Varför borrar man så djupt?

Från Vakna!:s korrespondent i Tyskland

VISSTE du att det bara något mindre än en mil från ditt hem råder en temperatur på stekheta 300 grader Celsius? Men var inte orolig — hettan är långt under dig, på ett djup av omkring 9.000 meter! Och för att dina fötter inte skall bli svedda skyddas du av en ”sköld” kallad jordskorpan.

Jordskorpan är i centrum för uppmärksamheten vid vad som kallas Programmet för kontinental djupborrning nära byn Windischeschenbach i Tyskland, nära gränsen till Tjeckien. Syftet med detta program var att borra ett 10 kilometer djupt hål för att utforska den skyddande jordskorpan. Som vi kommer att få se lite längre fram blev man dock tvungen att avbryta borrandet efter nio kilometer på grund av hettan. Men varför göra sådana ansträngningar för att borra ett så djupt hål?

Att borra djupt är inte något nytt. Det omtalas att man i Kina år 600 f.v.t. borrade till mer än 500 meters djup i sitt sökande efter salt. Alltsedan den industriella revolutionen har västvärldens omättliga aptit på råvaror drivit fram en snabb utveckling av borrningstekniken. På senare tid har emellertid något mera angeläget än kommersiella intressen kommit att motivera att man borrar: Mänskligt liv står på spel. Hur då? Och hur kan borrande i marken vara till hjälp?

Varför är djupborrning viktigt?

För det första förbrukas en del av jordens mineraltillgångar så snabbt att de kan komma att bli helt uttömda. Kan samma mineral påträffas djupare ner i jorden, kanske ännu i sina bildningsfaser? Det är en fråga som djupborrning kan ge svar på.

För det andra skördar jordbävningar, i takt med att jordens befolkning ökar, ett ständigt ökande antal människoliv. Omkring hälften av jordens befolkning lever i områden som hotas av jordbävningar, vilket innefattar invånarna i mer än en tredjedel av världens största städer. Vad har då jordbävningar med borrande att göra? Broschyren Das Loch (Hålet) berättar: ”Utforskningen av litosfären [jordens yttre skal] bör göra det möjligt att få mer exakta prognoser.” Ja, människan har sannerligen goda skäl att försöka lära känna jordens hemligheter.

Men kostnaderna för djupborrning är mycket höga. För det tyska projektet anslogs 528 miljoner tyska mark — omkring 2,5 miljarder kronor. Finns det då inga andra sätt att komma underfund med vår planets hemligheter? Både ja och nej. Vetenskapsmän kan dra en hel del slutsatser om jordens inre uppbyggnad genom att använda instrument som finns på jordytan. Men ett extremt djupt borrhål är det enda sättet att pröva dessa slutsatser och att undersöka bergarter som fram till nu befunnit sig under de extremaste tryck- och temperaturförhållanden. Man skulle kunna säga att man med hjälp av djupborrning försöker ”gå till botten med saken”.

Nog sagt om borrning i allmänhet. Varför inte besöka Windischeschenbach? Är du orolig för att inte förstå vetenskapliga termer? Det behöver du inte vara, för vår guide, en geolog, har lovat att förklara det på ett enkelt sätt.

En häpnadsväckande borrigg

Vi häpnar när vi ser borriggen höja sig över borrhålet lika högt som ett 20-våningshus. Riggen är en av de saker som gör detta projekt särskilt intressant även för en lekman. Men det finns fler intressanta inslag som vi skall se.

Ta platsen, till exempel. När ett antal vetenskapsmän planerade det extremt djupa hålet, valde man inte att borra var som helst. Den tyska tidningen Die Zeit skrev om projektet: ”Om man vill ta reda på hur jordbävningar uppstår, måste man koncentrera sig på platser där underjordiska plattor kolliderar med varandra eller glider isär.” Windischeschenbach är en sådan plats, eftersom den ligger rakt ovanför kantlinjen mellan två underjordiska kontinentalplattor — långsamt rörliga delar av jordskorpan.

Man tror att dessa plattor för länge sedan stötte samman med sådan kraft att delar av den underliggande skorpan trycktes uppåt mot ytan, så att de kom inom räckhåll för modern teknik. Borrandet genom olika bergarter ger vad vår guide kallar ett geologiskt grillspett. Men hur djupt är hålet?

Den 12 oktober 1994 visade en skylt med ljusbokstäver på informationsbyggnaden att det maximala djupet var 9.101 meter. Hur djupt är det egentligen? Jo, om det fanns en hiss som skulle kunna ta oss ner till botten, skulle nedstigningen ta nästan en och en halv timme. Det skulle emellertid bli en resa vi aldrig skulle glömma. Varför det? Därför att när vi åkte ner skulle vi känna hur temperaturen steg med 25—30 grader Celsius för varje kilometer. Så på det nuvarande maxdjupet skulle vi möta en brännande hetta på 300 grader. Vi är glada och tacksamma över att det inte ingår en utflykt till botten av hålet i vårt besök! Men frågan om temperatur för oss in på en annan intressant sida av det här projektet.

På omkring 9.000 meters djup passerar borrhålet en kritisk tröskel vid 300 grader. Varför är det en kritisk punkt? Därför att när berggrunden utsätts för sådan hetta och sådant tryck, förändras den från att vara fast och stabil till att vara rörlig. Denna förändring har aldrig tidigare undersökts i en naturlig miljö.

Något som också är anmärkningsvärt är det system som styr borren. För att dra ner proportionerna lite kan du tänka dig att du håller i änden på en stav som är omkring hundra meter lång och 2 millimeter i diameter, som en tjock synål ungefär. Tänk dig nu att du försöker styra en miniatyrborr i andra änden. På kort tid skulle du ha ett krokigt hål eller en avbruten borrstång eller bådadera.

För att hålla hålet så vertikalt som möjligt utvecklades utrustning för automatisk korrigering av borrens riktning. Detta styrsystem visade sig så framgångsrikt att hålet vid 6.000 meters djup avviker bara 8 meter från en rät linje. Det är verkligen en bedrift att borra vad som ”antagligen är det rakaste hålet i världen”, som vår guide kallade projektet.

Att byta borrkrona — en tur och retur-resa

Motorn som driver borren finns nere i hålet, inte vid ytan. Följaktligen roterar inte hela borrstången när man borrar. Inte desto mindre är borrande på sådana djup en besvärlig process. Borren arbetar sig neråt med en takt av en till två meter i timmen, och varje borrkrona arbetar sig igenom ungefär 50 meter berg innan den byts ut. När vår guide för oss närmare borriggen, kan vi iaktta hur borrstången dras upp ur hålet just av den anledningen — för att byta borrkrona.

Väldiga robothänder griper tag om och kopplar loss varje 40-meters rörsektion. Rörhanteringssystemet utgör ytterligare ett fascinerande inslag i detta projekt. Systemet utformades nyligen för att öka hastigheten i den mödosamma processen med att lyfta upp och sänka ner rören — tur och retur-resan, som experterna kallar det. Det finns inga genvägar. Ett leende ansikte tittar fram under en gul hjälm och förklarar: ”För att byta borrkrona måste vi dra upp alltihop!”

Vad kan vi lära av bergartsprovet?

Vi inspekterar laboratoriet och förvånas över att se rad efter rad av hyllor fyllda med bergartsprover. Hur får man fram proverna från jordens inre? Det finns två olika sätt.

Ett sätt är genom att skära ut en ”kärna”, varigenom man kan ta upp en cylinderformad bit av berggrunden. Ingen tid får gå förlorad när det gäller att undersöka dessa kärnprover i laboratoriet. Varför denna brådska? Därför att bergarterna är under mycket starkt tryck i jordskorpan. Geofysiker kan dra många slutsatser om detta tryck genom att iaktta hur varje kärnprov ”sväller” under sina allra första dygn ovan jord.

Den vanligare metoden att utvinna prover är genom normal borrning. Vätska pumpas ner längs borrpipan för att kyla borrkronan och spola bort borrkax. Tryck tvingar vätskan och borrkaxet till ytan för att de där skall separeras av ett filter. Vätskan återanvänds och borrkaxet analyseras. Vad avslöjar dessa analyser?

Man undersöker proverna och fastställer typen av bergart och mäter dess elektriska och magnetiska egenskaper. Uppgifter om exakt var malmfyndigheter har påträffats samlas också in. Berggrundens densitet eller täthet utvisar hur snabbt ett skalv kan fortplantas genom jorden.

Undersökningar visar också en ständig rörelse av vatten i båda riktningarna mellan jordytan och nivåer ända ner till mer än 4.000 meters djup. ”Detta kastar helt nytt ljus över problemen med att skaffa undan skadligt avfall i gruvor och schakt”, rapporterar den vetenskapliga tidskriften Naturwissenschaftliche Rundschau.

Vår rundvandring avslutas med ett hjärtligt adjö till vår guide. Hans beskrivning av projektet kännetecknades av den anspråkslöshet man finner hos en fackman för vilken det enastående hör till vardagen. För vetenskapsmän verkar Windischeschenbach kanske helt realistiskt, men för oss var vårt besök verkligen något alldeles särskilt.

[Bilder på sidan 10]

Ovan: Mätning av kärnprover

Till vänster: Snitt genom jordskorpan

[Bildkälla]

KTB-Neuber