Навіщо ж бурити так глибоко?

Від нашого кореспондента в Німеччині

ЧИ ЗНАЄТЕ ви, що лише за дев’ять кілометрів від свого дому ви можете натрапити на страшенний жар, що сягає аж до 300 градусів за Цельсієм? Але не хвилюйтесь, цей жар дуже далеко — на глибині 9000 метрів! А щоб ви не обпекли собі підошв ніг, існує захисний щит, який називається земною корою.

Саме ця кора і є в центрі уваги Програми центрального глибинного буріння, впровадженої в дію неподалік Віндишешенбаха, німецького села на кордоні з Чехією. Мета цієї програми була в тому, щоб пробурити свердловину на десять кілометрів завглибшки і дослідити цей захисний щит. Однак через жару довелось припинити буріння на глибині 9 кілометрів. Але навіщо всі ці зусилля копати такий глибокий отвір?

Глибинне буріння не є чимось новим. Кажуть, що китайці 600 року до н. е. у пошуках ропи вибурили 500-метрову свердловину. З часу промислової революції ненаситна потреба Заходу в сировині зумовила швидкий розвиток технології буріння. Проте віднедавна до буріння змушує щось значно невідкладніше, ніж комерційні справи,— загроза людському існуванню. Чому? І що спільного з тим має буріння свердловин?

Чому глибинне буріння важливе?

По-перше, людина так швидко споживає мінеральні ресурси, що є небезпека їхнього виснаження. Чи можна ці самі мінерали знайти глибше в Землі, можливо, навіть на ранньому етапі їх утворення? Саме на це запитання повинно відповісти глибинне буріння.

По-друге, з ростом світового населення землетруси забирають життя у дедалі більшої кількості людей. Близько половини мешканців міст живе у сейсмічно активних зонах. До них входять жителі третини усіх найбільших міст світу. Але що мають спільного землетруси з бурінням? «Вивчення літосфери [верхньої твердої оболонки земної кулі] повинно вдосконалити точність прогнозів»,— говориться в буклеті «Свердловина» (нім.). І справді, людина має усі підстави дізнаватися про таємниці Землі.

А втім, глибинне буріння досить-таки дороге. Витрати на втілення німецького проекту сягають 528 мільйонів німецьких марок. А чи не існує якихось інших способів розкрити секрети нашої планети? Так і ні. Наука висунула багато теорій про будову Землі, користуючись приладами на її поверхні. Але надглибокі сведловини є єдиним способом упевнитися у тих теоріях і дослідити породу, що піддається колосальному тиску і температурі. Можна сказати, що глибинним бурінням людина намагається досягнути основи речей.

Загалом це все про буріння. Проте чому б нам не відвідати бурову установку коло Віндишешенбаха? Боїтесь наукової термінології? Непотрібно. Наш екскурсовод, геолог, обіцяв пояснювати все простою мовою.

Незвичайна бурова вишка

Ми здивувалися, побачивши, що бурова вишка здіймається в гору аж на 20 поверхів. Ця вишка є однією з особливостей, що додає привабливості проекту, навіть для новачків. Але це ще не все.

Звернімо увагу на місцеположення. Плануючи буріння надглибокої свердловини, вчені не вибирали місця навмання. У газеті «Цайт» про цей проект писалося: «Якщо потрібно визначити природу землетрусів, зосереджуйте свою увагу на тих місцях, де стикаються чи розходяться [підземні] платформи». Віндишешенбах розкинувся саме в такому місці, бо лежить безпосередньо на межі двох підземних континентальних платформ, або ділянок земної кори, що повільно пересуваються.

Вважається, що у минулому ці дві платформи зіткнулися із такою силою, що аж перемістили шари нижньої зони кори ближче до поверхні, на глибину, досяжну для людини завдяки сучасній технології. Буріння провадиться через різні формації порід, які наш екскурсовод називає геологічним шиш-кебабом. І якої глибини ця свердловина?

Дванадцятого жовтня 1994 року на табло адміністративного будинку висвітлювалось максимальну глибину — 9101 метр. І що ж це за глибина? Наприклад, якщо б там був ліфт, то, щоб спуститись ним на дно, нам потрібно було б затратити півтори години. Це був би незабутній спуск. Чому? Бо коли б ми спускалися, відчували б, що температура піднімається на 25—30 градусів за Цельсієм кожних 1000 метрів. Отже на дні ми були б оточені пекельним жаром у 300 градусів за Цельсієм. Ми дуже втішені, що до екскурсійної програми не входять відвідини дна свердловини! Але жар приводить нас ще до одного цікавого аспекту цього проекту.

На глибині 9 кілометрів свердловина проходить критичний поріг 300 градусів за Цельсієм. Чому критичний? Бо коли порода піддається такій високій температурі й тиску, вона переходить з твердого стану у пластичний. Таку зміну ніколи не досліджувалось у нормальних умовах.

Також вартою уваги є система керування буром. Щоб зрозуміти, як він працює, уявіть собі, що тримаєте за кінець стометрову лозину завтовшки 2 міліметри (товщина циганської голки). Тепер уявіть собі, що намагаєтесь керувати мініатюрним буром на іншому кінці. Дуже скоро у вас вийде крива свердловина або щось зламається, а може, станеться і те, і друге.

Було розроблено устаткування, що автоматично контролює напрям бура, утримуючи свердловину вертикальною. Ця навігаційна система виявилась досить точною, бо на глибині 6000 метрів вертикальність свердловини має похибку лише 8 метрів. Це великий поступ, бо отвір, за словами нашого екскурсовода, «очевидно, найрівніший отвір у світі»!

Туди й назад, щоб замінити коронку бура

Мотор, що приводить бур у дію, розміщений на дні свердловини, а не на поверхні. Відповідно, коли відбувається буріння, не потрібно, аби бурильна труба крутилася вздовж усієї глибини. А втім, буріння на такі глибини є нелегким завданням. Коронка бура, просуваючись зі швидкістю одного-двох метрів за годину, замінюється після кожних 50 метрів породи. Коли ми з екскурсоводом підходили до бурової вишки, то побачили, як піднімали бурильну трубу якраз для заміни коронки бура.

Велетенські автоматичні руки захоплюють і від’єднують кожні 40 метрів труби. Система управління трубою є ще одною захопливою частиною проекту. Ця система була новою розробкою, розрахованою на те, щоб прискорювати монотонний процес піднімання й опускання труби, чи, за словами фахівців, прохід її туди й назад. Скороченого шляху немає. Усміхнене обличчя під жовтим шоломом пояснює нам: «Щоб замінити коронку бура, нам потрібно витягати буквально все!»

Про що можна дізнатися із зразків?

Ми оглянули лабораторію і були вражені, коли побачили багато рядів полиць, наповнених зразками порід. Яким чином добуваються ці зразки? Двома різними способами.

Один — за допомогою вирізання циліндриків породи. У лабораторії одразу без жодних зволікань перевіряють фізичні властивості цих циліндриків. Чому такий поспіх? Тому що порода в земній корі є під великим тиском. Геофізики багато дізналися про тиск через вивчення поступового «розслаблення» цих циліндриків протягом перших днів перебування на поверхні.

Поширеніший метод добування зразків — під час буріння. Рідина запомповується у бурильну трубу, щоб охолоджувати коронку бура і витискати вирубану породу. Тиск витісняє рідину і вирубану породу на поверхню, і потім її фільтрують. Рідина знову використовується, а вирубана порода піддається аналізам. І що виявляють ці аналізи?

Тестування виявляє тип породи і визначає її електричні й магнітні властивості. Відтак збирається інформація про місцеположення родовищ. За допомогою густини породи можна визначити швидкість поширення підземних поштовхів.

Тестування також виявило постійний рух води в обидва керунки від поверхні Землі до глибини 4000 метрів і більше та у зворотньому напрямку. «Це проливає цілком нове світло на проблему усунення шкідливих речовин у копальні чи шахті»,— говориться у науковому журналі «Натурвісеншафтліхе рундшау».

Наша екскурсія закінчилась, і ми сердечно побажали екскурсоводу всього найліпшого та й розійшлися. З його простого пояснення дії цього проекту було видно, що для нього як фахівця це виняткове стало буденним. Для вчених Віндишешенбах став чимось прозаїчним, але для нас — досить-таки особливим місцем.

[Ілюстрації на сторінці 10]

Вгорі: Виміряння витягнутих із свердловини конусів.

Ліворуч: Модель земної кори.

[Відомості про джерело]

KTB-Neuber