なぜロシア人は世界で最も深い穴を塞いだのか?

重要なポイント

1960 年代の大宇宙競争で米国とソ連が宇宙探査に焦点を当てていた一方で、米国とソ連は別の種類の覇権、つまり地球の中心、あるいは少なくとも地球の中心にできるだけ近い覇権を求めて争っていました。 。その結果、世界で最も深い穴ができました。

深掘レース

1958 年、アメリカ人はメキシコのグアダルーペ島沖の海底まで掘削して地球のマントルからサンプルを回収する計画を立ち上げました。国立科学財団からの資金を利用して、1966 年に米国下院によってプロジェクトが中止される前に、彼らは海底に 601 フィート (183 メートル) の掘削を行いました。

1970年、ソ連はバレンツ海近くのノルウェー国境のすぐ外側、ロシアのムルマンスクで地球への掘削計画を開始した。これはコラ超深掘削孔として知られており、さらに成功し、地球のさらに深くまで侵入し、今日でも科学者を驚かせるサンプルを収集しました。

なぜ地球をこれほど深く掘るのですか？私たちの地球に関する科学の最大の謎のいくつかに答えを与える可能性のある「主要な科学的疑問に取り組むため」と述べています。

Harms 氏は、ドイツのポツダムにあるドイツ地球科学研究センターのドイツ科学地球探査コンソーシアムのディレクターです。彼はコラ試錐孔を訪れ、コアサンプルの保管庫を閲覧し、今はなき坑口にも手を触れました。

そして、コラ超深井戸は地殻を越えることはありませんでしたが、これまでに掘られた最も深い穴であり続けています。

コラの井戸は深い

ロシアのコラ超深井戸は世界で最も深い孔です。マリアナ海溝よりも深く、エベレストの高さよりも深い。

朽ちた木材とスクラップ金属のシートに囲まれた放棄された掘削現場（かつてロシアに立っていたデリックと住宅の残骸）に、小さくて目立たない頑丈なメンテナンス穴のカバーが十数本の錆びた大きなボルトで所定の位置に固定されて隠されています。

その下には、地上からはほとんど見えず、直径わずか 9 インチ (23 センチメートル) の世界で最も深い人工の穴があります。

コラ超深井戸は、地表まで約 40,230 フィート (12,262 メートル)、つまり 7.6 マイル (12.2 キロメートル) の深さまで伸びています。遠近感を考慮すると、穴の深さはエベレストと富士山を重ねた高さになります。また、太平洋の海面下 36,201 フィート (11,034 メートル) の深さにある海の最深点である マリアナ海溝よりも深いです。

参考までに、地球の最外層、つまり私たちが立っている地面は、大陸地殻と呼ばれ、厚さは約 25 マイル (40 キロメートル) です。

次の層であるマントルはさらに 1,800 マイル (2,896 キロメートル) 続きます。外核は、半径約 758 マイル (1,220 キロメートル) の熱く密度が高く、ほとんどが鉄の球である地球の内核に到達するまで、約 1,400 マイル (2,250 キロメートル) 伸びています。

したがって、最も深い人工地点は印象的ですが、地球の深さに比べれば驚くほど浅いのです。合計すると、コラは地球の地殻の約 3 分の 1、地球の中心までの全距離の 0.2 パーセントしか侵入しません。

時間もかかりました。実際、何年も。コラでの掘削は 1970 年 5 月 24 日に始まりました。目標は可能な限り遠くまで進むことであり、当時は約 9.3 マイル (15 キロメートル) と予想されていました。 1979 年までに、プロジェクトは約 6 マイル (9.5 キロメートル) を超えた時点で人工の穴を設ける必要がありました。

1989 年、掘削は地表直下 40,230 フィート (12,262 メートル) の深さに達しました。これまで到達した中で最も深い地点です。そのとき、井戸内の温度は予想されていた華氏212度（摂氏100度）から華氏356度（摂氏180度）まで上昇した。

なぜ地球にこれほど深く掘削するのでしょうか?

私たちは、化石燃料や金属などの資源を採掘するために、さまざまな理由で大規模な穴を掘削します。

他の深い例としては、ソルトレイクシティ近くの山中にある 100 年前の坑道が挙げられます。この坑道は、深さが 3/4 マイル (1.2 キロメートル)、幅が 2.5 マイル (4 キロメートル) にも及びます。別名「ビッグホール」は南アフリカにあり、機械を使わず人間の手によって掘られた世界最大の穴の一つです。

ハームズ氏によると、次のようなことをより深く理解するために、科学の名のもとに穴が掘られることもあります。

「詳細な一例としては、地震帯の非常に近くでの観測により、応力やひずみに応じた最も小さな地震の発生と伝播を[研究者が]監視できるようになることが挙げられます」とハームズ氏は言う。 「私たちは、実験室実験やコンピューターモデルでは単純化できないこれらのプロセスを根本的に理解するために、これらの近距離場の物理的、化学的、機械的データを回復したいと考えています。」

そこまで深く掘り下げるのは難しい

1977 年、NASA はボイジャー 1 号を宇宙に打ち上げ、太陽系を超えて星間空間に打ち上げました。の時点で、この衛星は宇宙まで 146 億マイル (235 億キロメートル) を移動しました。では、なぜ 20 年後もエンジニアたちは地球の数マイルしか掘ることができなかったのでしょうか?

地球の中心まで深い穴を掘るのは、研究者が予想していたよりも少し難しいことが判明しました。たとえば、1970 年代にコラ超深井戸の掘削が始まったとき、ドリルは比較的楽に掘削を進めました。しかし、掘削業者が深さ約 4.3 マイル (6.9 キロメートル) に到達すると、地層はより緻密になり、掘削がより困難になりました。

その結果、ドリルビットが破損し、チームは掘削の方向を数回変更する必要がありました。 「その結果、最終的にかなり垂直な[パス]が得られるまで、いくつかのドリルパスが掘削されました」とハームズ氏は言います。結果として得られるドリル パターンは、ある種のクリスマス ツリーに似ています。

技術者たちは作業を続けましたが、掘削が深くなるほど、地球はさらに熱くなりました。温度勾配は、約 10,000 フィート (3,048 メートル) まで科学者が調べたものと一致しました。しかし、掘削がさらに深くなるにつれ、熱はさらに強まり、約 12 キロメートル下では華氏 356 度 (摂氏 180 度) に達しました。

これは、彼らが予想していた華氏 212 度 (摂氏 100 度) とは大幅な違いでした。

技術者らはまた、最初の 14,800 フィート (4,511 メートル) を通過した際に、岩石の多孔性と浸透性がはるかに高いことを発見しました。そのため、非常に高い温度と相まって、岩石は固体というよりもプラスチックのように振る舞い、掘削が事実上不可能になってしまいました。

これらの温度は掘削装置の能力を超えており、ソ連は1992年まで掘削を続けたが、1989年に達した深さよりも深くなることはなかった。掘削業者は掘削作業を中止せざるを得ず、9.3マイル（9.3マイル）に届かなかった。 15キロ）ゴール。掘削現場は正式に指定され、穴は 2005 年に封鎖されました。

ドイツ、オーストリア、スウェーデンなど他の国々でも長年にわたって他の試みが行われてきました。これらの穴はいずれもコラ スーパーディープ ボアホールより深いものはありませんが、垂直方向のコースからそれて長い穴もありました。

コラの超深井戸で彼らは何を見つけたのでしょうか?

科学者たちはコラ超深井戸から多くのことを発見しました。まず第一に、彼らは予想よりもはるかに高い温度に遭遇したため、地球内部の温度マップを更新する必要があることに気づきました。

彼らはまた、反射地震測量の結果に基づいて存在すると推論された花崗岩から玄武岩への移行（地質学者が「」と呼ぶ境界）が存在しないことにも衝撃を受けた。

もう一つの発見は、彼らがこれまで存在すると考えられていたよりもはるかに深いところに液体の水があったことです。 「予想外の結果の一つは、確かに塩水で満たされた開いた亀裂の発生であり、これは地殻が緻密ではないが、流体が流れる経路が存在することを証明している」とハームズ氏は言う。

研究者らは、地球内部の信じられないほどの高い圧力によって水が岩​​石の結晶から絞り出されたのではないかと考えた。

さらに興味深いのは、岩石中の生物活性の発見でした。研究者らは深さ 7 km (4.4 マイル) で、20 億年前の単細胞海洋生物を調査しました。最も明確な証拠は、周囲の岩石の極端な圧力と温度にもかかわらず、驚くほど無傷であった有機化合物に包まれた顕微鏡的な化石でした。

さらに深く掘り下げることはできますか?

はい、最終的には。しかし、ハームズ氏は、「12キロメートル（7.45マイル）より深く掘削する場合は、温度とボーリング孔の安定性という2つの重要な要素に依存し、後者は応力、ひずみ、掘削液の組成と重量に依存する」と述べている。

気温が華氏500度（摂氏250度）にも達すると予想されることを考慮すると、それにはかなり高度な技術的な設備が必要となる。

空の、あるいはむしろ地球の本当のパイは、地球のマントル、つまり地球の地殻のすぐ先、私たちの足下約 25 マイル (40 キロメートル) から始まる層に到達しているでしょう。

「掘削を通じてマントルにアクセスできれば、マントルについて多くのことを学ぶことができます」とハームズ氏は言う。 「地球科学者たちは、この境界の性質を理解するために、実際の現場のマントルにアクセスしたいと考えています。この境界はまだ議論されており、地殻とマントルがどのように相互作用するか、流体やマグマの飛沫がどのようにマントルから逃げるかに関する情報を含む新鮮なサンプルはそこから得られていません。地殻へ、そして最終的には私たちの水圏へ、そしてそれらがどのようにして生物圏に栄養を与えるのか、あるいは物質がどのようにしてマントルに逃げて戻るのか。

「私たちの惑星がどのように進化するのかを示すこれらの大円は、この境界に沿って謎のままであり、したがってモホ不連続性（地球の地殻とマントルの間の境界）は科学の主要な目的です。」