Кольская сверхглубокая: путь к земному ядру

Шрифт


кольская скважина
Двадцатый век стал веком открытий и покорений. К середине века практически не осталось месть не исследованных человеком - от космических высот до морских глубин. Не меньший интерес вызывали и земные недра. Предлагаем рассказ о грандиозном проекте по изучению непознанного и его сенсационных открытиях.

29 мая 1953 года Эдмунд Хиллари и шерпа Тенцинг Норгей впервые в истории взошли на «Вершину мира», наконец-то покорив Эверест. 23 января 1960-го Дон Уолш и Жак Пикар спустились на батискафе «Триест» на дно Марианской впадины. В 1961 году Юрий Гагарин полетел в космос, а в 1969-м Нил Армстронг ступил на Луну. В 1950—1960-е годы казалось, что возможности человека ограничены только его фантазией. Бросив себе очередной вызов, люди решили проникнуть и в земные недра — так глубоко, как никогда ранее. В 1970 году в СССР началось сооружение 15-километровой скважины, которая должна была вплотную приблизиться к границе Мохоровичича — условного слоя, разделяющего земную кору и мантию.

О структурном устройстве Земли все наверняка еще помнят из школьного курса географии. В центре расположено ядро с твердой железо-никелевой серединой, окруженной жидкой расплавленной оболочкой. Достичь его невозможно сейчас и вряд ли станет реально в сколь-нибудь обозримом будущем. Выше ядра находится мантия, состоящая преимущественно из вязких силикатных пород, богатых железом и магнием. Сверху все это богатство прикрыто относительно тонкой и твердой земной корой.

кольская скважина

На континентах земная кора толще, чем под океанами. Она складывается из гранитного и базальтового слоев и присыпана осадочными породами. В основе же океанических бассейнов — лишь осадочный и базальтовый слои, гранитный отсутствует, что делает мантию достижимой мечтой всех геологов. Этим обстоятельством и решили воспользоваться американцы в самом начале 1960-х.

кольская скважина

В 1961 году в активную фазу вошел проект «Мохол». Его целью было пробурить в Тихом океане рядом с мексиканским островом Гуадалупе скважину, которая прошла бы через земную кору и достигла границы Мохоровичича. В рамках экспериментального этапа проекта весной 1961-го американцы пробурили пять пробных скважин, глубочайшая из которых достигла 180 метров под дном океана. Это был уникальный опыт, доказавший, что даже с плавучей незакрепленной платформы, под которой находилось 3,5 километра воды, бурение принципиально возможно.

кольская скважина

Впрочем, на пути беспрецедентных научных успехов США стал Конгресс страны, отказавшийся в конечном итоге финансировать дорогостоящий «Мохол». Его цели, какими бы фундаментальными они ни были для человечества, оказались совершенно непонятны сенаторам и конгрессменам. Впрочем, эстафету у Соединенных Штатов тут же подхватил их заклятый враг — Советский Союз.

кольская скважина

На фоне яростной космической гонки и прочего противостояния во всех возможных сферах жизни СССР не мог, разумеется, остаться равнодушным к достижениям американцев. В 1962 году Никита Хрущев утвердил научную программу «Изучение недр Земли и сверхглубокое бурение». Была поставлена задача соорудить скважину, которая достигла бы семикилометровой глубины. Причем сделать это предполагалось не в океане, а на континенте, что существенно усложняло проект. При этом геологи предполагали, что увеличение стоимости и продолжительности работ компенсируется несравнимо более ценными научными результатами.

кольская скважина

кольская скважина

Площадкой для реализации эксперимента был выбран Кольский полуостров. Этот самый север европейской части страны располагается на Балтийском щите. Данное образование сложено из древнейших пород и к тому же подверглось сильной эрозии. Осадочный слой здесь оказался минимальным, а во многих местах гранит земной коры выходит прямо на поверхность. Это должно было облегчить работу буровиков, первой целью которых было прохождение гранитов и достижение границы Конрада, то есть кровли базальтового слоя коры, за которым уже находилась мантия. Предполагалось, что базальт начинается на глубине 6—7 километров. Впоследствии проектная глубина скважины выросла в два с лишним раза — до 15 километров.

кольская скважина

кольская скважина

В конце 1960-х геологи, отвечавшие за проект, обосновались на севере Мурманской области, в 10 километрах от города Заполярный у озера с невероятным названием Вильгискоддеоайвинъярви. После подготовительной стадии, в мае 1970-го, бурение Кольской сверхглубокой скважины началось.

кольская скважина

Как происходит стандартное бурение какой-нибудь средней скважины, скажем, для нефтегазового комплекса? Двигатель буровой установки, расположенной на поверхности, вращает колонну стальных труб, в нижней части которой находятся долота с одной или несколькими буровыми коронками, армированными твердыми сплавами или алмазами. Одновременно в формируемую скважину закачивается специальный буровой раствор. Это особая сложносоставная глинистая смесь, выполняющая множество важных функций. Во-первых, она охлаждает породоразрушающий инструмент, во-вторых, ее давление обеспечивает дополнительную устойчивость стенкам буровой колонны, в-третьих, эта смесь, возвращаясь на поверхность, выносит с собой шлам, мелкие частицы породы.

кольская скважина

кольская скважина

Бурение сверхглубоких скважин имеет свои характерные особенности, значительно усложняющие его. В первую очередь, необходимо уменьшить вес многокилометровой колонны буровых труб. Для этого вместо стальных труб на Кольском полуострове использовали трубы из легких алюминиевых сплавов. По мере увеличения глубины скважины растет и горное давление, обусловленное весом породы. Чтобы компенсировать его и обеспечить устойчивость колонны трубы, модифицируется состав бурового раствора. Наконец, вместо двигателей на поверхности, обеспечивающих функционирование всего механизма, используются специальные турбины, которые расположены непосредственно у буровых коронок и приводятся в движение давлением раствора.

кольская скважина

кольская скважина

В среднем скорость бурения Кольской сверхглубокой составляла около 1—3 метров в час. По прохождении приблизительно десятка метров буровую колонну приходилось поднимать на поверхность для извлечения керна, цилиндра горной породы, образующегося в полой буровой трубе по мере ее углубления. Именно керн представлял особый интерес для геологов, а его изучение позволило сделать выводы о внутренней структуре земной коры. По мере роста длины скважины росло и время, которое требовалось для спуско-подъемных операций.

кольская скважина

кольская скважина

кольская скважина

До глубины в 7 километров работы по бурению Кольской сверхглубокой скважины проходили в более-менее штатном режиме. Далее ученые прогнозировали окончание стабильного гранитного слоя и границу Конрада — переход в нижний слой земной коры, базальтовый. При этом в своих предположениях геологи основывались на резком увеличении скорости сейсмических волн после семикилометровой отметки, что означало принципиальное изменение состава горной породы. Оно действительно произошло, но полученные результаты анализа керна оказались совершенно неожиданными.

кольская скважина

кольская скважина

Ранее ученые предполагали, что ниже гранитов находится еще более плотная порода. Вместо этого они обнаружили высокопористую многокилометровую зону с кавернами и большим содержанием водорода, к тому же пропитанную водным раствором. Это было совершенно феноменальное открытие, абсолютно не согласовывавшееся с прежними представлениями об устройстве земной коры, по крайней мере на этом участке Балтийского щита. Вместе с научным шоком изменение условий бурения принесло и тяжелые проблемы.

кольская скважина

кольская скважина

Во-первых, начала расти температура в скважине. На отметке в 7 километров она составляла 120°С, а к 12 километрам достигла уже 230°С. Оборудование, не рассчитанное на подобное пекло, стало часто выходить из строя. Кроме того, даже во время прохождения однородных прочных гранитов и тем более после попадания в зону каверн и трещин скважина стала отклоняться от вертикали. Тонкая многотонная нить длиной 12 километров и диаметром 92 сантиметра на поверхности и 21,5 сантиметра в нижней части стала искривляться. К 12-му километру отклонение от вертикали составило 840 метров. Ствол колонны периодически обрывался, и восстановить его целостность на такой глубине не представлялось возможным. Приходилось начинать бурение заново от последнего целого участка. В конечном итоге Кольская скважина превратилась в систему из нескольких скважин, чем-то напоминающую корневую систему дерева.

кольская скважина

В октябре 1976 года вместо серийной буровой установки «Уралмаш-4Э», работавшей до глубины в 7 километров, на площадке Кольской сверхглубокой была смонтирована новая уникальная буровая «Уралмаш-15000», которая и должна была достичь красивой цифры. Должна была, но не достигла.

кольская скважина

кольская скважина

кольская скважина

Тем не менее к этому моменту научный проект превратился в солидное предприятие. Высота буровой вышки составила 68 метров, вокруг нее разместились научные лаборатории, кернохранилище и ремонтно-механический завод — целый научный городок.

кольская скважина

кольская скважина

кольская скважина

6 июня 1979 года случилось первое историческое событие. Буровики отрапортовали о достижении отметки в 9584 метра. Кольская скважина стала самой глубокой скважиной в мире, превзойдя американскую нефтяную рекордсменку «Берту Роджерс» (9583 метра). Буровой мастер Федор Атарщиков сделал в вахтенном журнале торжествующую запись: «Забой — 9584 метра. „Берта Роджерс“, чао, гуд бай».

кольская скважина

кольская скважина

кольская скважина

В начале 1980-х произошло и второе историческое событие. Кольская сверхглубокая прошла 11 022 метра, обойдя Марианскую впадину. На такую глубину внутрь собственной колыбели человечество еще не забиралось.

кольская скважина

кольская скважина

В сентябре 1984 года была достигнута глубина в 12 066 метров, и тут случился очередной обрыв буровой колонны. Это была настоящая трагедия для буровиков, ведь им пришлось начинать все практически заново, все с тех же 7 километров, вновь и вновь проходя трещины и каверны нижнего слоя земной коры на сложнейшем пути к центру Земли.

кольская скважина

кольская скважина

В 1990 году мастера дошли до отметки в 12 262 метра, но их опять ждал обрыв колонны, от которого научный коллектив уже не оправился. Практически полное прекращение финансирования проекта на фоне распада Советского Союза и последовавших за ним «лихих» девяностых убило уникальный объект. Сначала его лишь законсервировали, оставив людям, работавшим над делом всей жизни целых 20 лет, надежду на его реанимацию, а в 2008 году объект «Кольская сверхглубокая скважина» был окончательно закрыт.

кольская скважина

кольская скважина

Буровое оборудование было демонтировано, а буровики уехали зарабатывать к более благодарным «хозяевам» из нефтянки. Ученые поначалу остались, но бессмысленное существование в Заполярье в конце концов вынудило отправиться на Большую землю и их. Инфраструктура объекта, покинутого людьми, под ударами суровой северной погоды стала быстро деградировать. Что не добила природа, разворовали люди.

кольская скважина

кольская скважина

кольская скважина

кольская скважина

Так сейчас выглядит заваренный ствол 12-километровой нити, будто иголкой пронзающей Землю на невиданную ранее глубину.

кольская скважина

Несмотря на трагическую судьбу уникального проекта, Кольская сверхглубокая и по сей день остается самой глубокой скважиной планеты, хотя по общей длине ее уже превзошла одна из скважин российского нефтегазового проекта «Сахалин-1». Ее бурили под острым углом к поверхности, достигнув отметки в 12 700 метров, но в длину, а не в глубину.

кольская скважина

кольская скважина

кольская скважина

Научные же достижения двадцатилетней работы переоценить сложно. Да, из-за недостатка финансирования и технических проблем буровикам так и не удалось достигнуть плановой глубины в 15 километров. Но ученые все равно получили ценнейшую информацию о внутреннем устройстве планеты, которая порой переворачивала их устоявшиеся представления о нем. Когда во время Международного геологического конгресса, проходившего в Москве в 1984 году, у одного из научных руководителей проекта члена-корреспондента АН СССР Владимира Белоусова спросили, что же самое главное показала Кольская скважина, ученый честно ответил: «Главное, она показала то, что мы ничего не знаем о континентальной коре».

кольская скважина

кольская скважина

кольская скважина

Безусловно, когда-нибудь мировое сообщество вновь займется сверхглубоким бурением, чтобы все-таки узнать все и о континентальной, и об океанической коре. Когда-нибудь оно достигнет и границы Мохоровичича и впервые в своей истории получит в распоряжение материал мантии Земли. На фоне стагнации в покорении космоса своя родная планета наверняка еще способна удивить человечество. И главный шаг на этом долгом пути был сделан в Советском Союзе, 30 лет назад, в заполярной лесотундре Кольского полуострова у озера с невероятным названием Вильгискоддеоайвинъярви.

кольская скважина

кольская скважина

кольская скважина

кольская скважина

кольская скважина

Источник


Оставить комментарий
Лучшие посты
Китайские студенты сорвали лекцию Горбачева: «Не простим предательства!» Китайские студенты сорвали лекцию Горбачева: «Не простим предательства!» Якутский водитель только через полгода понял, кого он приютил Якутский водитель только через полгода понял, кого он приютил Крупнейшая трагедия на Курилах — город, смытый в океан Крупнейшая трагедия на Курилах — город, смытый в океан 20 фото для людей с самыми крепкими нервами 20 фото для людей с самыми крепкими нервами 86 забавных картинок и прикольных комментов с просторов сети 86 забавных картинок и прикольных комментов с просторов сети 89 Смешных картинок с надписями для поднятия настроения 89 Смешных картинок с надписями для поднятия настроения 78 прикольных картинок, приличных и не очень 78 прикольных картинок, приличных и не очень Открытие пещеры Краби — гиганты жили на Земле?! Открытие пещеры Краби — гиганты жили на Земле?! 84 забавных картинок и прикольных комментов из сети 84 забавных картинок и прикольных комментов из сети 51 прикольная картинка с подписями для поднятия настроения 51 прикольная картинка с подписями для поднятия настроения 23 ностальгических фото с той самой атмосферой 90-х 23 ностальгических фото с той самой атмосферой 90-х Вопрос «Что это такое?» легко решают интернет-эксперты Вопрос «Что это такое?» легко решают интернет-эксперты Для них тупиков просто не существует — они мастера выкручиваться Для них тупиков просто не существует — они мастера выкручиваться В эту историю трудно поверить — история замерзшей Джин Хиллиард В эту историю трудно поверить — история замерзшей Джин Хиллиард 23 реальных фото, к которым не прикасались фотошоперы 23 реальных фото, к которым не прикасались фотошоперы 20 фото удивительных и забавных деталей окружающего мира 20 фото удивительных и забавных деталей окружающего мира Плотина Вайонт: что заставило забросить новую ГЭС в Италии Плотина Вайонт: что заставило забросить новую ГЭС в Италии Знаковые ретрофотографии: интересные и редкие Знаковые ретрофотографии: интересные и редкие «Что за штуку я нашел?»: простые ответы на сложные вопросы «Что за штуку я нашел?»: простые ответы на сложные вопросы 20 простых хитростей, которые сильно упрощают жизнь 20 простых хитростей, которые сильно упрощают жизнь 56 демотиваторов позитивных и ироничных, для поднятия настроения 56 демотиваторов позитивных и ироничных, для поднятия настроения Нестандартный ракурс: 14 обычных и не очень вещей в разрезе Нестандартный ракурс: 14 обычных и не очень вещей в разрезе «Что это такое?»: специалисты из сети опознают «приблуды» «Что это такое?»: специалисты из сети опознают «приблуды» Японские тюрьмы самые «ужасные» в мире хотя там опрятно и тихо Японские тюрьмы самые «ужасные» в мире хотя там опрятно и тихо Монтажная пена: достойный конкурент синей изоленты Монтажная пена: достойный конкурент синей изоленты Свежая жуть из Австралии — необычный зубастый улов Свежая жуть из Австралии — необычный зубастый улов 21 ретро-фото, показывающее как выглядели девушки-подростки 21 ретро-фото, показывающее как выглядели девушки-подростки Ада Блэкджек: продержаться до конца и выжить Ада Блэкджек: продержаться до конца и выжить История из жизни : Два дебила — это сила История из жизни : Два дебила — это сила Свежая порция переживаний из соц сетей (15 скринов) Свежая порция переживаний из соц сетей (15 скринов)
Еще посты