Земная кора впервые пробурена насквозь — ученые добыли образцы мантии

Ученые шли к этому очень долго и в разных частях мира. Например, в 1960-е годы в США был запущен проект «Мохол», в рамках которого исследователям удалось пробурить под водой пять скважин глубиной 180 метров. А в 1970 году началось бурение Кольской сверхглубокой скважины, глубина которой в итоге превысила 12 000 метров. Это были впечатляющие достижения, однако ни одной группе геологов еще не удавалось настолько сильно приблизиться к земной мантии. Достичь ее удалось благодаря новым технологиям и сообразительности ученых.

Ученым удалось добыть образцы земной мантии — для этого пришлось пойти на хитрость

Из каких слоев состоит Земля

Со школьных времен нам известно, что планета Земля состоит из трех слоев: верхней земной коры, средней мантии и глубинного ядра. По сути, структура нашей планеты очень похожа на строение куриного яйца: кора похожа на скорлупу, мантия на белок, а ядро — на желток.

Земная кора является самым тонким слоем земного шара, однако людям все еще не удавалось ее полностью пробурить и достичь мантии. Толщина земной коры везде отличается — в горных местностях толщина может достигать 100 километров, а под морями и океанами этот показатель равен 6-7 километрам.

Нетрудно понять, что для взятия образцов мантии Земли, геологам лучше бурить скважину под водой, потому что там слой земной коры тоньше всего. Однако это очень сложная задача, потому что для этого нужно надежное судно, мощная бурильная установка, стойкое к высоким температурам и давлению оборудование и технология, которая поможет держать буровую установку максимально ровно в ходе бурения.

Самые глубокие дыры в Земле

Начиная со второй половины 20 века люди несколько раз пытались просверлить максимально глубокую дыру в земле. Считается, что после извлечения образцов мантии, можно будет узнать много интересного о внутреннем строении Земли и процессах, которые там происходят.

Проект «Мохол» по бурению Земли

С 1961 по 1966 год американские ученые пытались насквозь пробурить земную кору в рамках проекта «Мохол». В частности, специалисты планировали достичь границы Мохоровичича — нижней границы земной коры, которая отделяет кору от мантии.

Для бурения использовалась платформа CUSS I, которая приплыла к вулканическому острову Гуадалупе, который находится в участке Тихого океана глубиной около 3,5 километров. В ходе продолжительных работ, ученые смогли сделать пять скважин с максимальной глубиной 180 метров, но цель не была достигнута — проект закрыли из-за проблем с финансированием.

Участники проекта «Мохол»

Кольская сверхглубокая скважина

С 1970 по 1991 год, в российском Кольском полуострове, велось бурение скважины глубиной 12 262 метра. До глубины 7 000 метров специалисты использовали установку «Уралмаш-4Э», а после нее — «Уралмаш-15000». Скважина была полностью закрыта в 1994 году после ряда аварий. В 1997 году Кольская сверхглубокая скважина вошла в Книгу рекордов Гиннесса как пример самого глубокого вторжения человека в земную кору.

В 2008 году Кольская сверхглубокая потеряла статус рекордсмена, потому что в нефтяном бассейне Аль-Шахин (Катар) появилась скважина Maersk Oil BD-04A глубиной 12 290 метров. А в 2017 году на шельфе Сахалина Z-44 Чайво (Россия) появилась скважина глубиной 15 метров.

На сегодняшний день известно, что мантия оказывает большое влияние на лежащую сверху земную кору — она участвует в движении континентов, извержениях вулканов, землетрясениях и так далее. В ходе исследований ученые часто узнают о мантии много нового. Например, в 2023 году в ней был обнаружен новый слой, о котором ранее никто не знал.

В Китае начали бурить самую глубокую скважину

В июне 2023 года стало известно, что еще одна глубокая скважина будет пробурена в Таримской котловине, которая расположена в районе Синьцзянь на западе Китая. Ожидается, что глубина китайской скважины составит 11 километров — ствол шахты достигнет меловой системы земной коры, слоистых пород возрастом 45 млн лет. Ученые надеются найти там полезные ископаемые вроде нефти и газа, потому что ранее китайская нефтеперерабатывающая компания Sinopec нашла в том же Таримском бассейне месторождения нефти и газа на глубине 8 500 метров. Также в ходе бурения ученые хотят узнать больше о структуре и истории Земли.

Ожидается, что бурение 11-километровой скважины займет 457 дней. Оборудование для бурения весит 2 000 тонн и способно выдержать работу при температуре до 200 градусов Цельсия. Также технике придется выдержать высокое давление, потому что на большой глубине оно в 1,3 тысячи раз выше, чем на поверхности.

Ученые добыли образцы мантии Земли

В рамках проекта «Мохол» и во время бурения Кольской сверхглубокой скважины люди не смогли достичь мантии — то не хватало финансирования, то мощности оборудования, то толщина земной коры была слишком большой. Но сегодня эти проблемы уже решены. Инженеры уже давно создали надежные корабли, бурильные инструменты выдерживают даже самые экстремальные условия, а система навигации GPS без проблем позволяет держать бурильную установку максимально ровно.

В апреле 2023 года геологи, микробиологи и другие ученые сели в исследовательское судно JOIDES Resolution и отправились бурить новую, самую глубокую подводную скважину. Они нашли хорошее место для бурения — выбор пал на массив Атлантиды, который представляет собой группу подводных гор в северной части Атлантического океана. В 1981 году ученые обнаружили, что в месте соединения американского и африканского континента есть особенно тонкий слой земной коры, толщина которого не превышает 1000 метров.

За несколько месяцев экипаж корабля JOIDES Resolution смог пробурить скважину глубиной 1 267 метров. По сравнению с упомянутыми выше проектами, это очень мало, но благодаря выбору места с минимальной толщиной земной коры, ученым удалось добыть образцы мантии. Во время работ температура на большой глубине достигала 204 градусов Цельсия.

Важно отметить, что технически ученые не достигли мантии Земли, а извлекли его образцы из «тектонического окна» — области, в которой мантийные породы были выдвинуты ближе к земной коре. По словам участника экспедиции Лесли Андерсона, мантийные породы чрезвычайно труднодоступны, однако массив Атлантиды дал им возможность добраться до них.

В ближайшее время ученые будут изучать полученные образцы. Беглый анализ уже показал, что в них присутствует перидотит — порода, которая распространена в верхней мантии. Не исключено, что состав пород был изменен в результате контакта с морской водой, поэтому ученые хотят продолжить бурение и добыть еще более глубокие образцы.