Зарыться поглубже: что ученые ищут в недрах Земли

Для ученых земная кора невероятно интересна – и не только земная. Они мечтают зарыться поглубже на Луне, на Марсе, на тысячах других небесных тел. 

Но что они хотят там найти? И какие технологии для этого уже придумали? Об этом рассказывает программа "Наука и техника" с Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.

Сверхглубокая скважина в Китае

В мае 2023 года в Китае торжественно начали бурить скважину глубиной 11 километров. Всего за 457 дней специалисты из Поднебесной собираются прорыть шахту, которая пройдет через 10 континентальных слоев.  

"Уникальная буровая установка весом две тысячи тонн будет опускаться под землю по двум стальным тросам. Глубоко внизу ей придется работать при высоких температурах и экстремальном давлении, но это никак не отразится на функционировании оборудования. Наша установка способна выдержать температуру до двухсот градусов Цельсия и давление в 1300 атмосфер", – рассказывает научный сотрудник Китайской инженерной академии Ду Сянгван. 

Не понимаете, для чего нужна сверхглубокая скважина, которую к тому же так сложно бурить? Все дело в том, что в Поднебесной рассчитывают докопаться до слоистых пород, возраст которых 145 миллионов лет. Их изучение позволит выяснить, как менялась наша планета на протяжении своего существования. Свой проект китайцы без ложной скромности называют "вехой в исследовании глубин Земли".  

Специальная машина, разработанная самарскими учеными

В России придумали, как не просто узнать, что скрывается у нас под ногами, но и испытать недра на прочность. Перед вами уникальная установка, которая поможет заглянуть глубоко под землю, не покидая лаборатории. Машина имитирует условия, которые имеются на разных глубинах. Она способна нагнетать колоссальное давление и поднимать температуру до ста восьмидесяти градусов Цельсия. 

"Мы определяем прочность породы, определяем ее неоднородность, если быть более точным. То есть мы получаем разные свойства механические по направлениям. Это дает нам возможность понять, в какую сторону лучше закладывать скважину, бурить скважину, как эту скважину эксплуатировать", – объясняет доцент кафедры "Бурение нефтяных и газовых скважин" СамГТУ Алексей Подъячев. 

Правда, перед тем, как провести испытания, все-таки придется закопаться под землю. Машина, разработанная самарскими учеными, испытывает образцы пород, которые добыты на большой глубине. 

"С месторождения привозится полноразмерный керн цилиндрической формы диаметром от 40 до 120 миллиметров. Его подготавливают, выпиливают из него вот такие вот кубики. Далее этот кубик помещается внутрь установки следующим образом. После этого на компьютере уже происходит установка программы нагружения", – говорит Алексей Подъячев. 

На самарской установке можно испытывать породы, добытые на глубине до десяти километров. Машина позволит застраховаться от обвалов при строительстве шахт и понять, где скрываются самые большие залежи полезных ископаемых. 

Добыча американцами геотермальной энергии

Только вот американским специалистам российская машина не поможет. Ведь они собрались просверлить в земле двадцатикилометровую дыру и побить мировой рекорд по глубине скважин. 

Чтобы зарыться на невиданную глубину, инженеры разработали принципиально новую технологию бурения. На первом этапе собираются использовать традиционные роторы, но, как только они доберутся до земной коры, в дело вступит гиротрон. Мощнейший СВЧ-генератор, который похож на гибрид лазера и микроволновки. Такие используют для того, чтобы разогревать плазму в термоядерных реакторах.

"У гиротрона колоссальная мощность – один мегаватт. Это сопоставимо с энергией тысячи газовых горелок. Установка не сверлит породу, а разогревает ее до колоссальных температур. Так, что она сначала плавится, а затем просто испаряется. К тому же эта техника без проблем сможет работать при температуре в 500 градусов по Цельсию, с которой придется столкнуться на двадцатикилометровой глубине", – отмечает соучредитель и руководитель проекта по добыче геотермальной энергии Мэтт Хауд. 

Уверены, что американцы стараются ради науки? Ничего подобного! Проект сугубо практический. На невиданной глубине собираются добывать геотермальную энергию.

"Мы хотим использовать горячие подземные воды для вращения турбин и выработки энергии. Эту технологию уже применяют на меньших глубинах. Но проблема в том, что геотермальные резервуары распределены неравномерно, а сверхглубокие скважины позволят дотянуться до подземной энергии из любой точки мира", – объясняет Мэтт Хауд.

Зонд для составления карты морского дна

Российские ученые решили изучить не воду под землей, а землю под водой. В Иркутске придумали уникальный зонд, который позволяет составить карту морского дна. Аппарат находится на концах вот этих силовых кабелей и посылает сквозь толщу воды электрические сигналы. 

Они взаимодействуют с электромагнитным полем геологических пластов, а затем по изменению сигналов техника вычисляет рельеф дна. Зонд предназначен для работы в транзитной зоне шельфа. Это прибрежная часть морей глубиной не больше 20 метров. Оборудования для сканирования дна на таких участках в мире до сих пор не существовало. 

"Мы решили создать уникальную отечественную систему для инженерно-геологических изысканий в транзитной зоне шельфа. Для чего? Во-первых, это поиск россыпей благородных металлов и алмазов, инженерно-геологические изыскания при строительстве, например, буровых платформ или трубопроводов, а также поиск углеводородов", – рассказывает Анастасия Белова, младший научный сотрудник департамента геофизики института "Сибирская школа геонаук" ИРНИТУ. 

Карта Магеллановых гор, составленная учеными из Геленджика

Ученые из Геленджика тоже изучают морское дно, но на больших глубинах. Недавно они составили подробную карту Магеллановых гор. К этому участку Тихого океана сейчас приковано повышенное внимание всего мира, потому что там обнаружили колоссальные запасы кобальта.  

Его считают одним из самых востребованных металлов 21-го века. Ведь кобальт используется при производстве литий-ионных аккумуляторов, которые сейчас установлены практически во всей технике.

"Вольтоносные железомарганцевые корки представляют собой полиметаллические оксидные руды. Наиболее ценным компонентом является кобальт, содержание которого в корках составляет примерно 0,6%, что в несколько раз превышает показатели содержания кобальта в рудах месторождений, разрабатываемых на суше", – отмечает Ирина Пуляева, ведущий геолог экспедиции по работам в Мировом океане, кандидат геолого-минералогических наук.

Методы изучения Мирового океана

Чтобы понять, где именно находится самый редкий в мире металл, ученые используют целый арсенал сложнейших методов. Сначала специалисты исследуют дно эхолотом, чтобы понять рельеф дна. Затем начинаются более детальные исследования. 

"При помощи комплекса МАК мы получаем акустическое изображение донной поверхности и акустический разрез верхних отложений на глубине порядка 150 метров. Комплекс "Нептун" позволяет нам получить видео и фотоизображение дна. После того, как все данные получены, происходит комплексная интерпретация материала, составляются карты рудных залежей, изучаются горно-геологические условия и проектируются точки геологического опробования", – говорит Денис Миноранский, ведущий геолог по работам в Мировом океане, начальник геологического отряда. 

Этот метод позволит нам лучше узнать Мировой океан, который до сих пор изучен всего лишь на пять процентов. А ведь он занимает больше 70 процентов поверхности земного шара. 

Изучение недр Марса

Но ученых интересует не только наша планета. Недавно они впервые заглянули в недра Марса и определили толщину его коры. Для этого НАСА отправило на Красную планету специальную миссию. 

Посадочный модуль доставил на поверхность сейсмометр, который на протяжении двух лет фиксировал толчки в недрах планеты. По их отражениям специалисты восстановили внутреннее строение Марса. 

"Мы выяснили, что кора Красной планеты тоньше, чем мы ожидали. Также удалось установить, что у Марса только один слой мантии. А вот радиус ядра оказался больше, чем предполагалось — около 1830 километров, при этом само "сердце" планеты обладает необычайно низкой плотностью", – рассказывает директор Лаборатории реактивного движения НАСА Майкл Уоткинс. 

Ученые надеются, что новые данные позволят нам узнать историю эволюции Красной планеты и выяснить, правда ли она когда-то была цветущим садом. А если исследование продолжат, совсем скоро мы поймем, какие полезные ископаемые сможет добывать после переезда на Марс.

О самых невероятных достижениях прогресса, открытиях ученых, инновациях, способных изменить будущее человечества, смотрите в программе "Наука и техника" с ведущим Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.