شاید فکر کرده باشید که اگر شروع به کندن خاک و سوراخ کردن لایه های داخلی خاک یکی پس از دیگری کنید، تا کجا پیش خواهید رفت؟ آیا اساساً امکان پذیر و انجام پذیر است؟
با توجه به راز بقا؛ لایو ساینس در گزارشی که در این باره منتشر کرده، می نویسد که به دلیل فشارها و دمای شدید داخل زمین، سفر به لایه های زمین و بیرون آمدن از سوی دیگر تنها در داستان های علمی تخیلی امکان پذیر است. با این حال، بر اساس تجربیات به دست آمده از پروژه های حفاری، دانشمندان تصور تقریبی از شگفتی هایی دارند که هنگام حفاری در زمین در انتظار ما هستند.
قطر زمین 12756 کیلومتر است. بنابراین، حداقل در تئوری و روی کاغذ، ما به یک مته بسیار بزرگ برای حفاری عمیق در زمین نیاز خواهیم داشت و این کار چندین دهه طول میکشد.
طبق گزارش سازمان زمین شناسی ایالات متحده، اولین لایه ای که هنگام حفاری پیدا می کنیم، پوسته زمین است که حدود 100 کیلومتر ضخامت دارد.
اولین نکته این است که فشار اتمسفر با رفتن مته به عمق زمین افزایش می یابد. داگ ویلسون، ژئوفیزیکدان دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا، به لایو ساینس گفت که هر سه متر سنگ تقریبا معادل یک فشار اتمسفر است، یعنی فشار در سطح دریا.
او می گوید: «وقتی از عمق چند کیلومتری صحبت می کنیم، این افزایش فشار خیلی سریع اتفاق می افتد. عمیق ترین چاه ساخته دست بشر چاه فوق عمیق کولا در روسیه است که عمق آن 12.2 کیلومتر است و فشار در عمق آن چهار هزار برابر بیشتر از فشار در سطح دریا است.
گزارش اطلس جهانی نشان می دهد که رسیدن دانشمندان به این عمق 20 سال طول می کشد و به گفته سازمان زمین شناسی ایالات متحده، این عمق هنوز 80 کیلومتر از لایه بعدی یعنی گوشته فاصله دارد. گوشته زمین لایه ای از سنگ تیره و متراکم به ضخامت 2800 کیلومتر است که تکتونیک صفحه را به حرکت در می آورد.
مرز بین گوشته و هسته موهو نامیده می شود که از اصطلاح ناپیوستگی موهورویچیک گرفته شده است. دانشمندان برای اولین بار در دهه 1950 و 1960 با پروژه “موهول” تلاش کردند زمین را از طریق بستر دریا کاوش کنند، اما تلاش آنها ناکام ماند.
حفره ای که در تلاش برای حفاری در زمین ایجاد می شود، فرو می ریزد مگر اینکه به طور مداوم مایع حفاری را به داخل سوراخ پمپ کنیم. در حفاری آب های عمیق و چاه های نفت، این سیال مخلوطی از گل و به عبارتی حاوی مواد معدنی سنگین مانند باریم است.
به گفته ویلسون، در واقع وزن سیال، فشار داخل حفره را با فشار سنگ اطراف متعادل می کند و از فروریختن حفره جلوگیری می کند. در عین حال، مایع حفاری دو عملکرد دیگر را نیز انجام می دهد: دکل حفاری را تمیز می کند تا شن و ماسه به ماشین آلات نچسبد و به کاهش دما کمک می کند. اگرچه خنک نگه داشتن مته در درونی ترین لایه های زمین تقریبا غیرممکن است.
دمای گوشته حدود 1410 درجه سانتیگراد است، دمایی که در آن فولاد ضد زنگ نیز ذوب می شود. بنابراین مته مورد استفاده برای این کار باید از آلیاژی خاص و گران قیمت مانند تیتانیوم ساخته شود.
مته پس از عبور از گوشته، در نهایت در عمق حدود 2896 کیلومتری به هسته زمین می رسد. به گفته آکادمی علوم کالیفرنیا، هسته خارجی زمین عمدتا از آهن و نیکل مایع تشکیل شده است و بسیار داغ است و دمای آن بین چهار تا پنج هزار درجه سانتیگراد می رسد. بنابراین، حفاری در این مخلوط داغ و مذاب آهن و نیکل بسیار دشوار خواهد بود.
دیمون تیگل، استاد ژئوشیمی در دانشگاه ساوتهمپتون در بریتانیا، به LiveScience می گوید که این مشکلات بسیاری را ایجاد می کند. هسته بیرونی داغ کار حفاری را شبیه به حفاری مایع می کند. مایعی که احتمالاً مته را ذوب می کند مگر اینکه آب سرد به داخل آن پمپ شود.
علاوه بر این، با رسیدن به عمق پنج هزار کیلومتری، مته ما به هسته داخلی خواهد رسید. جایی که فشار آنقدر شدید است که با وجود دمای سوزان، هسته آهن نیکل جامد باقی می ماند. به گفته تیگل، فشار آنقدر زیاد است که تصور آن دشوار است. چیزی در حدود 350 گیگا پاسکال یا به عبارتی 350 میلیون برابر فشار اتمسفر.
گرانش زمین در تمام این مدت مته را به سمت هسته می کشد. در واقع، گرانش در مرکز هسته مشابه گرانش تولید شده در فضا خواهد بود. یعنی حالتی شبیه بی وزنی. به گفته ویلسون، دلیل این امر این است که در این صورت، گرانش جرم زمین در همه جهات برابر خواهد بود.
سپس با ادامه حرکت مته به سمت دیگر زمین، نیروی گرانش نسبت به موقعیت مته تغییر می کند و در واقع آن را به سمت هسته و پایین می کشد. از اینجا، مته باید در برابر جاذبه مقاومت کند و در مسیر خود به سطح زمین از هسته خارجی، گوشته و پوسته عبور کند. بنابراین، رسیدن به مرکز هسته زمین تنها نیمی از داستان است. بزرگترین مشکل زمانی شروع می شود که فرض کنیم می خواهیم به حفاری ادامه دهیم تا به آن سوی زمین برسیم.
