Čo by sa stalo, keby ste prevŕtali Zem a skočili do diery? Čo sa stane, ak vykopete tunel cez stred Zeme? Čo sa stane, ak skočíte do tohto tunela?
Cieľom projektu Chikyu je prevŕtať sa zemskou kôrou. Doteraz sa to nikomu nepodarilo. Projekt japonských vedcov už prirovnali k letu na Mesiac.
Pri japonských ostrovoch plánujú uskutočniť experiment, ktorý už prirovnali k letu na Mesiac. Experiment však zahŕňa cestovanie na skromnejšie vzdialenosti - o niečo viac ako desať kilometrov a všetci žijúci účastníci projektu zostanú na svojich miestach a zariadenie bude robiť „špinavú“ prácu. Tak či onak, skupina špecialistov sa chystá ísť hlbšie ako ktokoľvek iný do zemskej kôry: vyvŕtajú najhlbší vrt na dne oceánu. Rovnaký záujem o studňu majú geológovia, biológovia a geofyzici. Na rozdiel od astronautov, ktorí sú schopní vidieť miesto budúceho pristátia pomocou ďalekohľadu, sú tu vedci nútení konať väčšinou slepo. K dispozícii majú údaje o prechode seizmických vĺn cez Zem a pomerne skromné výsledky z predchádzajúcich pokusov. A ukazujú, že „podzemné“ predpovede, na rozdiel od „nebeských“, sa len zriedka ukážu ako správne.
Najhlbšiu studňu (zatiaľ) vykopali na polostrove Kola sovietski prírodovedci. Práce začali už v roku 1970. V tom čase sa o zemskej kôre ešte uvažovalo ako o „jednoduchej“ dvojvrstvovej štruktúre – najprv žuly, potom čadič. Nižšie podľa výpočtov existovala hranica medzi kvapalinou a pevnou látkou - „povrch Mohorovicic“ alebo „Moho“. Ešte nižšie je plášť, teda roztavená vrstva, ktorá tvorí väčšinu hmoty planéty. Keď za 22 rokov postúpili o niečo vyše 12 kilometrov, prestali kopať – v neposlednom rade preto, že sa nenaplnili očakávania. Vrtáky nikdy nedokázali dosiahnuť plášť a merania teploty ukázali, že to s dostupnými prostriedkami vôbec nebude možné dosiahnuť. Zariadenie sa opakovane pokazilo, v dôsledku čoho sa v zemskej kôre vytvorilo oveľa viac dier, ako sa plánovalo.
Ako to bude
Japonskí vedci išli inou cestou – pod vodou. Pod kontinentmi sa hranica plášťa nachádza hlbšie ako 30 kilometrov a na dne oceánu je zemská kôra oveľa tenšia. Tieto úvahy sú základom úplne prvého projektu ultrahlbokej studne, ktorý bol vynájdený v roku 1957 a známy ako Mohole (Mohorovičická diera). Potom však bolo možné urobiť len 5 malých otvorov na dne pri pobreží Mexika. Napriek sľubnému plánu nikto pri jeho realizácii nedosiahol nadprirodzené výšky (presnejšie hĺbky): najdlhší vrt teraz siaha len 2111 metrov pod úroveň dna. Navŕtala ho americká loď JOIDES Resolution, prerobená z lode na ťažbu ropy, vo východnej časti Tichého oceánu. Donedávna to bol jediný nástroj na riešenie takýchto problémov. „Zosporiadanie síl“ zmenilo Chikyu, postavené v Japonsku.
Loď s výtlakom 57-tisíc ton a dĺžkou 210 metrov je o tretinu väčšia ako jej predchodca. Chikyu má pristávaciu plochu pre helikoptéru, ktorá pojme 30 ľudí, a vlastnú „železnicu“ na prepravu vybavenia na 121-metrovú vežu. Je to ona, ktorá bude vykonávať hlavnú prácu - vŕtanie dna oceánu. Počas tohto procesu musí loď zostať „fixovaná“ k osi studne, takže je inštruovaná, aby objasnila svoju polohu pomocou niekoľkých satelitov GPS. Okrem vrtov bude loď s dnom oceánu prepojená aj 4 kilometrami hrubých rúr – systém, ktorý sa doteraz nepoužíval. Predpokladá sa, že s týmto vybavením na palube stihne urobiť sedemkilometrovú dieru na dne oceánu približne za šesť mesiacov až rok.
Celý ten čas strávi loď so 150 členmi posádky 60 kilometrov od pobrežia Japonska a pomocné lode tam budú dopravovať materiál, vodu a potraviny. Hlavné ťažkosti s tým však nesúvisia. Čím viac sa vrták priblíži k povrchu Mohorovicic, tým viac sa prístroje zahrejú. Na poškodenie elektroniky stačia teploty niekoľko sto stupňov Celzia. Navyše v hĺbke tisícov metrov tlak dosahuje tisíce atmosfér. Preto sa rozhodli naplniť potrubia zvnútra „umelým bahnom“: vďaka cirkulácii ochladzuje vrtáky a senzory, udržiava „rovnováhu síl“ a zároveň odplavuje úlomky skál.
Prečo je to potrebné
Z pohľadu geológov je hlavným cieľom experimentu extrahovať plášťový materiál a dopraviť ho na povrch. Okrem sopiek, ktoré ho (v podobe lávy) vynášajú z hlbín, doteraz neexistovali žiadne iné zariadenia na jeho ťažbu. (Je dôležité poznamenať, že magma, teda budúca sopečná láva, sa vo všeobecnosti svojim zložením nezhoduje s látkou plášťa – môže pozostávať z kôrových minerálov roztavených pod vplyvom vysokých teplôt.) Niektoré, nie bezdôvodne v porovnaní s „lunárnym projektom Apollo“ - aj keď by bolo správnejšie pripomenúť dodávku prvých lunárnych minerálov na Zem sovietskym prístrojom Luna-16.
Vedcov samozrejme zaujíma aj veľa z toho, čo možno na ceste k plášťu stretnúť. Nevylučujú najmä možnosť naraziť na ropné alebo plynové pole, hoci sa o tom hovorí skôr ako o nebezpečnej perspektíve postupu vŕtania. Komentátori sa však zhodujú, že Japonsko závislé od zdrojov pravdepodobne nebude vnímať ropu ako nepríjemné prekvapenie. Štúdium má však aj ďalšie praktické ciele. "Úzke hrdlo" zemskej kôry, 600 kilometrov od Tokia, kam bude loď vyslaná, leží na rozhraní dvoch tektonických platní - filipínskej a euroázijskej. To znamená, že práve tu dochádza k zemetraseniam – a podľa seizmológov sa každé piate veľké zemetrasenie vyskytuje v okolí Japonska. Moderné teórie vysvetľujú väčšinu katakliziem mechanickým napätím nahromadeným na okrajoch dosiek, ktorých „odstránenie“ spôsobí pohyb dosiek. Merať napätia na diaľku je však takmer nemožné a teraz ich chcú pozorovať zblízka.
Ďalšia okolnosť približuje podzemnú misiu k vesmírnej misii: biológovia majú v úmysle nájsť život pod dnom oceánu. Predtým bolo bežné si myslieť, že mikroorganizmy obývajú tenkú vrstvu podvodnej pôdy, ale v predchádzajúcich vrtoch bolo možné odhaliť baktérie v hĺbke viac ako kilometer. Všetci sú kvôli exotickým životným podmienkam - nadmernej teplote a tlaku klasifikovaní ako extrémofili. Je známe, že proteíny izolované z prvých takýchto organizmov by mohli byť „vštepené“ do rastlín, aby boli odolnejšie. Vedcov však nezaujímajú len aplikácie. Hĺbka, v ktorej bude objavený posledný živý tvor, bude automaticky považovaná za spodnú hranicu biosféry – a s posunom hranice by sa mali zmeniť aj odhady množstva biohmoty na planéte.
Rovnako ako pokusy o prieskum vesmíru, ani ultrahlboký výskum nenecháva ľahostajných ľudí, ktorí majú od vedy tradične ďaleko. Mnohé náboženské stránky to nazývajú zámerom „vykopať peklo“. S odvolaním sa na sovietskeho vedca Azzakova (pri preklade do angličtiny bolo jeho priezvisko pravdepodobne skomolené), ktorý sa „podieľal na vytvorení studne na Sibíri“ (čiže studňa Kola), hlásia „výkriky a stonanie“ zaznamenané mikrofónmi. v hĺbke.
Japonská loď začne „vykopávky pekla“ v septembri 2007. Začiatkom decembra zozbieral prvé vzorky a preukázal, že je funkčný. Či bude experiment „v plnej veľkosti“ úspešný a ako dlho bude trvať, sa nedá s istotou povedať. Tento spôsob „dostať sa dnu“ sa však už osvedčil.
Ako informoval Lenta.Ru, prvá etapa najväčšieho projektu hlbokých vrtov v zemskej kôre bola úspešne dokončená, informovala v tlačovej správe Japonská agentúra pre morský a suchozemský prieskum a technológiu (JAMSTEC).
Cieľom experimentu Chikyu je prevŕtať sa zemskou kôrou (doteraz sa to nikomu nepodarilo) vyvŕtaním šesť až sedemkilometrového vrtu.
Japonskí vedci sa rozhodli vyvŕtať morské dno: napriek ďalším ťažkostiam pri vŕtaní pod vodou to vo všeobecnosti zjednodušuje úlohu: zemská kôra na dne oceánu je oveľa tenšia. Hlavným nástrojom projektu je plavidlo Chikyu, ktoré je spojené s morským dnom systémom vrtných nástrojov a potrubí. Projekt sleduje niekoľko cieľov: extrahovať plášťový materiál a dopraviť ho na povrch, preskúmať ložiská nerastov, zmerať napätie na hranici tektonických platní pri Japonsku, ktoré často vedie k zemetraseniam, objasniť spodnú hranicu biosféry.
Od 21. septembra do 15. novembra sa vŕtalo na dne priekopy Nankai (v hĺbkach dva až štyri kilometre). Celkovo bolo vyvŕtaných 12 vrtov v šiestich oblastiach. Práca bola sťažená silným prúdom Kuroshio (rýchlosť až štyri uzly) a zvláštnosťami oblasti vŕtania: silná deformácia štruktúr na spojoch dosiek. Spodok jednej z vrtných súprav sa náhle odlomil, čo malo za následok stratu vrtnej korunky a prístrojového vybavenia.
Vedci použili metódu ťažby dreva počas vŕtania, pričom potrebné merania vykonali priamo pri postupovaní koruny v studni, takže už získali cenné geologické údaje. Napriek ťažkostiam bola prvá etapa projektu úspešne ukončená. 16. novembra sa začala hneď druhá.
Zábavná časť teoretickej fyziky (a niektorí hovoria, že najlepšia časť) je, že môžete položiť hlúpu otázku a vypočítať (niekedy hlúpu) odpoveď. Čo by sa napríklad stalo, keby ste vyvŕtali dieru cez stred Zeme a preskočili by ste ňou? "Kto by urobil takú hlúposť?" - pýtaš sa. Vraj nikto. Takýto čin vás zabije veľmi sofistikovaným spôsobom a rozdelí vás miliónkrát. Ale. Predpokladajme, že sa to nejaký odvážlivec rozhodol urobiť kvôli vede? Čo by sa teoreticky mohlo stať?
Najprv si povedzme, čo je zrejmé: nemôžete vyvŕtať dieru cez stred Zeme. Povedať, že nemáme dostatok technických možností na uskutočnenie tejto významnej akcie, by bolo veľmi, veľmi veľké preháňanie. Ale, samozrejme, v princípe môžeme vŕtať diery do Zeme. Ako hlboko sme zašli?
Dnes je najhlbšou dierou na planéte superhlboká studňa Kola. Jeho vŕtanie sa začalo v 70. rokoch minulého storočia a skončilo sa asi o 20 rokov neskôr, keď vrtáky dosiahli hĺbku 12 262 metrov. Je to približne 12 kilometrov. Ale to nie je ani vlások v porovnaní s priemerom Zeme. Prečo sme prestali? Keď sa blížite k stredu Zeme, všetko sa citeľne otepľuje. Je to spôsobené tým, že zemské jadro je vyrobené z tekutého kovu a je zahriate na 5400 stupňov Celzia. A už v hĺbke 12 kilometrov narazili vrtáci na teploty 170 stupňov Celzia.
Myslím, že viete, že pri tejto teplote nebudete dlho žiť.
Ak sa vám ale nejako podarí ponoriť ešte hlbšie, v hĺbke 48 kilometrov nájdete magmu. V tejto chvíli budete spálený.
A aj za predpokladu, že sa vám podarilo prekonať túto nepríjemnú nepríjemnosť, ak ste vyvinuli nejaký druh potrubia, ktoré vám umožní bezpečne prejsť spaľujúcou magmou, zabije vás samotný vzduch. Presnejšie, tlak vzduchu. Rovnako ako cítite tlak pri ponorení hlboko do vody, cítite tlak, keď je nad vami veľa vzduchu (preto vás hustá atmosféra Venuše roztlačí na koláč). Na našej vlastnej planéte sa musíte ponoriť do hĺbky 50 kilometrov, kým sa tlak v potrubí zvýši ako na dne oceánu.
Preto, ak vaším cieľom nie je sebadeštrukcia, nemali by ste sa zdržiavať v takých hĺbkach.
Ale aj keď sa vám podarilo vyrobiť potrubie, ktoré vám umožnilo preniknúť do magmy, vyriešilo problémy so vzduchom a skafander vám uľahčil osud, problémy zostávajú. Napríklad rotácia planéty. V polovici cesty do stredu Zeme sa budete pohybovať do strán asi o 2 400 kilometrov za hodinu rýchlejšie ako steny vašej trubice. To nie je dobré pre vaše zdravie. Ukázalo sa, že môžete zasiahnuť stenu potrubia a zomrieť.
No, ak sme vyriešili aj túto otázku (a niekoľko ďalších, o ktorých sme sa ani neunúvali spomenúť), ak ste boli schopní preskočiť cez Zem, vaša hybnosť vám umožní pohybovať sa na druhej strane jadra. Ako dlho to bude trvať?
- Toto je odpoveď na všetky otázky, ako ju poznáme. 42 minút.
Tým však zábava nekončí. Vďaka silnej gravitácii Zeme a vašej silnej hybnosti, akonáhle ste na druhej strane, začnete opäť padať k Zemi. A pôjdete celú cestu od začiatku. Budete kmitať dopredu a dozadu v sínusoide, ako jojo.
Uvažujme o páde z pohľadu fyziky. Zanedbajme odpor vzduchu (a jeho existenciu) a trenie o steny tunela. Hustotu Zeme budeme považovať za homogénnu, hoci v skutočnosti to tak, samozrejme, nie je)
Zistili sme, že váš pád bude podobný pohybu v harmonickom kyvadle a vypočítali sme čas, za ktorý preletíte okolo Zeme. Samozrejme, potom to budete musieť robiť znova a znova. Aj keď kvôli odporu vzduchu a stien a nehomogenite Zeme sa jedného dňa váš pád zastaví a uviaznete v strede Zeme.
Teraz o tom, čo uvidíte a zažijete. Predpokladajme, že počas tejto malej cesty nezomriete na teplotu, tlak či preťaženie a budete môcť sledovať zmeny prostredia. Obrázok do značnej miery závisí od bodu, v ktorom ste začali padať. Pravdepodobne ste boli na kontinente. V tomto prípade najskôr preletíte asi 30 km zemskej kôry. Tu treba poukázať na to, že v zásade sú všetky naše poznatky o stavbe Zeme a jej hlbokých podmienkach hypotetické a založené na geofyzikálnych údajoch, ako sú zmeny rýchlosti vĺn prechádzajúcich rôznymi vrstvami. Takže tu to je. Hrúbka kontinentálnej kôry bude závisieť od tektonických podmienok. Najväčšia bude v horách (do 70 – 75 km), najmenej v oblastiach s rozšírením, na okrajoch oceánov a v morských depresiách. Najprv preletíte vrstvou pozostávajúcou zo sedimentov a sedimentárnych hornín, ak sú prítomné. Potom prichádza vrstva rúl a iných metamorfovaných hornín. Sú v nich badateľné vniknuté žuly. Pod touto vrstvou budú vysoko metamorfované bazalty, ktoré sa zmenili na amfibolity a granulity. Po celú dobu sa tlak a teplota neustále zvyšujú. Tu si môžete spomenúť na niečo ako geotermálny gradient, ktorý ukazuje, ako veľmi sa teplota zvyšuje s hĺbkou. Je veľmi závislá od tektonických podmienok a maximálne bude pod horami.
Ak ste z nejakého dôvodu začali padať z oceánskeho ostrova alebo oceánu, najskôr prejdete sedimentárnymi vrstvami, potom čadičovými vankúšovými lávami a hrádzami, ktoré k nim vedú. Sú podložené gabrovými vpádmi. Nakoniec sa dostanete k plášťu. Hrúbka oceánskej kôry bude sedem kilometrov. Vo všeobecnosti môže byť obrázok, ktorý vidíte, dosť nezvyčajný a závisí od tektonickej oblasti, v ktorej ste vyvŕtali dieru.
Rozdelenie medzi plášťom a kôrou je Moho hranica. Plášť tvoria peridotity obsahujúce olivín (Mg,Fe)2SiO4 a pyroxén (Mg,Fe)2Si2O6. Po ponorení sa premenia na stabilnejšie polymorfy. To bude badateľné v hĺbkach okolo 410 a 660 km. Keď sa pohybujete dole od hranice Moho cez pomerne pevný plášť, dosiahnete vrstvu, ktorá sa zdá byť viskóznejšia a tekutejšia. Faktom je, že materiál tejto vrstvy, astenosféra, podlieha čiastočnému topeniu. Roztopí sa približne 1-5% látky (množstvo značne závisí od tektonických podmienok). Vysoký tlak, ktorý vytvárajú nadložné vrstvy, zabraňuje jeho úplnému roztaveniu. Výsledná tavenina obaľuje zrnká minerálov a zabezpečuje tekutosť látky. Môžu sa tu vytvárať aj ohniská bázickej a ultrabázickej magmy stúpajúcej nahor. Všetky tie relatívne tvrdé a elastické vrstvy nad astenosférou sú litosféra. Rozdelená na platne pripomínajúce šupky melónu sa kĺže po astenosfére a robí vertikálne pohyby, plávajúc na povrchu tejto viskóznej vrstvy. Pod astenosférou a na hranici 410 km sa rozlišuje viskóznejšia mezosféra. V tomto bode sa olivín transformuje na modifikáciu so spinelovou štruktúrou.
Spodný plášť začína v hĺbke 660 km. Pravdepodobne je zložený z minerálov s perovskitovou štruktúrou (Mg,Fe)SiO3 a magnesiowüstitu. V spodnom plášti minerály obsahujú obrovské zásoby vody. Celý plášť, cez ktorý ste prechádzali, bol pevný, pretože spolu s vysokými teplotami bol vystavený aj vysokým tlakom. Konvekčné prúdy v plášti sú príliš pomalé na to, aby sme si ich všimli.
Nakoniec sa dostanete na hranicu Gutenberg, kde sa oddeľuje jadro a spodný plášť. Od povrchu vás delí 2900 km. Túto hranicu pokrýva cintorín hôr ponorených a čiastočne roztopených litosférických dosiek.
Od 2900 do 5120 km sa ponoríte cez tekuté vonkajšie jadro pozostávajúce zo zliatiny železa a niklu s nečistotami síry, vodíka a niektorých ďalších prvkov. Dochádza k intenzívnemu premiešavaniu hmoty, ktorá vytvára magnetické pole Zeme, ale kvôli nízkej rýchlosti ho pravdepodobne neuvidíte. Pevné vnútorné jadro, produkt postupného ochladzovania a tuhnutia vonkajšieho, siaha do hĺbky 6370 km. Má podobné zloženie a je zložený zo železa, síry a niklu.
Podobný príklad bol uvedený v knihe „Zábavná fyzika“. V knihách bola kapitola o fantázii a realite a takýto problém sa objavil v kontexte jednej z kníh.
Na výpočet cestovného času existovali kalkulačné vzorce. Ukázalo sa, že cesta môže trvať 42 minút bez ohľadu na vzdialenosť, kde prvú polovicu cesty zrýchlite a druhú spomalíte s úplne rovnakým modulom zrýchlenia.
Príkladom bola železnica postavená medzi Moskvou a Leningradom a cestovanie cez zemské jadro.
V dôsledku toho vyvstávajú dve otázky, ktoré neumožnia realizáciu tohto projektu. Prvým je odolnosť okolia. Vlak/osoba/kapsula sa musí pohybovať voľným pádom vo vákuu, inak mu odporová sila nedovolí prekonať poslednú etapu cesty. Len nie je dostatok zotrvačnosti. A druhá je, že tunel, ktorým sa bude objekt pohybovať, musí byť ideálny. Musí byť priamy a nepodlieha vonkajším zmenám a na to, aby tam človek mohol letieť, je tiež potrebné, aby sa vo vnútri udržiavali normálne podmienky teploty a tlaku.
Navyše úplne nevieme, ako naša planéta funguje. Nie sme si istí ani tým, či má Zem pevné jadro, alebo či je hmota planéty rozložená v rôznych častiach nerovnomerne. Nevieme si predstaviť, ako výstavba tunela cez stred ovplyvní Zem.
Video: Čo sa stane, ak prevŕtate Zem a skočíte do diery?
Takže teraz môžeme konštatovať, že je lepšie neskákať - je to nebezpečné!!! 🙂 🙂