世界上最深的洞位於俄羅斯摩爾曼斯克一個廢棄的項目工地的廢墟中,洞的直徑只有23釐米。被稱為「科拉超深鑽孔」的有史以來最深的鑽孔到達地球表面以下約7.5英裡(或12,262公裡),深度約需20年才能到達。該洞原本打算「 儘可能深 」,研究預計約為9英裡(約14,500米)。但是當科學家和工程師遇到異常高溫時,他們被迫放棄。在地表以下7.5英裡處,27億年前的巖石在那裡的溫度約為180攝氏度(或灼熱的356華氏度)。這幾乎是他們預期的兩倍。 如此高的溫度會使鑽頭和管道變形。巖石本身也變得更具延展性。在科拉的俄羅斯科學家將這些深度的巖石描述為 比巖石更像塑料。
自1992年停止鑽探以來,工程現場約十年後被廢棄,可拉超級深孔一直保持著地球上最深人工點的記錄。此後,人們開始鑽更長的井眼,包括在卡達的Al Shaheen油田鑽的12,289米井眼 和 在俄羅斯薩哈林島附近的12,345米的海上油井。但是科拉的漏洞仍然最深。
為什麼要挖深洞?
我們人類深入地球的原因有很多-首先將化石燃料和金屬之類的資源提取出來。 猶他州鹽湖城附近山區的一座擁有100年歷史的 銅礦擁有一個坑,坑深達四分之三英裡,跨度達2.5英裡。 南非的金伯利鑽石礦高 215米, 是世界上最大的人工挖洞之一。需要很大的深度才能從地球表面更強的背景輻射中選出微弱的中微子信號。
當然,我們也挖掘科學。尋找中微子,爆炸性天文事件(如爆炸的恆星和伽馬射線爆發)中產生的近乎無質量的亞原子粒子的實驗必須將其探測器置於地球表面以下。威斯康星大學 位於南極洲的IceCube Neutrino天文臺就是這種情況 。需要這些深度才能從地球表面更強的背景輻射中選出微中微子的信號。以IceCube為例,他們的實驗通過倒入數萬磅的熱水來融化冰,通過「挖」的孔向下延伸1.5英裡。
在大多數情況下,鑽科拉超深鑽孔純粹是科學驅動的。蘇聯科學家想更多地了解我們星球的最外層,即地殼,以了解地殼如何形成以及如何演化。現在,我之所以說「大部分」,是因為人們將努力比喻為探索太空競賽的最深處。科學是目標,但每個人都想吹牛吹牛,以贏得比賽的勝利。
1958年,美國的一項名為 Mohole項目的嘗試試圖在墨西哥海岸的太平洋海底深處鑽探。該項目的目標是到達地殼與下一層稱為地幔交匯處的邊界。1966年,當鑽工僅到達183米(或十分之一英裡)時,國會停止了撥款。
在90年代初期,德國科學家通過德國大陸深層鑽探計劃到達了巴伐利亞地表以下約6英裡處 。他們在那裡撞擊地震板塊,發現溫度為華氏600度。由於缺乏資金,該項目已被放棄。日本鑽探船 Chikyu 已在海底鑽了將近2英裡,這是我們在海洋中為科學開挖的最深深度。BP的Deepwater Horizon(深水地平線)在2010年臭名昭著的爆炸和漏油事故中喪生,它保持了海床以下5英裡處最深海底井的總體記錄。
我們從鑽孔中學到了什麼?
儘管未達到計劃的深度,但科拉超深鑽孔鑽孔仍然是工程學上的壯舉。為了使該項目成為可能,必須開發新的鑽探技術。這包括在軸端部的一個單獨旋轉的鑽頭和一個將一種稱為潤滑鑽井泥漿的潤滑劑向下泵送到鑽探位置的定製鑽頭。在距離地面約4.4英裡(約7公裡)處,科學家發現了具有20億年歷史的單細胞海洋生物化石。
科學家也對該洞中的發現感到驚訝。對於初學者來說,他們顯然知道必須更新我們的地球內部溫度圖,因為它們比預期更早達到高溫。在距離地面約4.4英裡(約7公裡)處,他們發現了單細胞海洋生物中有20億年歷史的化石。當他們挖得很深時,他們發現了液態水,比我們以前認為可能存在的水要深得多。科學家們認為,由於極高的壓力,水可能已經從水晶中擠出來了。
我們能走多低?
鑑於我們的行星正好位於我們的腳下,我們對此知之甚少。地球的最外層,地殼,在陸地以下約 25英裡厚。這意味著下一層,地幔,直到地表以下近25英裡(40公裡)才開始,並繼續延伸1800英裡。這意味著,儘管科拉超深鑽孔具有令人印象深刻的性質,但它仍僅穿透約三分之一的地殼,並且僅穿透地心的0.2%。能夠深入探查地幔將有助於我們理解地震發生的原因,我們的星球如何形成以及地球上生命的起源。
科學的下一個大推動力是將其付諸實踐。科學家預計在那裡會遇到 250攝氏度 或約500華氏度的溫度。地幔具有 地球歷史地質記錄的烙印 ,就像我們如何通過我們在那看到的巖石層來追蹤地球表面上的生物體的歷史一樣。能夠深入探查地幔將有助於我們理解地震發生的原因,我們的星球如何形成以及地球上生命的起源。