Science >> Wetenschap >  >> anders

Waarom hebben de Russen het diepste gat ter wereld afgesloten?

De kleine blauw-witte dop, omringd door puin, is het enige dat de Kola Superdeep afdicht Boorgat, dat zich 12.262 meter diep uitstrekt. Wikimedia/(CC BY-SA 4.0)

Belangrijkste punten

  • Het Kola Superdeep-boorgat, gelegen in Rusland, is 's werelds diepste door mensen gemaakte gat en bereikt een diepte van 40.230 voet (12.262 meter) of 7,6 mijl (12,2 kilometer), en overtreft daarmee de diepte van de Marianentrog en de hoogte van Mount Everest.
  • Het boorproject, dat in 1970 door de Sovjets werd geïnitieerd, bracht onverwachte bevindingen aan het licht, zoals de afwezigheid van de "Conrad-discontinuïteit"-overgang van graniet naar basalt, de aanwezigheid van vloeibaar water op onverwachte diepten en microscopisch kleine fossielen uit eencellige zeedieren. organismen die 2 miljard jaar oud zijn.
  • Ondanks de aanzienlijke diepte die werd bereikt, kreeg het boren te maken met uitdagingen zoals stijgende temperaturen en rotsdichtheden, wat leidde tot de stopzetting van het project in 1992 en het gat werd gedicht in 2005.

Terwijl de Verenigde Staten en de Sovjet-Unie zich tijdens de grote ruimtewedloop van de jaren zestig concentreerden op ruimteverkenning, streden de Amerikanen en de Sovjets ook om een ​​andere soort suprematie:één tot in het midden van de aarde, of op zijn minst zo dicht mogelijk bij de aarde. . Het resulteerde in het diepste gat ter wereld .

Inhoud
  1. De diepboorrace
  2. Het Kola-boorgat is diep
  3. Waarom zo diep in de aarde boren?
  4. Het is moeilijk om zo diep te graven
  5. Wat hebben ze gevonden in het superdiepe boorgat van Kola?
  6. Kunnen we dieper graven?

De diepboorrace

In 1958 lanceerden de Amerikanen Project Mohole, een plan om een ​​monster uit de aardmantel te halen door naar de bodem van de oceaan te boren bij het eiland Guadalupe, Mexico. Met geld van de National Science Foundation boorden ze 183 meter diep in de zeebodem voordat het project in 1966 door het Amerikaanse Huis van Afgevaardigden werd ingetrokken.

In 1970 lanceerden de Sovjets hun poging door in de aarde te boren in Moermansk, Rusland, net buiten de Noorse grens nabij de Barentszzee. Het staat bekend als het Kola Superdeep-boorgat en het was succesvoller, drong veel dieper door in de aarde en verzamelde monsters die wetenschappers vandaag de dag nog steeds verbazen.

Waarom zo diep in de aarde graven? "Om belangrijke wetenschappelijke vragen te beantwoorden" die antwoorden kunnen geven op enkele van de grootste wetenschappelijke mysteries over onze planeet, zegt Dr. Ulrich Harms.

Harms is directeur van het Duitse Scientific Earth Probing Consortium bij het Duitse Onderzoekscentrum voor Geowetenschappen in Potsdam, Duitsland. Hij heeft het Kola-boorgat bezocht, de opslagplaats met kernmonsters doorzocht en zelfs de inmiddels ter ziele gegane putmond in handen gekregen.

En hoewel het Kola Superdeep-boorgat nooit verder reikte dan de aardkorst, blijft het het diepste gat dat ooit is gegraven.

Het Kola-boorgat is diep

Het Kola Superdeep-boorgat in Rusland is het diepste gat ter wereld. Het is dieper dan de Marianentrog en dieper dan de Mount Everest hoog is. Simon Kuestenmacher

Het Kola Superdeep-boorgat in Rusland is het diepste gat ter wereld. Het is dieper dan de Marianentrog en dieper dan de Mount Everest hoog is.

Verborgen op een verlaten boorlocatie tussen rottend hout en stukken schroot (overblijfselen van de boortoren en de behuizing die ooit in Rusland stonden) zit een kleine, bescheiden, robuuste afdekking voor onderhoudsgaten die op zijn plaats is vastgezet met een tiental grote, roestende bouten.

Daaronder – en vrijwel onzichtbaar vanaf grondniveau – bevindt zich met een diameter van slechts 23 centimeter het diepste door mensen gemaakte gat ter wereld.

Het Kola Superdeep-boorgat loopt ongeveer 12,2 kilometer diep in het aardoppervlak. Voor het perspectief is de diepte van het gat de hoogte van de Mount Everest en de Mount Fuji, op elkaar geplaatst. Het is ook dieper dan het diepste punt van de oceaan, de Marianentrog, gelegen in de Stille Oceaan op een diepte van 11.034 meter onder zeeniveau.

Voor het perspectief:de buitenste laag van de aarde – de grond waarop we staan ​​– de continentale korst genoemd, is ongeveer 40 kilometer dik.

De volgende laag, de mantel, gaat nog eens 2896 kilometer door. De buitenste kern strekt zich ongeveer 2.250 kilometer uit voordat hij de binnenste kern van de aarde bereikt, een hete, dichte, grotendeels ijzeren bal met een straal van ongeveer 758 mijl (1.220 kilometer).

Dus hoewel het diepste kunstmatige punt indrukwekkend is, is het verrassend ondiep vergeleken met de diepte van de aarde. In totaal dringt Kola slechts ongeveer een derde van de aardkorst binnen en 0,2 procent van de gehele afstand tot het centrum van de aarde.

Het heeft ook een tijdje geduurd. Jaren zelfs. Het boren in Kola begon op 24 mei 1970. Het doel was om zo ver mogelijk te gaan, waarvan wetenschappers destijds verwachtten dat het ongeveer 15 kilometer zou zijn. In 1979 had het project alle wereldrecords voor door de mens gemaakte gaten gebroken toen het meer dan 9,5 kilometer lang was.

In 1989 bereikten de boringen een diepte van 40.230 voet (12.262 meter) verticaal onder het aardoppervlak. Het is het diepste punt ooit bereikt. Op dat moment steeg de temperatuur in de put van de verwachte 212 graden Fahrenheit (100 graden Celsius) naar 356 graden Fahrenheit (180 graden Celsius).

Ondanks boren tot een diepte van meer dan 40.000 voet (12.192 meter) hebben onderzoekers nauwelijks de oppervlak van de aardkorst. CRStocker/Shutterstock

Waarom zo diep in de aarde boren?

We boren enorme gaten om verschillende redenen, vooral voor het winnen van hulpbronnen zoals fossiele brandstoffen en metalen.

Enkele andere diepe voorbeelden zijn de 100 jaar oude kopermijn van Bingham Canyon in de bergen bij Salt Lake City, de locatie van een put die zich 1,2 kilometer diep uitstrekt en 4 kilometer breed is. , en de Kimberley Diamond Mine, ook wel The Big Hole genoemd, in Zuid-Afrika, een van de grootste gaten ter wereld die door mensenhanden en zonder machines is gegraven.

Er worden ook gaten gegraven in naam van de wetenschap, zegt Harms, om zaken als:

beter te begrijpen
  • Geohazards zoals aardbevingen en vulkaanuitbarstingen
  • Geobronnen zoals geothermische warmte en energie
  • Evolutie van de aarde en het leven erop
  • Milieuveranderingen in het verleden om beter in de toekomst te kunnen projecteren

"Een gedetailleerd voorbeeld is dat observaties heel dicht bij een aardbevingsgebied [onderzoekers] in staat stellen het begin en de voortplanting van zelfs de kleinste aardbeving als reactie op stress en spanning te volgen", zegt Harms. "We willen deze fysieke, chemische en mechanische gegevens uit het nabije veld herstellen om deze processen fundamenteel te begrijpen, die niet kunnen worden vereenvoudigd in laboratoriumexperimenten of computermodellen."

Het is moeilijk om zo diep te graven

Het Kola Superdeep-boorgat werd in 1992 verlaten na de val van de Sovjet-Unie. Tegenwoordig is het een complete puinhoop. Wikimedia/(CC BY-SA 4.0)

In 1977 lanceerde NASA Voyager 1 de ruimte in en buiten het zonnestelsel de interstellaire ruimte in. Vanaf augustus 2022 heeft de satelliet 23,5 miljard kilometer de ruimte in gereisd. Dus waarom zijn ingenieurs er over twintig jaar nog maar in geslaagd een paar kilometer diep in de aarde te graven?

Het blijkt dat het graven van een diep gat naar het midden van de aarde iets lastiger is dan onderzoekers hadden verwacht. Toen er in de jaren zeventig bijvoorbeeld werd begonnen met boren op de Kola Superdeep Borehole-locatie, ploegde de boor vrij moeiteloos door de granieten rotsen. Maar toen boormachines een diepte van ongeveer 6,9 kilometer bereikten, werden de lagen dichter en moeilijker om in te boren.

Als gevolg hiervan braken de boren en moest het team verschillende keren van richting veranderen. "Als gevolg hiervan werden verschillende boorpaden geboord totdat uiteindelijk een behoorlijk verticaal [pad] werd bereikt", zegt Harms. Het resulterende boorpatroon lijkt op een soort kerstboom.

Ingenieurs ploegden verder, maar hoe dieper de boor ging, hoe heter de aarde werd. De temperatuurgradiënt kwam overeen met wat wetenschappers hadden voorspeld tot op ongeveer 10.000 voet (3.048 meter). Maar voorbij dat punt, toen ze dieper boorden, werd de hitte steeds heviger totdat er temperaturen van 180 graden Celsius (356 graden Fahrenheit) bereikten op ongeveer 12 kilometer diepte.

Dat was een drastisch verschil met de 212 graden Fahrenheit (100 graden Celsius) die ze verwachtten.

Toen ze voorbij de eerste 4.511 meter ploegden, ontdekten ingenieurs ook dat het gesteente veel meer porositeit en doorlaatbaarheid had. Dat, in combinatie met de extreem hoge temperaturen, zorgde ervoor dat het gesteente zich meer als een plastic dan als een vaste stof gedroeg, waardoor boren vrijwel onmogelijk werd.

Deze temperaturen lagen buiten de mogelijkheden van hun boorapparatuur, en hoewel de Sovjets tot 1992 doorgingen, kwamen ze nooit dieper dan de diepte die in 1989 werd bereikt. 15 kilometer) doel. De boorlocatie werd in 2005 officieel gesloten en het gat gedicht.

Andere pogingen zijn door de jaren heen ondernomen door andere landen, waaronder Duitsland, Oostenrijk en Zweden. Geen van deze gaten is dieper dan het Kola Superdeep-boorgat, hoewel sommige langer waren en van hun verticale koers waren afgeweken.

Wat hebben ze gevonden in het superdiepe boorgat van Kola?

(met de klok mee vanaf links) Werknemers in de boorruimte; een stuk kern gewonnen uit de Kola-put; een stuk metabasaltgesteente van 6.238,25 meter (20.465 voet) diep in de aardkorst. Pechenga

Wetenschappers hebben veel ontdekt in het Kola Superdeep-boorgat. Om te beginnen beseften ze dat ze de temperatuurkaart voor het binnenste van de aarde moesten bijwerken, omdat ze te maken kregen met temperaturen die veel hoger waren dan verwacht.

Ze waren er ook van onder de indruk dat er geen overgang was van graniet naar basalt, een grensgeoloog die 'Conrad-discontinuïteit' noemt, en die op basis van de resultaten van seismische reflectieonderzoeken werd verondersteld te bestaan.

Een andere ontdekking was dat vloeibaar water veel dieper was dan ze eerder hadden gedacht. "Een van de onverwachte resultaten was zeker het optreden van open, met zout water gevulde scheuren, waaruit blijkt dat de korst niet dicht is, maar dat er paden zijn waardoor vloeistoffen kunnen stromen", zegt Harms.

Onderzoekers vermoedden dat het water uit de bergkristallen werd geperst door de ongelooflijk hoge druk in de aarde.

Nog spannender was de ontdekking van biologische activiteit in de rotsen. Op een diepte van 7 kilometer vonden onderzoekers tientallen fossielen van eencellige mariene organismen die 2 miljard jaar oud zijn. Het duidelijkste bewijs waren microscopisch kleine fossielen ingekapseld in organische verbindingen die verrassend intact waren ondanks de extreme druk en temperaturen van het omringende gesteente.

Kunnen we dieper graven?

Ja, uiteindelijk. Maar, zegt Harms, "dieper graven dan 12 kilometer (7,45 mijl) hangt af van twee kritische factoren:temperatuur en boorgatstabiliteit, waarbij de laatste afhankelijk is van spanning, spanning en de samenstelling en het gewicht van de boorvloeistof."

Daar is behoorlijk technologisch geavanceerde apparatuur voor nodig, aangezien de temperaturen daar naar verwachting oplopen tot wel 250 graden Celsius.

De echte taart in de lucht – of beter gezegd, op aarde – zou de aardmantel bereiken, de laag die net voorbij de aardkorst begint, ongeveer 40 kilometer onder onze voeten.

"We kunnen veel over de mantel leren als we toegang krijgen door middel van boren", zegt Harms. "Aardwetenschappers willen toegang tot de echte in situ mantel om de aard van deze grens te begrijpen waarover nog steeds wordt gedebatteerd en waarvan we geen nieuwe monsters hebben die informatie bevatten over hoe de korst en de mantel op elkaar inwerken, hoe vloeistoffen en magmadruppeltjes uit de mantel ontsnappen. in de korst en uiteindelijk in onze hydrosfeer, en hoe ze de biosfeer voeden – of hoe materie terug in de mantel ontsnapt.

"Deze grote cirkels van hoe onze planeet evolueert blijven raadselachtig langs deze grens en de Moho-discontinuïteit [de grens tussen de aardkorst en de mantel] is daarom een ​​hoofddoel van de wetenschap."

Dat is interessant

In 2021 boorden wetenschappers in Japan het grootste oceaangat in de aardkorst, op 8.022 meter hoogte, als onderdeel van het International Ocean Discovery Program (IODP).