人类到底能不能钻穿地球?前苏联曾实验多年,实验结果如何?

如题所述

第1个回答  2022-07-12

人类早就想过在地球上“钻个洞”

说到我们生活的地球,甚至我们生活的宇宙,对于我们人来说,都是浩瀚无边的,而且对于我们人类来说,大自然充满了神奇, 总有无限的奥秘等待我们去发现,去 探索

说到人类对自己所生活的宇宙或者地球的 探索 ,我们首先会想到的可能是 天文方面 的 探索 。自古以来,人们就尝试看的更远,飞得更远,所以不停的有更精密,看的更远更清晰的天文望远镜被发明出来,让我们对地球外的星空不停的有新的有趣的发现, 人类对航天器的研究也一直没有停止过,并且不断向外太空发射我们的探测设备,为的就是能发现更多地球外面的秘密

但是人类对于自然的 探索 ,远不止如此,因为我们所生活的地球, 是一个巨大的球体 ,而且它是 实心 的。这便引发了一人们的一个疑问: 地球的下面,究竟隐藏着什么呢 ?其实多年以来,人类不仅有个飞上天的梦想,更有着钻入地球,看看地球的内部到底藏着什么秘密的想法。

理论上来讲,如果一直往下挖,总有一天会挖到地球的另一面,我们人类拥有的 动力巨大的机械设备 简直太多了,挖穿地球,按理说应该不算事什么难事。毕竟我们早就实现了“上天的梦想”,“入地”这件事情比起“上天”,看起来容易多了,直至今日, 对于钻穿地球这件事,世界上还没有哪个国家有任何进展,看似容易的事情,怎么就那么难呢?

美国曾经计划“在地球上钻个洞”

早在 1952年 ,美国人就想到了,想在地球上“钻个洞”,看看到底地球底下有什么奥秘。

于是在1952年,这项计划由 美国多样性协会 (American Miscellaneous Society,AMSOC)向 国家科学基金会 (National Science Foundation,NSF)提出,并且在1858年,这项计划终于被批准采纳,这就是著名的 “莫霍计划 ”(Project Mohole),之所以命名为莫霍计划, 是因为美国人的理想中,是试图钻穿地壳,达到莫霍面。

美国人对于这项计划一开始充满干劲,项目的进展也是相当的快。在1961年的3月23日到1961年的4月12日,短短半个多月的时间美国多样性协会使用了名为“ CUSS I号 ”的钻井船 在墨西哥瓜德罗普附近海3558米的水深的地方,钻了五口深海钻井,在这些钻井之中最大的钻井深183米。

在一开始,这次计划还是相当成功的,人们也对它非常看好,因为这是 首次在深海海底打钻成功 ,当然了,这次计划中,人类也对地球内部又了不少的新发现:人们发现原来中世纪时代的海底基层,是由大概十三米深的 玄武岩 组成。

虽然取得了这样的成绩,但比起这项计划的成绩来讲, 它的花费是非常巨大的,迫于经济压力和政治压力,过了没几年,这项计划就无奈被叫停了 。人类早期在地球上钻个洞看看下面究竟有什么的梦想,就这样轰轰烈烈的开始,然后悄无声息地无疾而终了。

“莫霍计划”叫停,前苏联“接力”

虽然美国的计划失败了,过了不久,前苏联却搞起了接力,也开启了一项在地球钻孔计划。 在1970年的时候,前苏联的钻孔计划,正式在科拉半岛开启了 。对于这项计划,前苏联的投入也是巨大的,据悉,当时参与到的科学家的酬劳都非常高,可见当时前苏联对这项计划的重视程度,以及“千金一掷”想要完成这项计划的决心。

在当时,前苏联决定把开展钻孔计划的位置,选在了佩琴加地区。为了更好的了解这个项目,首先我们来了解下 佩琴加 这个地方的具体位置: 佩琴加位于欧洲北部的科拉半岛西北边,北边临界巴伦支海瓦朗厄尔峡湾 。为什么选择在这个地方开展项目呢?因为这个地方是欧洲大陆最大的 地遁区 , 如果在这里钻一口十五千米的的深井,效果差不多相当于在别的地方钻了二十五千米左右 ,甚至更甚,这样以来,理论上来讲就可以看到陆壳中的底层了。

早在1965年的时候,科研人员就开始为了这个项目做准备,包括选择合适的钻探地点,以及做一些相关设备的搭建和调试工作。为了这次项目能够取得成功, 前苏联可谓是做足了准备,准备时间长达五年之久 ,终于,在1970年,前苏联正式开启了钻探计划,这个计划的名称,被称为著名的 “科拉超深井” 。

前苏联在执行这项计划时,深知一个道理:失败是成功之母,所以他们借鉴了美国之前的失败经验并且进行改良,为的就是能让钻探任务取得更好的取得成功。

在欧洲和美国,科研人员采取的技术手段通常是 研磨 ,或者是研磨后削碎岩石这样的工具, 并且在工具的选择上,利用了高强度的钢钻杆,从而有效的使效率提升,达到高效使用钻机和旋转钻进的方法。

而在设备选用上,前苏联则采用了独特的 涡轮钻进的方法 , 采用了切削之后剪切碎岩石的方法来进行钻探 。在设备的选择上,前苏联采用了铝合金为主要材料的高强度管制作而成的钻管,从而来提升和它所配套的并不太强的钻机的工作能力和效率。通过认真地分析一系列当时国际上已有的经验,和钻进工作中可能会出现的问题,前苏联专家经过研究改良后,才提出了超深钻的构想。

“超深井”行动在设备上精益求精

在设备的选择上,苏联人为了这次“超深井”计划的成功,可谓是费足了功夫。 经过一系列研究,前苏联的科学家发现,超深井中最合适使用的工具,应该是由氢合金材料制成的钻杆 ,为什么呢?因为氢合金钻杆的比重还不到钢材料制成的钻杆的一半,如此轻的材料,大大的降低了钻管柱的自重,和钻机相应的提升能力。而如果采取铝合金的材料的话,不仅提高了效率,并且还比传统的钢制钻管具有更高的单位强度。

在钻头的选择上,前苏联可谓是“放出了大招”,他们使用了世界上最“厉害”的钻头之一: Uralmash-4E 系列钻机来完成第一阶段的钻探。第一阶段的任务,可谓是取得了超出人们想象的成功,因为 原本第一阶段预计达到的钻探深度在5000米,而实际上超额完成了任务,达到了7263米 ,这样的成功,也为这个设备取得了新的成绩: 达到了设备的最深记录 。并且科拉超深井钻孔,一举成为了当时 欧洲的最深钻孔 。

为了应付随着深度增加而产生的一系列新问题,前苏联一度换上更先进的钻机和钻头, 达到了10636米的好成绩,而等到了1983年,这口井的深度,更是达到了12000米 ,这个数据是什么概念呢,此深度已经超越了世界上最深的 马里亚纳海沟 。

钻了二十多年,竟不到地心的千分之二

到了1989年,科拉超深井的深度,已经几乎达到了它的最大深度-12262米。

这个数据看起来真的非常喜人,我们也许会觉得:地球已经快被我们“钻穿”了吧?实则不然。因为地球的平均半径,大约是 6371千米 ,什么概念呢? 等于说前苏联拿这么先进的设备,这么精心的设计,可以说达到了人类“钻地史”上的一次巅峰,而且一钻就是二十多年,但实际上,向地心钻的进程还不足千分之二呢 。有人会问了:不就是顺着一个方向往下挖,我们拥有这么厉害的设备,为什么会这么难呢?

主要遇到的难题,大概可以分成三个: 高温,高压,高地应力 。

我们都听过一句话叫“高处不胜寒”,我们也都知道,随着海拔的不断升高,温度是会不断降低的,海拔每升高100米,温度就会下降0.6摄氏度左右。恰恰相反,如果深度每增加一百米,那么温度就会升高2摄氏度左右。如此一算,深度过万米的地方,温度就要达到三百多摄氏度,如此的高温,任何的钻探器械都很难承受住。

接下来我们再看看压力,随着钻孔的深度不断地上升,专家们预计你讲的压力将达到175MPa,二底层的压力将达到400MPa左右。这样的压力对施工的情况是非常不利的,再加上高温的作用,可谓说是难上加难了。

最后就是高地应力,其中包括了两种最主要的: 覆盖岩石的重量引起的应力,以及临近地块或者地步传递过来的构造应力 。地应力的影响有多大呢? 较高的地应力 ,非常容易导致井壁的坍塌,造成 卡钻 等一系列井下事故,这类事故就真实的发生过: 在苏联某一个钻井钻到七千米左右的深度的时候,就曾经出现了坍塌,钻探钢管也断裂在了钻井里

“科拉超深钻孔”计划失败告终

前苏联的科拉超深钻孔计划,一开始经过了精心的准备和构思,设备上也是千金一掷,人们曾经非常看好这个项目,但是由于重重的困难,最终钻探工作在 1992年就被停止了 ,与美国“莫霍计划”的终止原因相似, 都是因为经费不足以维持项目高昂的指出 。虽然钻探工作停止了, 但是相关的研究一直在进行,直到2008年的时候,拉克超深钻孔才彻底被废弃


至此,人类史上关于钻到地底下,研究地下内部结构的计划,就算有些能取得阶段性的进展,也没有可以完全成功的 。主要都是受到地下的各种条件限制所困,并且 截止到目前为止 ,面对 高温高压 ,人们也没能想出什么好的办法克服它们。不得不说我们人类“钻穿地球”的梦想,在现在的技术水平下,终将是一个不太可能实现的难题。也许在我们的不断努力下,终将有一日会克服重重困难,到了那一天,隐藏在地底下的秘密,也许就该被层层揭晓了。

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