающую особенность проекта. Эта новая система придумана, чтобы ускорить утомительный процесс монтажа и демонтажа колонны, или спуско-подъемную операцию, как это назвали специалисты бурения. Простого способа нет. Улыбаясь из под желтой каски, экскурсовод объясняет: «Чтобы поменять насадку, нам нужно вытащить все наружу!»
О чем нам могут поведать образцы?
Мы зашли в лабораторию и были ошеломлены, увидев ряды полок с образцами пород. Как эти образцы добыты из под земли? Двумя различными способами.
Один способ — срез: цилиндрические фрагменты пород берутся из земли. Не теряя времени эти срезы исследуют в лаборатории. Но стоит ли торопиться? Да, потому что в земной коре породы находятся под высоким давлением. Геофизики уже многое узнали об этом давлении, наблюдая, как каждый экземпляр «разворачивается» в течение нескольких первых дней своего пребывания над земной поверхностью.
Более распространенный способ — брать образцы во время обычного бурения. Жидкость закачивается в бурильную трубу, чтобы охлаждать насадку и смывать с нее осколки пород. Давление выталкивает жидкость и осколки на поверхность, где они разделяются при помощи фильтра. Жидкость используется по второму кругу, а осколки исследуются. Что же выявляют эти исследования?
По осколкам видно, какого типа эти породы, и определяют их электрические и магнитные свойства. Собираются данные о месторождении полезных ископаемых. Плотность породы показывает, с какой скоростью распространяется подземный толчок.
Пробы также выявили постоянные движения воды в обоих направлениях в пласте земли от поверхности до глубины 4 000 метров и ниже. «Это проливает совершенно новый свет на проблему удаления вредных веществ из разрезов и шахт»,— говорится в научно-популярном журнале «Обозрение естественных наук» («Naturwissenschaftliche Rundschau»).
Наша экскурсия подошла к концу, и мы сердечно попрощались с нашим экскурсоводом. Он доходчиво описал проект, как специалист, которому грандиозность стала привычной. Ученым Виндишэшенбах может казаться чем-то повседневным, но для нас это посещение было особенным.
[Иллюстрации, страница 10]
Вверху: измерение выреза, который достали из бура.
Слева: модель земной коры.
[Сведения об источнике]
KTB-Neuber