Как происходит процесс бурения Земли?

Ученые сделали некоторые прогнозы относительно процесса бурения Земли, хотя до сих пор людям не удалось этого сделать. Прогноз основан на данных других проектов бурения. Для бурения дыры в Земле диаметром 12 756 км потребуются гигантские буры и десятилетия работы.

Первым слоем, который предстоит пробурить, является земная кора толщиной около 100 км. По мере того, как бур проникает глубже под землю, атмосферное давление увеличивается и составляет около 1 атмосферы на 3 метра породы.

Кольская сверхглубокая скважина в России глубиной 12,2 км является самой глубокой рукотворной скважиной на сегодняшний день, и на достижение этой глубины ушло почти 20 лет. Давление на дне ямы в 4000 раз превышает давление на уровне моря. От дна кратера до следующего слоя Земли — мантии — плотного темного слоя горных пород толщиной 2800 километров, который управляет тектоническими плитами, по-прежнему более 80 километров.

В 1950-х и 1960-х годах ученые пытались пробурить глубоководные участки моря, чтобы достичь границы между мантией и земной корой, известной как «Мохоровичич», но безуспешно.

Еще одной важной проблемой является то, что отверстие, созданное при бурении в Земле, обрушится, если не будет постоянно закачиваться буровой раствор, помогающий уравнять давление внутри отверстия с давлением окружающей породы. Жидкость, используемая при бурении нефтяных и глубоководных скважин, представляет собой смесь бурового раствора, состоящую из тяжелых минералов.

Буровой раствор также очищает буровые коронки, предотвращая налипание песка и гравия на оборудование, и помогает снизить температуру, хотя в самых внутренних слоях Земли это невозможно. Например, температура в покрытии достигает 1410 градусов по Цельсию, поэтому сверло из нержавеющей стали расплавится, поэтому его необходимо изготавливать из дорогих специализированных сплавов, например, титана.

Глубина ядра Земли составляет около 2900 км, внешнее ядро ​​состоит в основном из никеля и жидкого железа, оно чрезвычайно горячее, с температурой 4000–5000 градусов по Цельсию. Поэтому сверление этой расплавленной смеси вызовет ряд проблем, таких как сверхвысокие температуры, приводящие к расплавлению сверла.

Пробурив 5000 км, буровая коронка достигнет внутреннего ядра, где давление настолько велико, что в 350 миллионов раз превышает атмосферное давление; буровой коронке придется выдерживать давление около 350 гигапаскалей.

На протяжении всего процесса буровая коронка будет погружаться в ядро ​​под действием силы тяжести Земли. По сути, поскольку притяжение массы Земли было бы одинаковым во всех направлениях, сила тяготения была бы аналогична силе на орбите, что привело бы к состоянию невесомости.

Если буру удастся добраться до средней точки, преодолев все вышеперечисленные препятствия, до другой стороны еще предстоит пройти долгий путь. Гравитация будет меняться относительно положения бура по мере его продвижения к другой стороне планеты, притягивая ее обратно к ядру. В отличие от движения вниз, буровому долоту приходится бороться с силой тяжести, направляясь к поверхности, к внешнему ядру, мантии и коре.