Вы здесь
Настойчивые попытки человечества достичь мантии и достать ее образцы
В годы холодной войны СССР и США соревновались во многих областях - в том числе и в том, кто пробурит самую глубокую скважину. Зачем они это делали и чего достигли?
Леса и озера, снег и мгла Кольского полуострова, лежащего за Полярным кругом, делают этот не самый приветливый уголок России подходящим местом для сказки. Страшной сказки.
Про это невольно думаешь, когда среди великолепной природы наталкиваешься на развалины заброшенного советского научно-исследовательского центра.
Внутри руин постепенно разваливающегося здания обнаруживается тяжеленная на вид, ржавая металлическая крышка, словно вросшая в бетонный пол и для надежности закрепленная толстыми и такими же заржавевшими болтами.
Некоторые считают, что под ней - вход в ад.
Но на самом деле это Кольская сверхглубокая скважина - согласно Книге рекордов Гиннесса, самое глубокое вторжение человека в земную кору, самая глубокая горная выработка в мире, самая глубокая дырка, которую пробурил в своей планете человек. В данном случае - советский человек.
Ее бурили долго, на протяжении 20 лет. Начали 24 мая 1970 года, и к 1990 году глубина скважины достигла 12 262 метров.
Это действительно очень глубоко. Так глубоко, что ходит легенда: если опустить в скважину микрофон (такой, чтобы выдержал температуру в 200 градусов по Цельсию), то можно услышать стоны и крики грешников в аду.
С другой стороны, для нашей планеты это совсем не глубоко - буровая установка за 20 лет преодолела земную кору лишь на треть. До мантии было еще очень далеко, когда все работы были свернуты из-за хаоса эпохи распада Советского Союза.
Но СССР был не одинок в попытке досверлиться как можно глубже, а если получится - и до мантии. В годы холодной войны сверхдержавы (Советский Союз и США) соперничали и в этом.
А теперь пришла очередь Японии.
"Бурение началось в годы существования железного занавеса", - говорит Ули Хармс из Международной программы континентального научного бурения, который в то время был молодым ученым, работавшим в немецком проекте, конкуренте Кольской скважины.
"И, конечно, мы соревновались друг с другом. Нас мотивировало и то, что русские не делились ни с кем своими данными".
"Когда они начали бурение, они утверждали, что нашли свободную воду - но большинство ученых им тогда не поверило. Среди ученых Запада существовало общее мнение, что кора на глубине 5 км настолько плотная, что вода не может проникнуть сквозь нее".
А что говорят сейчас японцы? "Главная цель нового проекта - получить реальные образцы мантии, ее современного состояния", - говорит Шон Токзко, программный менеджер Японского агентства мореземлеведческой науки и техники.
"В таких странах, как Оман, мантия лежит ближе к поверхности, но там это мантия, которой миллионы лет. Есть же разница между живым динозавром и костями динозавра, превратившимися в окаменелости, правда?"
Если представить себе Землю в виде луковицы, то ее внешняя твердая оболочка, земная кора - как тонкая луковичная шелуха, ее толщина всего лишь 40 км.
За ней лежит (в диапазоне от 30 до 2900 км от земной поверхности) мантия, занимающая около 80% объема Земли. И в самом центре планеты находится ядро.
Как и космическая гонка, соревнование за то, кто глубже проникнет в земную толщу, демонстрировало инженерную мощь, обладание продвинутыми технологиями и вообще "всё наилучшее".
Ученые стремились проникнуть туда, где до них никто никогда не был. Этот научный эксперимент позволял рассчитывать на результаты, которые могли перевернуть наши представления о Земле.
Образцы породы, которые вытаскивали на поверхность из этих сверхглубоких скважин, потенциально были столь же важны, как и то, что астронавты НАСА привезли с Луны.
Разница лишь в том, что здесь победителями были не американцы. В общем, сказать по правде, не победил никто.
США начали бурить первыми. В конце 1950-х организация с чудесным названием American Miscellaneous Society ("Американское общество всякого-разного") выступила с первым серьезным планом добраться до мантии.
"Общество" было сформировано на базе неформальной группы джентльменов, собиравшихся для того, чтобы выпить вместе. Кроме того, эти джентльмены были ведущими американскими учеными.
Их план по бурению земной коры вплоть до самой мантии получил название "Проект Мохол" (Project Mohole) в честь хорватского ученого Андрии Мохоровичича, который ввел в оборот термин "разрыв Мохоровичича" (в разных источниках - "поверхность Мохоровичича", "граница Мохо", граница земной коры и мантии).
(Слово "Мохол" составное: первая его часть "мо" - это дань Мохоровичичу, вторая, "hole", - "дыра", "скважина" по-английски. - Прим. переводчика).
Вместо того, чтобы бурить глубокую-глубокую скважину, американская экспедиция (за работой которой наблюдал и писал репортажи знаменитый писатель Джон Стейнбек) решила произвести бурение дна Тихого океана в районе острова Гуадалупе (Мексика), где глубина составляла около 3,5 км.
Объяснение простое: земная кора на океанском дне тоньше. Проблема только в том, что участки с самой тонкой корой расположены там, где океан самый глубокий.
Советский Союз начал бурение за Полярным кругом в 1970-м (начало работ было приурочено к 100-летию со дня рождения Ленина).
А в 1990-м в Баварии заработал немецкий проект - "Немецкая программа континентального глубокого бурения" (KTB). Немцы добрались до глубины 9 км.
Так же, как и с полетами на Луну, проблема состояла в том, что такого раньше просто не делали - всю технологию приходилось выстраивать с нуля.
Когда в 1961 году в рамках "Проекта Мохол" началось глубоководное бурение океанского дна, до подобной добычи нефти и газа еще было очень далеко - технологии, которые сегодня лежат в основе этого процесса, еще просто не были изобретены (например, динамическое позиционирование, позволяющее судну оставаться все время на месте - прямо над скважиной).
Инженерам "Проекта Мохол" тогда приходилось много импровизировать. Они придумали и установили систему гребных винтов вдоль бортов бурового судна, чтобы удерживать его в нужной позиции.
Что касается наибольших трудностей, с которыми пришлось столкнуться немецким инженерам, то это была необходимость бурить скважину настолько вертикально, насколько это возможно.
То решение, к которому они пришли, теперь считается стандартной технологией в нефтяной и газовой промышленности по всему миру.
"Из опыта русских было понятно, что вы должны бурить как можно более вертикально, потому что иначе вы обречены на неполадки буровой установки", - говорит Ули Хармс.
Было решено разработать системы вертикального бурения. Сейчас они считаются промышленным стандартом, но изначально были придуманы KTB - и работали вплоть до глубины в 7,5 км.
Затем, на протяжении последних полутора-двух километров, скважина отклонилась от вертикальной линии почти на 200 м.
"Мы попробовали использовать некоторые русские технологии в конце 80-х - начале 90-х, когда Россия стала более открытой страной и хотела сотрудничать с Западом, - добавляет Хармс. - К сожалению, тогда было невозможно вовремя получить необходимое оборудование".
Все эти экспедиции закончились до той или иной степени разочарованиями, фальстартами и закупорками.
Потом были высокие температуры, с которыми оборудование не справлялось на большой глубине, потом были расходы, потом была политика - всё это сказывалось на осуществлении мечты ученых бурить все глубже и глубже, чтобы побить рекорд глубины скважины.
За два года до того, как Нил Армстронг ступил на поверхность Луны, американский Конгресс отменил финансирование "Проекта Мохоул", поскольку расходы на бурение вышли из-под контроля.
Те образцы базальта, которые "Проект" сумел поднять на поверхность, обошлись бюджету примерно в 40 млн долларов в переводе на деньги сегодняшнего дня.
Но и кольское бурение продлилось ненамного дольше. Оно было окончательно остановлено в 1992 году, когда бур достиг слоев с температурой 180 градусов по Цельсию. Это было вдвое выше, чем ожидалось найти на этой глубине. Дальнейшее бурение не представлялось возможным.
Учитывая то, что к тому времени СССР уже развалился, деньги на подобные проекты найти было невозможно.
Еще через три года научно-исследовательский центр был закрыт навсегда. Теперь его посещают только особо любопытные туристы и искатели приключений - вид у него, мягко говоря, заброшенный.
И немецкая скважина разделила судьбу остальных проектов сверхглубокого бурения. Огромная установка еще стоит - на потеху туристам. Объект превращен в нечто вроде колеса обозрения или художественной галереи.
Когда голландский художник Лотте Хиван спустила микрофон, защищенный тепловым экраном, в немецкую скважину, он донес на поверхность какой-то далекий грохот - звуки, которые даже ученые не в состоянии объяснить.
Эти звуки, как говорит Лотте, заставили ее почувствовать себя очень маленькой: "этот огромный шар, на котором мы живем, впервые в жизни показал мне, что он тоже живой, и звук этот невозможно забыть".
"Некоторые считают, что такие звуки могут доноситься из ада. Другие говорят, что это дышит планета", - добавляет она.
"У нас был план пробурить скважину глубже, чем советская, - рассказывает Хармс. - Но нам не удалось достигнуть глубины в 10 км за время, для этого отведенное".
К тому же в том месте, где мы бурили, [под землей] было гораздо жарче, чем там, где это делали русские. И стало ясно, что если мы пойдем еще глубже, для нас это будет куда трудней".
"К тому времени это тоже было начало 90-х, начало процесса унификации Германии, на который требовались большие деньги. Поэтому расходы на наш проект просто нельзя было оправдать".
Невозможно отделаться от ощущения, что подземная гонка "Кто первым доберется до мантии" - своего рода новая версия знаменитого романа Жюля Верна "Путешествие к центру Земли". Хотя ученые и не рассчитывали найти спрятанные под землей пещеры с динозаврами, они все равно говорили о своих проектах как об "экспедициях".
"Мы смотрели на это как на экспедицию, потому что для подготовки и осуществления проекта требовалось время, - рассказывает Хармс. - Ну и потому что вы действительно отправлялись в неизведанный мир, где никто никогда раньше не был. Для современного человека это очень необычно".
"Там, на глубине, вы все время находите что-то, что удивляет вас - особенно если добуриться до действительно очень глубоких слоев земной коры".
"Говоря о KTB или о Кольской сверхглубокой скважине, надо признать, что теории, стоящей за целями проекта, уже исполнилось 30-40 лет к тому времени, как началось бурение".
"Эти проекты можно сравнить с полетами на другие планеты, - говорит Деймон Тигл, профессор геохимии Национального океанографического центра в Саутгемптонском университете, принимающий участие в современном японском проекте. - Они - чисто научные инициативы, и вы никогда до конца не знаете, что в итоге найдете".
"При работе над скважиной №1256 [пробуренной в рамках проектов Deep Sea Drilling Project (DSDP, "Проект глубоководного морского бурения") и Ocean Drilling Program (ODP, "Программа океанского бурения")], мы были первыми, кто увидел нетронутую океанскую кору. Это было захватывающе. Всегда сталкиваешься с чем-то неожиданным".
Сегодня одним из наиболее важных проектов Международной программы океанографических открытий (IODP) можно назвать "M2M-MoHole to Mantle" ("M2M - "Мохол к мантии"). Как и в старом "Проекте Мохол", ученые планируют пробурить океанское дно, где земная кора толщиной всего около 6 км.
Цель проекта ультраглубокого бурения, на который выделен 1 млрд долларов, - впервые в истории человечества достичь мантии и достать ее образцы.
Полученные данные могут изменить представления об устройстве нашей планеты, позволить по-новому взглянуть на сложные процессы, которые происходят в глубине Земли (Японии, постоянно страдающей от разрушительных стихийных бедствий, это особенно важно, так как поможет более точно прогнозировать приближающиеся землетрясения, цунами и вулканические извержения. - Прим. переводчика).
"Чтобы сделать это, потребуется полная поддержка со стороны японского государства", - подчеркивает Тигл, участвующий в проекте.
Имея в виду этот будущий проект, еще в 2005 году японцы построили специальный исследовательский корабль "Тикю" ("Земля"), буровое судно четвертого поколения.
"Тикю" с тех пор принял участие во множестве самых разных исследований. Он использует систему GPS и шесть управляемых компьютером сопел, которые могут менять позицию огромного судна с шагом всего лишь 50 см.
"Сверхглубокие скважины помогли нам узнать много нового о толстой континентальной земной коре, - говорит программный менеджер Японского агентства мореземлеведческой науки и техники Шон Токзко. - Теперь мы пытаемся побольше узнать о границе между корой и мантией".
"На данном этапе необходимо сделать правильный выбор - где бурить. Есть три района-кандидата - у берегов Коста-Рики, Гавайев или Бахи (Мексика)".
В каждом из трех случаев это определенный компромисс между глубиной океана, расстоянием до места бурения и необходимостью иметь базу на берегу, которая будет поддерживать эту круглосуточную морскую операцию стоимостью в миллиард долларов.
"Инфраструктуру можно построить, но на это требуются и время, и деньги", - добавляет Токзко.
"По большому счету главная проблема - в расходах, - говорит Хармс. - Такие экспедиции невероятно дорогостоящи, и поэтому их трудно повторить".
"Они могут обходиться в сотни миллионов евро - и из этой суммы только очень малый процент идет на научные исследования как таковые. Остальное - на развитие технологий и на сами операции. Нам нужны заинтересованные политики, которые смогут разъяснять ценность этих экспедиций".