Ultra hlboká studňa na polostrove Kola: história a tajomstvá. Záhady superhlbín Kola

Najväčšia baňa na svete na odľahlom polostrove Kola v severnom Rusku. Na pozadí hrdzavejúcich ruín opustenej výskumnej stanice leží najhlbšia diera na svete.

Superhlboká studňa Kola, ktorá je teraz uzavretá a zapečatená zváranou kovovou platňou, je pozostatkom väčšinou zabudnutých hazardných hier ľudskej rasy, ktoré nie sú zamerané na hviezdy, ale do hlbín Zeme.
Povrávalo sa, že do pekla bola navŕtaná hlboká studňa: z priepasti bolo počuť krik a stonanie ľudí – akoby to bol dôvod zatvorenia stanice a studne. V skutočnosti bol dôvod iný.

Mesto Mirnyj je známe svojou najväčšou baňou na svete: hlboká studňa na polostrove Kola je najväčšou umelou dierou na svete. 1722 m - hlboká, taká hlboká, že všetky lety nad ňou boli zakázané, pretože príliš veľa vrtuľníkov havarovalo kvôli nasatiu do diery.

Najhlbšia diera, aká kedy bola vyvŕtaná v mene vedy, sa tu našli dôkazy o prekambrickom živote. Ľudská rasa vie o vzdialených galaxiách, ale málo vie, čo sa skrýva pod jej nohami. Projekt samozrejme vyprodukoval obrovské množstvo geologických údajov, z ktorých väčšina ukázala, ako málo vieme o našej planéte.

USA a ZSSR súperili o nadvládu v priestorovom prieskume vo vesmírnych pretekoch a ďalšia súťaž bola medzi najväčšími vrtákmi oboch krajín: americký „Projekt Mohole“ na tichomorskom pobreží Mexika – bol prerušený v roku 1966 pre nedostatok financií; Rady, projekt Medzirezortnej vedeckej rady pre štúdium vnútra Zeme a ultrahĺbkové vŕtanie, v rokoch 1970 až 1994 na polostrove Kola. Štúdium Zeme je obmedzené na pozemné pozorovania a seizmické štúdie, ale studňa Kola poskytla priamy pohľad na štruktúru zemskej kôry.

Kola super hlboká studňa vyvŕtaná do pekla

Vrták na Kole nikdy nenarazil na vrstvu čadiča. Namiesto toho sa ukázalo, že žulová skala je za dvanástym kilometrom. Je celkom prekvapujúce, že mnohé kilometrové skaly sú nasýtené vodou. Predtým sa verilo, že v takých veľkých hĺbkach by voľná voda nemala existovať.

Najzaujímavejším objavom je však objav biologickej aktivity v horninách starých viac ako dve miliardy rokov. Najvýraznejšie dôkazy o živote pochádzajú z mikroskopických fosílií: zachovalé pozostatky dvadsiatich štyroch druhov jednobunkových morských rastlín, inak známych ako planktón.

Fosílie sa zvyčajne nachádzajú vo vápencových horninách a ložiskách oxidu kremičitého, ale tieto "mikrofosílie" boli vložené do organických zlúčenín, ktoré zostali pozoruhodne nedotknuté napriek extrémnym environmentálnym tlakom a teplotám.

Vŕtanie v Kole bolo nútené zastaviť kvôli neočakávane vysokým teplotám. Zatiaľ čo teplotný gradient v útrobách zeme. V hĺbke približne 10 000 stôp sa teplota zvyšovala rýchlym tempom – na dne diery dosiahla 180 °C (alebo 356 °F), na rozdiel od očakávaných 100 °C (212 °F). Neočakávané bolo aj zníženie hustoty hornín.
Za týmto bodom mali horniny väčšiu pórovitosť a priepustnosť: v kombinácii s vysokými teplotami sa začali správať ako plast. To je dôvod, prečo sa vŕtanie stalo prakticky nemožné.

Úložisko vzoriek jadra možno nájsť v meste Zapolyarny, kde sa ťaží nikel, asi desať kilometrov južne od diery. So svojím ambicióznym poslaním a príspevkami ku geológii a biológii zostáva Kola Superdeep Well aj naďalej najdôležitejším pozostatkom sovietskej vedy.

Dnes vedecký výskum ľudstva dosiahol hranice slnečnej sústavy: pristáli sme kozmickými loďami na planétach, ich satelitoch, asteroidoch, kométach, vyslali sme misie do Kuiperovho pásu a prekročili hranicu heliopauzy. Pomocou ďalekohľadov vidíme udalosti, ktoré sa odohrali pred 13 miliardami rokov – keď mal vesmír len niekoľko stoviek miliónov rokov. Na tomto pozadí je zaujímavé zhodnotiť, ako dobre poznáme našu Zem. Jeho vnútornú štruktúru najlepšie zistíte vyvŕtaním studne: čím hlbšie, tým lepšie. Najhlbšia studňa na Zemi je Kola Superdeep Well alebo SG-3. V roku 1990 jej hĺbka dosiahla 12 kilometrov 262 metrov. Ak porovnáte toto číslo s polomerom našej planéty, ukáže sa, že je to len 0,2 percenta cesty do stredu Zeme. Ale aj to stačilo na zmenu predstáv o štruktúre zemskej kôry.

Ak si studňu predstavíte ako šachtu, cez ktorú sa dá výťahom zostúpiť do samých hlbín zeme, alebo aspoň pár kilometrov, tak to vôbec nie je ono. Priemer vŕtacieho nástroja, ktorým inžinieri vrt vytvorili, bol iba 21,4 centimetra. Horný dvojkilometrový úsek studne je trochu širší – bol rozšírený na 39,4 centimetra, no aj tak sa tam človek nemá ako dostať. Pre predstavu o proporciách studne by bola najlepšia analógia 57-metrová šijacia ihla s priemerom 1 milimeter, na jednom konci o niečo hrubšia.

Diagram studne

Ale aj toto znázornenie sa zjednoduší. Pri vŕtaní došlo na studni k niekoľkým nehodám - časť vrtnej kolóny skončila pod zemou bez možnosti ju odstrániť. Preto sa studňa niekoľkokrát spúšťala nanovo, od značiek sedem a deväť kilometrov. Existujú štyri veľké pobočky a asi tucet malých. Hlavné vetvy majú rôzne maximálne hĺbky: dve z nich prekračujú hranicu 12 kilometrov, ďalšie dve ju nedosahujú len o 200-400 metrov. Všimnite si, že hĺbka priekopy Mariana je o jeden kilometer menšia - 10 994 metrov v porovnaní s hladinou mora.

Horizontálne (vľavo) a vertikálne projekcie trajektórií SG-3

Yu.N. Jakovlev a kol. / Bulletin vedeckého centra Kola Ruskej akadémie vied, 2014

Navyše by bolo chybou vnímať studňu ako olovnicu. Vzhľadom na to, že horniny majú v rôznych hĺbkach rôzne mechanické vlastnosti, vrták sa pri práci odchýlil smerom k menej hustým oblastiam. Preto vo veľkom meradle vyzerá profil Kola Superdeep ako mierne zakrivený drôt s niekoľkými vetvami.

Pri približovaní sa k studni dnes uvidíme iba hornú časť - kovový poklop, priskrutkovaný k ústiu dvanástimi masívnymi skrutkami. Nápis na nej bol urobený s chybou, správna hĺbka je 12 262 metrov.

Ako sa vŕtala superhlboká studňa?

Na začiatok treba poznamenať, že SG-3 bol pôvodne koncipovaný špeciálne na vedecké účely. Vedci si na vŕtanie vybrali miesto, kde sa na zemský povrch dostali staré horniny - staré až tri miliardy rokov. Jedným z argumentov počas prieskumu bolo, že mladé sedimentárne horniny boli dobre preštudované počas ťažby ropy a nikto nikdy nevŕtal hlboko do starých vrstiev. Okrem toho sa tu nachádzali veľké ložiská medi a niklu, ktorých prieskum by bol užitočným doplnkom k vedeckému poslaniu vrtu.

S vŕtaním sa začalo v roku 1970. Prvá časť vrtu bola vyvŕtaná sériovou súpravou Uralmash-4E - zvyčajne sa používala na vŕtanie ropných vrtov. Úprava inštalácie umožnila dosiahnuť hĺbku 7 kilometrov 263 metrov. Trvalo to štyri roky. Potom sa inštalácia zmenila na Uralmash-15000, pomenovanú podľa plánovanej hĺbky vrtu - 15 kilometrov. Nová vrtná súprava bola navrhnutá špeciálne pre superhĺbku Kola: vŕtanie v takých veľkých hĺbkach si vyžadovalo vážnu úpravu zariadení a materiálov. Napríklad hmotnosť samotnej vrtnej kolóny v hĺbke 15 kilometrov dosahovala 200 ton. Samotná inštalácia mohla zdvihnúť bremená až do 400 ton.

Vŕtacia kolóna pozostáva z rúrok spojených navzájom. Inžinieri s jeho pomocou spúšťajú vrtný nástroj na dno studne a zabezpečuje aj jeho prevádzku. Na konci kolóny boli nainštalované špeciálne 46-metrové turbodrily poháňané prúdením vody z povrchu. Umožnili otáčať nástrojom na drvenie hornín oddelene od celého stĺpa.

Hroty, ktorými sa vrtná struna zahryzla do žuly, evokujú futuristické časti z robota - niekoľko rotujúcich ostnatých diskov spojených s turbínou na vrchu. Jeden takýto vrták vystačil len na štyri hodiny práce - to približne zodpovedá prejazdu 7-10 metrov, po ktorom treba celú vrtnú kolónu zdvihnúť, rozobrať a potom opäť spustiť. Samotné neustále zostupy a výstupy trvali až 8 hodín.

Dokonca aj potrubia pre stĺp v Kola Superdeep Pipe museli byť použité nezvyčajným spôsobom. V hĺbke sa teplota a tlak postupne zvyšujú a ako hovoria inžinieri, pri teplotách nad 150 - 160 stupňov oceľ sériových rúr mäkne a je menej schopná odolávať viactonovým zaťaženiam - z tohto dôvodu existuje pravdepodobnosť nebezpečných deformácií a rozbitie stĺpca sa zvyšuje. Preto vývojári zvolili ľahšie a tepelne odolné hliníkové zliatiny. Každá z rúr mala dĺžku asi 33 metrov a priemer asi 20 centimetrov – o niečo užšiu ako studňa samotná.

Podmienky vŕtania však nevydržali ani špeciálne vyvinuté materiály. Po prvom sedemkilometrovom úseku ďalšie vrty po hranicu 12 000 metrov trvali takmer desať rokov a viac ako 50 kilometrov rúr. Inžinieri boli konfrontovaní so skutočnosťou, že pod siedmimi kilometrami sa skaly zmenšili a lámali sa – viskózne pre vrták. Okrem toho samotný vrt zdeformoval svoj tvar a stal sa elipsovitým. V dôsledku toho sa stĺp niekoľkokrát zlomil a inžinieri, ktorí ho nemohli zdvihnúť späť, boli nútení zabetónovať vetvu studne a znovu vyvŕtať šachtu, čím stratili roky práce.

Jedna z týchto veľkých havárií prinútila vŕtačov v roku 1984 zabetónovať vetvu vrtu, ktorá siahala do hĺbky 12 066 metrov. Vŕtanie sa muselo znova začať od 7-kilometrovej hranice. Predchádzala tomu pauza v práci s vrtom – v tom momente bola odtajnená existencia SG-3 a v Moskve sa konal medzinárodný geologický kongres Geoexpo, ktorého delegáti lokalitu navštívili.

Podľa očitých svedkov nešťastia stĺp po obnovení prác vyvŕtal studňu o ďalších deväť metrov nižšie. Po štyroch hodinách vŕtania sa pracovníci pripravili na zdvihnutie stĺpa späť, ale „nefungovalo to“. Vrtári sa rozhodli, že potrubie bolo „prilepené“ niekde k stenám studne, a zvýšili zdvíhaciu silu. Zaťaženie sa prudko znížilo. Postupným rozoberaním stĺpa na 33-metrové sviečky sa robotníci dostali do ďalšieho úseku, ktorý skončil nerovným spodným okrajom: v studni zostal turbovrták a ďalších päť kilometrov rúr, nedali sa zdvihnúť.

Hranicu 12 kilometrov sa vŕtačom podarilo opäť dosiahnuť až v roku 1990, vtedy bol stanovený potápačský rekord – 12 262 metrov. Potom došlo k novej havárii a od roku 1994 boli práce na studni zastavené.

Vedecká misia Superdeep

Obrázok seizmických testov na SG-3

„Kola Superdeep“ Ministerstvo geológie ZSSR, Vydavateľstvo Nedra, 1984

Vrt bol študovaný celým radom geologických a geofyzikálnych metód, od zberu jadra (stĺpec hornín zodpovedajúci danej hĺbke) až po radiačné a seizmologické merania. Napríklad jadro bolo odobraté pomocou jadrových prijímačov so špeciálnymi vrtákmi - vyzerajú ako rúry so zubatými okrajmi. V strede týchto rúr sú 6-7 centimetrové otvory, kam padá kameň.

Ale aj s týmto zdanlivo jednoduchým (okrem potreby zdvihnúť toto jadro z mnohokilometrovej hĺbky) sa objavili ťažkosti. V dôsledku vrtnej kvapaliny, tej istej, ktorá uviedla vrták do pohybu, sa jadro nasýtilo kvapalinou a zmenilo svoje vlastnosti. Podmienky v hĺbke a na povrchu zeme sú navyše veľmi odlišné – vzorky popraskali v dôsledku zmien tlaku.

V rôznych hĺbkach sa výťažok jadra značne líšil. Ak sa na piatich kilometroch od 100-metrového segmentu dalo počítať s 30 centimetrami jadra, tak v hĺbkach viac ako deväť kilometrov dostali geológovia namiesto skalného stĺpa súpravu podložiek z hustej horniny.

Mikrofotografia hornín získaných z hĺbky 8028 metrov

„Kola Superdeep“ Ministerstvo geológie ZSSR, Vydavateľstvo Nedra, 1984

Štúdie materiálu získaného z vrtu viedli k niekoľkým dôležitým záverom. Po prvé, štruktúru zemskej kôry nemožno zjednodušiť na zloženie niekoľkých vrstiev. Predtým to naznačovali seizmologické údaje - geofyzici videli vlny, ktoré sa zdalo, že sa odrážajú od hladkej hranice. Štúdie na SG-3 ukázali, že takáto viditeľnosť môže nastať aj pri zložitom rozložení hornín.

Tento predpoklad ovplyvnil návrh vrtu – vedci očakávali, že v hĺbke siedmich kilometrov sa šachta dostane do čadičových skál, no nestretli sa ani pri hranici 12 kilometrov. No namiesto čadiča objavili geológovia horniny, ktoré mali veľké množstvo puklín a nízku hustotu, čo sa z mnohokilometrovej hĺbky vôbec nedalo očakávať. Navyše sa v trhlinách našli stopy podzemnej vody – dokonca sa predpokladalo, že vznikli priamou reakciou kyslíka a vodíka v hrúbke Zeme.

Medzi vedeckými výsledkami boli aj aplikované - napríklad v malých hĺbkach našli geológovia horizont medenoniklových rúd vhodných na ťažbu. A v hĺbke 9,5 kilometra bola objavená vrstva geochemickej zlatej anomálie – v hornine boli prítomné mikrometrové zrná pôvodného zlata. Koncentrácie dosahovali až gram na tonu horniny. Je však nepravdepodobné, že by ťažba z takýchto hĺbok bola niekedy zisková. Ale samotná existencia a vlastnosti zlatonosnej vrstvy umožnili objasniť modely vývoja minerálov – petrogenézu.

Samostatne by sme mali hovoriť o štúdiách teplotných gradientov a žiarenia. Na tento druh experimentov sa používajú dolné nástroje spúšťané na drôtených lanách. Veľkým problémom bolo zabezpečiť ich synchronizáciu s pozemnými zariadeniami, ako aj zabezpečiť prevádzku vo veľkých hĺbkach. Problémy nastali napríklad s tým, že káble s dĺžkou 12 kilometrov sa natiahli asi o 20 metrov, čo mohlo výrazne znížiť presnosť údajov. Aby sa tomu vyhli, geofyzici museli vytvoriť nové metódy na označovanie vzdialeností.

Väčšina komerčných nástrojov nebola navrhnutá na prevádzku v drsných podmienkach nižších úrovní vrtu. Na výskum vo veľkých hĺbkach preto vedci použili zariadenia vyvinuté špeciálne pre Kola Superdeep.

Najdôležitejším výsledkom geotermálneho výskumu sú oveľa vyššie teplotné gradienty, ako sa očakávalo. Pri povrchu bola rýchlosť nárastu teploty 11 stupňov na kilometer, do hĺbky dvoch kilometrov - 14 stupňov na kilometer. V intervale od 2,2 do 7,5 kilometra sa teplota zvyšovala rýchlosťou blížiacou sa 24 stupňom na kilometer, hoci existujúce modely predpovedali hodnotu jeden a pol krát nižšiu. Výsledkom bolo, že už v hĺbke piatich kilometrov prístroje zaznamenali teplotu 70 stupňov Celzia a o 12 kilometrov táto hodnota dosiahla 220 stupňov Celzia.

Ukázalo sa, že superhlboký vrt Kola je na rozdiel od iných vrtov - napríklad pri analýze uvoľňovania tepla hornín ukrajinského kryštalického štítu a batolitov Sierra Nevada geológovia ukázali, že uvoľňovanie tepla klesá s hĺbkou. V SG-3 naopak rástla. Okrem toho merania ukázali, že hlavným zdrojom tepla, ktorý poskytuje 45-55 percent tepelného toku, je rozpad rádioaktívnych prvkov.

Napriek tomu, že hĺbka studne sa zdá byť kolosálna, nedosahuje ani tretinu hrúbky zemskej kôry v Baltskom štíte. Geológovia odhadujú, že základ zemskej kôry v tejto oblasti prebieha približne 40 kilometrov pod zemou. Preto aj keby SG-3 dosiahla plánovanú 15-kilometrovú hranicu, stále by sme nedosiahli plášť.

To je ambiciózna úloha, ktorú si americkí vedci stanovili pri vývoji projektu Mohol. Geológovia plánovali dosiahnuť hranicu Mohorovicic - podzemného regiónu, kde dochádza k prudkej zmene rýchlosti šírenia zvukových vĺn. Predpokladá sa, že súvisí s hranicou medzi kôrou a plášťom. Stojí za zmienku, že vrtári si ako miesto pre vrt vybrali dno oceánu pri ostrove Guadalupe – vzdialenosť k hranici bola len niekoľko kilometrov. Hĺbka samotného oceánu tu však dosahovala 3,5 kilometra, čo výrazne skomplikovalo vrtné operácie. Prvé testy v 60. rokoch umožnili geológom vŕtať vrty len do 183 metrov.

Nedávno sa dozvedeli o plánoch na vzkriesenie projektu vŕtania v hlbokom oceáne pomocou výskumného vrtného plavidla JOIDES Resolution. Geológovia si za nový cieľ vybrali bod v Indickom oceáne neďaleko Afriky. Hĺbka hranice Mohorovicic je len asi 2,5 kilometra. V decembri 2015 - januári 2016 sa geológom podarilo vyvŕtať studňu hlbokú 789 metrov - piaty najväčší podvodný vrt na svete. Ale táto hodnota je len polovica toho, čo bolo požadované v prvej fáze. Tím sa však plánuje vrátiť a dokončiť to, čo začali.

***

0,2 percenta cesty do stredu Zeme nie je také pôsobivé v porovnaní s rozsahom cestovania vesmírom. Malo by sa však vziať do úvahy, že hranica Slnečnej sústavy neprechádza pozdĺž obežnej dráhy Neptúna (alebo dokonca Kuiperovho pásu). Gravitácia Slnka prevláda nad hviezdnou gravitáciou až do vzdialenosti dvoch svetelných rokov od hviezdy. Ak si teda všetko dôkladne spočítate, vyjde vám, že Voyager 2 preletel len desatinu percenta cesty na okraj našej sústavy.

Preto by nás nemalo rozčuľovať, ako slabo poznáme „vnútro“ našej vlastnej planéty. Geológovia majú vlastné teleskopy – seizmický výskum – a vlastné ambiciózne plány na dobytie podložia. A ak sa astronómom už podarilo dotknúť významnej časti nebeských telies v slnečnej sústave, potom pre geológov to najzaujímavejšie ešte len čaká.

Vladimír Korolev

V hĺbke 410-660 kilometrov pod povrchom Zeme sa nachádza oceán archejského obdobia. Takéto objavy by neboli možné bez metód ultrahlbokého vŕtania vyvinutých a používaných v Sovietskom zväze. Jedným z artefaktov tých čias je superhlboká studňa Kola (SG-3), ktorá aj 24 rokov po ukončení vŕtania zostáva najhlbšou na svete. Prečo to bolo vyvŕtané a aké objavy to pomohlo urobiť, hovorí Lenta.ru.

Američania boli priekopníkmi ultrahlbokého vŕtania. Pravda, v rozľahlosti oceánu: v pilotnom projekte použili plavidlo Glomar Challenger, navrhnuté presne na tieto účely. Medzitým Sovietsky zväz aktívne rozvíjal vhodný teoretický rámec.

V máji 1970 sa na severe regiónu Murmansk, 10 kilometrov od mesta Zapolyarny, začalo vŕtanie superhlbokej studne Kola. Ako sa dalo očakávať, bolo to načasované tak, aby sa zhodovalo so stým výročím Leninovho narodenia. Na rozdiel od iných ultra hlbokých vrtov bol SG-3 vyvŕtaný výlučne na vedecké účely a dokonca zorganizoval špeciálnu geologickú prieskumnú expedíciu.

Zvolené miesto vŕtania bolo jedinečné: práve na Baltskom štíte v oblasti polostrova Kola vychádzajú na povrch staré skaly. Vek mnohých z nich dosahuje tri miliardy rokov (samotná naša planéta má 4,5 miliardy rokov). Okrem toho sa tu nachádza puklinový žľab Pečenga-Imandra-Varzuga - pohárovitá stavba vtlačená do pradávnych skál, ktorej vznik sa vysvetľuje hlbokým zlomom.

Vedcom trvalo štyri roky, kým vyvŕtali studňu do hĺbky 7263 metrov. Doteraz sa neurobilo nič neobvyklé: použilo sa rovnaké zariadenie ako na ťažbu ropy a plynu. Potom studňa stála celý rok nečinná: inštalácia bola upravená na vŕtanie turbínou. Po modernizácii bolo možné vŕtať približne 60 metrov za mesiac.

Hĺbka siedmich kilometrov priniesla prekvapenia: striedanie tvrdých a nie veľmi hustých skál. Nehody boli čoraz častejšie a vo vrte sa objavilo veľa dutín. Vŕtanie pokračovalo až do roku 1983, kedy hĺbka SG-3 dosiahla 12 kilometrov. Potom vedci zhromaždili veľkú konferenciu a hovorili o svojich úspechoch.

Neopatrnou manipuláciou s vrtákom však zostal v bani asi päťkilometrový úsek. Snažili sa ju dostať niekoľko mesiacov, no neúspešne. Bolo rozhodnuté opäť začať vŕtať z hĺbky siedmich kilometrov. Pre náročnosť operácie sa nevŕtal len hlavný kmeň, ale aj štyri doplnkové. Obnovenie stratených metrov trvalo šesť rokov: v roku 1990 dosiahol vrt hĺbku 12 262 metrov a stal sa tak najhlbším na svete.

O dva roky neskôr bolo vŕtanie zastavené, studňa bola následne zakonzervovaná a v podstate opustená.

Napriek tomu sa v superhlbokej studni Kola urobilo veľa objavov. Inžinieri vytvorili celý systém ultra hlbokého vŕtania. Náročnosť spočívala nielen v hĺbke, ale aj vo vysokých teplotách (až 200 stupňov Celzia) kvôli intenzite vrtov.

Vedci sa nielen presunuli hlbšie do Zeme, ale tiež zdvihli vzorky hornín a jadrá na analýzu. Mimochodom, práve oni študovali mesačnú pôdu a zistili, že jej zloženie takmer úplne zodpovedá horninám vyťaženým zo studne Kola z hĺbky asi troch kilometrov.

V hĺbke vyše deväť kilometrov narazili na ložiská nerastov vrátane zlata: v olivínovej vrstve ich je až 78 gramov na tonu. A to nie je tak málo - ťažba zlata sa považuje za možnú pri 34 gramoch na tonu. Príjemným prekvapením pre vedcov, ako aj pre neďaleký závod, bol objav nového rudného horizontu medenoniklových rúd.

Vedci sa okrem iného dozvedeli, že žuly sa nepremieňajú na superpevnú čadičovú vrstvu: v skutočnosti za ňou boli archejské ruly, ktoré sa tradične zaraďujú medzi puklinové horniny. To vyvolalo akúsi revolúciu v geologickej a geofyzikálnej vede a úplne zmenilo tradičné predstavy o vnútri Zeme.

Ďalším príjemným prekvapením je objav v hĺbke 9-12 kilometrov vysoko poréznych puklinových hornín, nasýtených vysoko mineralizovanými vodami. Podľa vedcov sú zodpovedné za vznik rúd, no predtým sa verilo, že k tomu dochádza len v oveľa menších hĺbkach.

Okrem iného sa ukázalo, že teplota podložia bola o niečo vyššia, ako sa očakávalo: v hĺbke šiestich kilometrov bol získaný teplotný gradient 20 stupňov Celzia na kilometer namiesto očakávaných 16. Bol stanovený rádiogénny pôvod tepelného toku, čo tiež nesúhlasilo s predchádzajúcimi hypotézami.

V hlbokých vrstvách starých viac ako 2,8 miliardy rokov našli vedci 14 druhov fosílnych mikroorganizmov. To umožnilo posunúť čas vzniku života na planéte pred jeden a pol miliardou rokov. Vedci tiež zistili, že v hĺbkach nie sú žiadne sedimentárne horniny a je tam metán, čo navždy pochováva teóriu o biologickom pôvode uhľovodíkov.

Superhlboký vrt Kola je najhlbší vrt na svete (od roku 1979 do roku 2008.) Nachádza sa v regióne Murmansk, 10 kilometrov západne od mesta Zapolyarny, na území geologického baltského štítu. Jeho hĺbka je 12 262 metrov. Na rozdiel od iných veľmi hlbokých vrtov, ktoré boli vytvorené na ťažbu ropy alebo geologický prieskum, bol SG-3 vyvŕtaný výlučne na štúdium litosféry v oblasti, kde je hranica Mohorovicic. (skrátene Moho hranica) je spodná hranica zemskej kôry, na ktorej dochádza k prudkému zvýšeniu rýchlostí pozdĺžnych seizmických vĺn.

Superhlboká studňa Kola bola položená na počesť 100. výročia Leninovho narodenia v roku 1970. Vrstvy sedimentárnych hornín boli v tom čase dobre študované počas ťažby ropy. Zaujímavejšie bolo vŕtanie tam, kde vychádzajú na povrch vulkanické horniny staré asi 3 miliardy rokov (pre porovnanie: vek Zeme sa odhaduje na 4,5 miliardy rokov). Na ťažbu minerálov sa takéto horniny zriedka vŕtajú hlbšie ako 1-2 km. Predpokladalo sa, že už v hĺbke 5 km bude žulová vrstva nahradená čadičovou Vrt 6. júna 1979 prekonal rekord 9583 metrov, ktorý predtým držal vrt Bertha-Rogers (ropný vrt v r. Oklahoma). V najlepších rokoch pracovalo na superhlbinnom vrtu Kola 16 výskumných laboratórií, osobne na ne dohliadal minister geológie ZSSR.

Hoci sa očakávalo, že sa objaví jasná hranica medzi granitmi a bazaltmi, v jadre sa v celej hĺbke našli len žuly. Avšak vzhľadom na vysoký tlak stlačené žuly výrazne zmenili svoje fyzikálne a akustické vlastnosti.Zdvihnuté jadro sa spravidla rozpadalo od aktívneho uvoľnenia plynu na kašu, pretože nevydržalo prudkú zmenu tlaku. Silný kus jadra bolo možné odstrániť len veľmi pomalým zdvihnutím vrtáka, keď sa „prebytočnému“ plynu, ešte stlačenému na vysoký tlak, podarilo z horniny uniknúť Hustota trhlín vo veľkých hĺbkach na rozdiel od tzv. očakávania, zvýšené. V hĺbke bola aj voda, ktorá vyplnila trhliny.

Je zaujímavé, že keď sa v Moskve v roku 1984 konal Medzinárodný geologický kongres, na ktorom boli prezentované prvé výsledky výskumu studne, mnohí vedci zo žartu navrhli okamžite ju pochovať, pretože ničí všetky predstavy o štruktúre zemskej kôry. . Vskutku, zvláštne veci sa začali už v prvých štádiách prieniku. Napríklad teoretici ešte pred začiatkom vŕtania sľubovali, že teplota baltického štítu zostane relatívne nízka do hĺbky aspoň 5 kilometrov, teplota okolia presahuje 70 stupňov Celzia, pri siedmich - cez 120 stupňov a pri v hĺbke 12 bolo horúco silnejšie ako 220 stupňov - o 100 stupňov vyššie, ako sa predpokladalo. Kolskí vrtáci spochybnili teóriu o vrstvenej štruktúre zemskej kôry – minimálne v intervale do 12 262 metrov.

"Máme najhlbšiu dieru na svete - tak ju musíme využiť!" - trpko zvolá David Guberman, stály riaditeľ Kola Superdeep Research and Production Center. Za prvých 30 rokov Kola Superdeep prerazili sovietski a potom ruskí vedci do hĺbky 12 262 metrov. Od roku 1995 sa však vŕtanie zastavilo: projekt nemal kto financovať. To, čo je pridelené v rámci vedeckých programov UNESCO, stačí len na udržiavanie vrtnej stanice v prevádzkyschopnom stave a štúdium predtým vyťažených vzoriek hornín.

Huberman s ľútosťou spomína, koľko vedeckých objavov sa udialo v Kola Superdeep. Doslova každý meter bol zjavením. Studňa ukázala, že takmer všetky naše doterajšie poznatky o stavbe zemskej kôry sú nesprávne. Ukázalo sa, že Zem vôbec nie je ako poschodová torta.

Ďalšie prekvapenie: ukázalo sa, že život na planéte Zem vznikol o 1,5 miliardy rokov skôr, ako sa očakávalo. V hĺbkach, kde sa verilo, že neexistuje žiadna organická hmota, bolo objavených 14 druhov fosílnych mikroorganizmov - vek hlbokých vrstiev presiahol 2,8 miliardy rokov. V ešte väčších hĺbkach, kde už nie sú sedimenty, sa metán objavil v obrovských koncentráciách. To úplne a úplne zničilo teóriu o biologickom pôvode uhľovodíkov ako je ropa a plyn.Vznikali takmer fantastické senzácie. Keď koncom 70. rokov sovietska automatická vesmírna stanica priviezla na Zem 124 gramov mesačnej pôdy, vedci z Kola Science Center zistili, že je to ako dva hrášky v struku so vzorkami z hĺbky 3 kilometrov. A vznikla hypotéza: Mesiac sa odtrhol od polostrova Kola. Teraz hľadajú, kde presne. Mimochodom, Američania, ktorí si z Mesiaca priviezli pol tony zeminy, s tým nič zmysluplné neurobili. Boli umiestnené vo vzduchotesných nádobách a ponechané na výskum budúcim generáciám.

Celkom neočakávane pre všetkých sa potvrdili predpovede Alexeja Tolstého z románu „Hyperboloid inžiniera Garina“. V hĺbke viac ako 9,5 kilometra bola objavená skutočná pokladnica všetkých druhov minerálov, najmä zlata. Skutočná olivínová vrstva, geniálne predpovedaná spisovateľom. Obsahuje 78 gramov zlata na tonu.Mimochodom, priemyselná výroba je možná pri koncentrácii 34 gramov na tonu. Ale čo je najprekvapujúcejšie, v ešte väčších hĺbkach, kde už nie sú sedimentárne horniny, bol prírodný metán vyskytujú vo veľkých koncentráciách. To úplne a úplne zničilo teóriu biologického pôvodu uhľovodíkov, ako je ropa a plyn

So studňou Kola sa spájali nielen vedecké senzácie, ale aj tajomné legendy, z ktorých väčšina sa po overení ukázala ako výmysly novinárov. Podľa jedného z nich bola primárnym zdrojom informácií (1989) americká televízna spoločnosť Trinity Broadcasting Network, ktorá zas prevzala správu zo správy fínskych novín. Údajne pri vŕtaní studne v hĺbke 12 000 metrov mikrofóny vedcov zaznamenali výkriky a stonanie.) Novinári, bez toho, aby si mysleli, že je jednoducho nemožné zasunúť mikrofón do takej hĺbky (aké zariadenie na záznam zvuku môže pracovať pri teplotách nad dvesto stupňov?) napísal, že vŕtači počuli „hlas z podsvetia“.

Po týchto publikáciách sa superhlboká studňa Kola začala nazývať „cestou do pekla“, pričom tvrdili, že každý nový vyvŕtaný kilometer priniesol krajine nešťastie.Vraveli, že keď vrtári vŕtali trinásťtisíc metrov, ZSSR sa zrútil. No, keď bol vrt navŕtaný do hĺbky 14,5 km (čo sa vlastne nestalo), narazili na nezvyčajné dutiny. Zaujatý týmto neočakávaným objavom, vrtáci zoslali mikrofón schopný pracovať pri extrémne vysokých teplotách a ďalšie senzory. Teplota vo vnútri údajne dosahovala 1 100 °C – bolo tam teplo ohnivých komôr, v ktorých bolo údajne počuť ľudské výkriky.

Táto legenda sa stále potuluje po obrovských priestoroch internetu a prežila samotného vinníka týchto klebiet - studňu Kola. Práce na ňom boli zastavené ešte v roku 1992 pre nedostatok financií. Do roku 2008 bola v zakonzervovanom stave. O rok neskôr padlo definitívne rozhodnutie upustiť od pokračovania výskumu a celý výskumný komplex rozobrať a studňu „zasypať“. K definitívnemu opusteniu studne došlo v lete 2011.
Ako teda vidíte, tentoraz sa vedcom nepodarilo dostať sa k plášťu a preskúmať ho. To však neznamená, že studňa Kola nedala vede nič - naopak, obrátila všetky ich predstavy o štruktúre zemskej kôry hore nohami.

VÝSLEDKY

Ciele stanovené v projekte ultrahlbokého vŕtania boli dokončené. Boli vyvinuté a vytvorené špeciálne zariadenia a technológie na ultra hlboké vŕtanie, ako aj na štúdium vrtov vŕtaných do veľkých hĺbok. Dostali sme informácie, dalo by sa povedať, „z prvej ruky“ o fyzikálnom stave, vlastnostiach a zložení hornín v ich prirodzenom výskyte a od jadra až po hĺbku 12 262 m. Studňa dala domovine v malých hĺbkach vynikajúci dar - v rozmedzí 1,6-1,8 kilometra. Otvárali sa tam priemyselné medenoniklové rudy - bol objavený nový rudný horizont. A príde vhod, pretože v miestnej niklovni už dochádza ruda.

Ako bolo uvedené vyššie, geologická predpoveď vrtného úseku sa nenaplnila. Obraz, ktorý sa očakával počas prvých 5 km v studni, sa predĺžil na 7 km a potom sa objavili úplne nečakané skaly. Čadiče predpovedané v hĺbke 7 km sa nenašli, ani keď klesli na 12 km. Očakávalo sa, že hranica, ktorá dáva najväčší odraz pri seizmickom sondovaní, je úroveň, kde sa žuly transformujú na odolnejšiu čadičovú vrstvu. V skutočnosti sa ukázalo, že sa tam nachádzajú menej pevné a menej husté puklinové horniny – archejské ruly. Toto sa nikdy nečakalo. A to sú zásadne nové geologické a geofyzikálne informácie, ktoré nám umožňujú interpretovať údaje hĺbkového geofyzikálneho výskumu inak.

Neočakávané a zásadne nové sa ukázali aj údaje o procese tvorby rudy v hlbokých vrstvách zemskej kôry. V hĺbkach 9-12 km sa tak stretli s vysoko poréznymi puklinovými horninami nasýtenými vysoko mineralizovanými podzemnými vodami. Tieto vody sú jedným zo zdrojov tvorby rúd. Predtým sa verilo, že to bolo možné len v oveľa menších hĺbkach. Práve v tomto intervale bol zistený zvýšený obsah zlata v jadre - až 1 g na 1 tonu horniny (koncentrácia považovaná za vhodnú pre priemyselný rozvoj). Bude však niekedy výhodné ťažiť zlato z takých hĺbok?

Zmenili sa aj predstavy o tepelnom režime zemského vnútra a hĺbkovom rozložení teplôt v oblastiach čadičových štítov. V hĺbke viac ako 6 km bol získaný teplotný gradient 20°C na 1 km namiesto očakávaných (ako v hornej časti) 16°C na 1 km. Ukázalo sa, že polovica tepelného toku je rádiogénneho pôvodu.

Hlbiny zeme obsahujú toľko tajomstiev ako obrovské rozlohy vesmíru. Presne toto si myslia niektorí vedci a majú čiastočne pravdu, pretože ľudia stále presne nevedia, čo je pod našimi nohami, hlboko pod zemou.Počas celej existencie pozemskej civilizácie sme mohli ísť hlbšie do planéty. o niečo viac ako 10 kilometrov. Tento rekord bol stanovený v roku 1990 a vydržal až do roku 2008, potom bol niekoľkokrát aktualizovaný. V roku 2008 bol vyvŕtaný Maersk Oil BD-04A, 12 290 metrov dlhý šikmý ropný vrt (ropná panva Al Shaheen v Katare). V januári 2011 bol na poli Odoptu-Sea (projekt Sachalin-1) vyvŕtaný šikmý ropný vrt s hĺbkou 12 345 metrov. Rekord v hĺbke vŕtania v súčasnosti patrí vrtu Z-42 poľa Chayvinskoye, ktorého hĺbka je 12 700 metrov.

V roku 1970, presne na Leninove 100. narodeniny, začali sovietski vedci jeden z najambicióznejších projektov našej doby. Na polostrove Kola, desať kilometrov od obce Zapolyarny, sa začalo vŕtanie studne, ktorá sa v dôsledku toho ukázala ako najhlbšia na svete a zapísala sa do Guinessovej knihy rekordov.

Grandiózny vedecký projekt trvá už viac ako dvadsať rokov. Prinieslo množstvo zaujímavých objavov, zapísalo sa do dejín vedy a nakoniec získalo toľko legiend, povestí a klebiet, že by to vystačilo na nejeden horor.

ZSSR. polostrov Kola. 1. októbra 1980. Pokročilé studne, ktoré dosiahli rekordnú hĺbku 10 500 metrov

Vstup do pekla

Počas svojho rozkvetu bolo miesto vŕtania na polostrove Kola kyklopskou stavbou s výškou 20-poschodovej budovy. Za zmenu tu pracovalo až tritisíc ľudí. Tím viedli poprední geológovia krajiny. Vrtná súprava bola postavená v tundre desať kilometrov od obce Zapolyarny a v polárnej noci žiarila svetlami ako vesmírna loď.

Keď sa všetka táto nádhera zrazu zatvorila a svetlá zhasli, okamžite sa začali šíriť chýry. Akokoľvek, vŕtanie bolo mimoriadne úspešné. Nikomu na svete sa nikdy nepodarilo dosiahnuť takú hĺbku - sovietski geológovia spustili vrt viac ako 12 kilometrov.

Náhly koniec úspešného projektu sa zdal rovnako absurdný ako to, že Američania uzavreli program letov na Mesiac. Za krach lunárneho projektu boli obviňovaní mimozemšťania. V problémoch Kola Superdeep sú diabli a démoni.

Populárna legenda hovorí, že vrták bol opakovane vyťahovaný z veľkých hĺbok roztavený. Neexistovali na to žiadne fyzikálne dôvody - teplota pod zemou nepresahovala 200 stupňov Celzia a vrták bol navrhnutý na tisíc stupňov. Potom vraj začali zvukové senzory zachytávať nejaké stony, výkriky a vzdychy. Dispečeri monitorujúci hodnoty prístrojov sa sťažovali na pocity paniky a úzkosti.

Podľa legendy sa ukázalo, že geológovia vŕtali do pekla. Stony hriešnikov, extrémne vysoké teploty, atmosféra hrôzy na vrtnej súprave – to všetko vysvetľovalo, prečo boli všetky práce na superhlbine Kola zrazu obmedzené.

Mnohí boli voči týmto fámam skeptickí. V roku 1995 však po zastavení prác došlo na vrtnej súprave k silnému výbuchu. Nikto nechápal, čo tam môže vybuchnúť, ani vedúci celého projektu, významný geológ David Guberman.

Dnes sa na opustenú vrtnú súpravu konajú exkurzie a turistom sa rozpráva fascinujúci príbeh o tom, ako vedci vyvŕtali dieru do podzemného kráľovstva mŕtvych. Je to, akoby sa okolo inštalácie potulovali stenajúci duchovia a večer sa démoni plazili na povrch a usilovali sa dostať neopatrného extrémneho športovca do priepasti.

Podzemný Mesiac

V skutočnosti celý príbeh „dobre do pekla“ vymysleli fínski novinári do 1. apríla. Ich komiksový článok znovu zverejnili americké noviny a kačica sa rozletela medzi masy. Dlhodobé vŕtanie superhlbokej nádrže Kola prebiehalo bez akejkoľvek mystiky. Ale to, čo sa tam stalo v skutočnosti, bolo zaujímavejšie ako akékoľvek legendy.

Na začiatok bolo veľmi hlboké vŕtanie odsúdené na množstvo nehôd. Pod jarmom obrovského tlaku (až 1000 atmosfér) a vysokých teplôt vrtáky nevydržali, studňa sa upchala a potrubia slúžiace na spevnenie prieduchu praskli. Nespočetne veľakrát bola úzka studňa prehnutá tak, že bolo treba vŕtať ďalšie a ďalšie vetvy.

K najhoršej nehode došlo krátko po hlavnom triumfe geológov. V roku 1982 dokázali prekonať hranicu 12 kilometrov. Tieto výsledky boli slávnostne vyhlásené v Moskve na Medzinárodnom geologickom kongrese. Geológov z celého sveta priviezli na polostrov Kola, ukázali im vrtnú súpravu a vzorky hornín vyťažených vo fantastických hĺbkach, aké ľudstvo nikdy predtým nedosiahlo.

Po oslave pokračovalo vŕtanie. Prestávka v práci sa mu však stala osudnou. V roku 1984 došlo k najhoršej vrtnej nehode. Až päť kilometrov potrubia sa uvoľnilo a zapchalo studňu. Pokračovať vo vŕtaní nebolo možné. Päť rokov práce sa stratilo zo dňa na deň.

Museli sme obnoviť vŕtanie od 7-kilometrovej hranice. Až v roku 1990 sa geológom opäť podarilo prejsť 12 kilometrov. 12 262 metrov - to je konečná hĺbka studne Kola.

Ale paralelne s hroznými nehodami došlo aj k neuveriteľným objavom. Hlboké vŕtanie je ako stroj času. Na polostrove Kola sa k povrchu približujú najstaršie horniny, ktorých vek presahuje 3 miliardy rokov. Tým, že išli hlbšie, vedci získali jasné pochopenie toho, čo sa dialo na našej planéte počas jej mladosti.

V prvom rade sa ukázalo, že tradičný diagram geologického rezu zostavený vedcami nezodpovedá realite. „Do 4 kilometrov išlo všetko podľa teórie a potom sa začal koniec sveta,“ povedal neskôr Huberman

Podľa výpočtov sa vŕtaním cez vrstvu žuly mala dostať k ešte tvrdším, čadičovým horninám. Ale čadič tam nebol. Po tom, ako sa žula uvoľnila vrstvené skaly, ktoré sa neustále drobili a sťažovali pohyb hlbšie.

Ale medzi horninami starými 2,8 miliardy rokov sa našli skamenené mikroorganizmy. To umožnilo objasniť dobu vzniku života na Zemi. V ešte väčších hĺbkach sa našli obrovské ložiská metánu. Tým sa objasnila problematika vzniku uhľovodíkov – ropy a plynu.

A v hĺbke viac ako 9 kilometrov vedci objavili zlatonosnú olivínovú vrstvu, ktorú tak živo opísal Alexej Tolstoj v „Hyperboloid inžiniera Garina“.

K najfantastickejšiemu objavu však došlo koncom sedemdesiatych rokov, keď sovietska lunárna stanica priviezla vzorky mesačnej pôdy. Geológovia s úžasom videli, že jeho zloženie sa úplne zhoduje so zložením hornín, ktoré ťažili v hĺbke 3 kilometrov. Ako to bolo možné?

Faktom je, že jedna z hypotéz o pôvode Mesiaca naznačuje, že pred niekoľkými miliardami rokov sa Zem zrazila s nejakým nebeským telesom. V dôsledku zrážky sa z našej planéty odlomil kúsok a zmenil sa na satelit. Možno tento kúsok vyšiel v oblasti súčasného polostrova Kola.

Finálny

Prečo teda uzavreli superhlbinný ropovod Kola?

Po prvé, hlavné ciele vedeckej expedície boli dokončené. Bolo vytvorené jedinečné zariadenie na vŕtanie vo veľkých hĺbkach, testované v extrémnych podmienkach a výrazne vylepšené. Zozbierané vzorky hornín boli preskúmané a podrobne popísané. Studňa Kola pomohla lepšie pochopiť štruktúru zemskej kôry a históriu našej planéty.

Po druhé, čas sám o sebe neprispieval k takýmto ambicióznym projektom. V roku 1992 bolo financovanie vedeckej expedície prerušené. Zamestnanci dali výpoveď a išli domov. Ale aj dnes je grandiózna stavba vrtnej súpravy a tajomná studňa pôsobivá svojou mierkou.

Niekedy sa zdá, že Kola Superdeep ešte nevyčerpala celú zásobu svojich zázrakov. Bol si tým istý aj šéf slávneho projektu. "Máme najhlbšiu dieru na svete - tak ju musíme využiť!" - zvolal David Huberman.