Kaj bi se zgodilo, če bi vrtali naravnost skozi Zemljo in skočili v luknjo? Kaj se zgodi, če izkopljete tunel skozi središče Zemlje? Kaj se bo zgodilo, če skočiš v ta predor?
Cilj projekta Chikyu je vrtanje skozi zemeljsko skorjo. To do zdaj ni uspelo še nikomur. Projekt japonskih znanstvenikov so že primerjali s poletom na Luno.
V bližini japonskih otokov načrtujejo izvedbo poskusa, ki so ga že primerjali s poletom na Luno. Eksperiment pa vključuje potovanje na skromnejše razdalje - nekaj več kot deset kilometrov, vsi živi udeleženci projekta pa bodo ostali na svojih mestih, oprema pa bo opravila "umazano" delo. Tako ali drugače bo skupina strokovnjakov šla globlje kot kdorkoli drug v zemeljsko skorjo: izvrtali bodo najglobljo vrtino na dnu oceana. Za vrtino se zanimajo tako geologi kot biologi in geofiziki. Za razliko od astronavtov, ki si lahko s teleskopom ogledajo mesto prihodnjega pristanka, so tukaj znanstveniki prisiljeni delovati večinoma na slepo. Na voljo imajo podatke o prehodu potresnih valov skozi Zemljo in precej skromne rezultate dosedanjih poskusov. In kažejo, da se "podzemne" napovedi, za razliko od "nebeških", redko izkažejo za pravilne.
Najgloblji vodnjak (do sedaj) so na polotoku Kola izkopali sovjetski naravoslovci. Delo se je začelo že leta 1970. Takrat je bila zemeljska skorja še vedno pojmovana kot "preprosta" dvoslojna struktura - najprej graniti, nato bazalt. Spodaj je po izračunih obstajala meja med tekočim in trdnim - "Mohorovičičeva površina" ali "Moho". Še nižje je plašč, to je staljena plast, ki predstavlja večino mase planeta. Ko so v 22 letih napredovali nekaj več kot 12 kilometrov, so nehali kopati – nenazadnje tudi zato, ker pričakovanja niso bila izpolnjena. Svedri nikoli niso mogli doseči plašča, meritve temperature pa so pokazale, da tega z razpoložljivimi sredstvi sploh ne bo mogoče doseči. Oprema se je večkrat pokvarila, kar je povzročilo veliko več lukenj v zemeljski skorji, kot je bilo načrtovano.
Tako kot bo
Japonski raziskovalci so ubrali drugo pot – pod vodo. Pod celinami se meja plašča nahaja globlje od 30 kilometrov, na dnu oceana pa je zemeljska skorja veliko tanjša. Ti premisleki so bili podlaga za prvi projekt ultra globoke vrtine, izumljen leta 1957 in znan kot Mohole (Mohorovičićeva luknja). Potem pa je bilo mogoče narediti le 5 majhnih lukenj na dnu ob obali Mehike. Kljub obetajočemu načrtu pa pri njegovem izvajanju nihče ni dosegel nadnaravnih višin (natančneje globin): najdaljši vodnjak zdaj sega le 2111 metrov pod dno. Vrtala ga je ameriška ladja JOIDES Resolution, predelana iz plovila za proizvodnjo nafte, v vzhodnem Tihem oceanu. Do nedavnega je bilo to edino orodje za reševanje tovrstnih težav. "Razporeditev sil" je spremenil Chikyu, zgrajen na Japonskem.
Ladja z izpodrivom 57 tisoč ton in dolžino 210 metrov je za tretjino večja od svoje predhodnice. Chikyu ima pristajalno ploščad za helikopter, ki lahko sprejme 30 ljudi, in lastno "železnico" za prevoz opreme do 121-metrskega stolpa. Ona bo opravila glavno delo - vrtanje oceanskega dna. Med tem postopkom mora ladja ostati "pritrjena" na os vodnjaka, zato ji je naročeno, da razjasni svoj položaj z uporabo več satelitov GPS. Poleg vrtalnikov bo ladja z oceanskim dnom povezana s 4 kilometri debelimi cevmi – sistemom, ki ga doslej še niso uporabljali. Predvideva se, da bo s to opremo na krovu imel čas narediti sedem kilometrov dolgo luknjo v oceanskem dnu v približno šestih mesecih do enem letu.
Ves ta čas bo ladja s 150 člani posadke preživela 60 kilometrov od japonske obale, pomožne ladje pa bodo tja dostavljale material, vodo in hrano. Vendar glavne težave niso povezane s tem. Bolj ko se sveder približuje Mohorovičičevi površini, bolj se naprave segrevajo. Temperature nekaj sto stopinj Celzija so dovolj za poškodbe elektronike. Poleg tega na globini več tisoč metrov tlak doseže tisoče atmosfer. Zato so se odločili, da bodo cevi od znotraj napolnili z »umetnim blatom«: zaradi kroženja bo hladilo svedre in senzorje, vzdrževalo »ravnovesje sil«, hkrati pa izpiralo kamninske drobce.
Zakaj je to potrebno?
Z vidika geologov je glavni cilj eksperimenta pridobivanje materiala plašča in dostava na površje. Razen vulkanov, ki jo (v obliki lave) prinašajo iz globin, drugih naprav za njeno pridobivanje doslej ni bilo. (Pomembno je omeniti, da magma, to je prihodnja vulkanska lava, na splošno ne sovpada po sestavi s snovjo plašča - lahko je sestavljena iz mineralov skorje, stopljenih pod vplivom visokih temperatur.) Nekateri, ne nerazumno , je to primerjal z "lunarnim projektom Apollo" - čeprav bi bilo pravilneje spomniti na dostavo prvih luninih mineralov na zemljo s sovjetskim aparatom Luna-16.
Seveda znanstvenike zanima tudi veliko tega, kar se lahko sreča na poti do plašča. Predvsem ne izključujejo možnosti, da bi naleteli na naftno ali plinsko polje, čeprav se o tem govori bolj kot o nevarni možnosti za postopek vrtanja. Vendar se komentatorji strinjajo, da Japonska, ki je odvisna od virov, nafte verjetno ne bo dojela kot neprijetno presenečenje. Vendar ima študija tudi druge praktične cilje. "Ozko grlo" zemeljske skorje, 600 kilometrov od Tokia, kamor bodo poslali ladjo, leži na meji dveh tektonskih plošč - filipinske in evrazijske. To pomeni, da se tu dogajajo potresi – in po podatkih seizmologov se vsak peti večji potres zgodi v bližini Japonske. Sodobne teorije večino kataklizem razlagajo z mehanskimi napetostmi, ki se kopičijo na robovih plošč, katerih »odstranitev« povzroči premikanje plošč. Napetosti pa je skoraj nemogoče izmeriti na daljavo, zdaj pa jih želijo opazovati od blizu.
Še ena okoliščina približuje podzemno misijo vesoljski misiji: biologi nameravajo najti življenje pod oceanskim dnom. Prej je bilo običajno misliti, da mikroorganizmi naseljujejo tanko plast podvodne zemlje, v prejšnjih vrtinah pa je bilo mogoče odkriti bakterije na globini več kot kilometer. Vsi so zaradi eksotičnih življenjskih pogojev - previsoke temperature in pritiska uvrščeni med ekstremofile. Znano je, da bi lahko beljakovine, izolirane iz prvih takšnih organizmov, "vcepili" v rastline, da bi bile bolj odporne. Znanstvenikov pa ne zanimajo le aplikacije. Globina, na kateri bo odkrito zadnje živo bitje, bo samodejno veljala za spodnjo mejo biosfere – s premikom meje pa naj bi se spremenile tudi ocene količine biomaterije na planetu.
Tako kot poskusi raziskovanja vesolja tudi ultra globoke raziskave ne pustijo ravnodušnih ljudi, ki so tradicionalno daleč od znanosti. Številna verska mesta to imenujejo namen "izkopati pekel". Tako s sklicevanjem na sovjetskega znanstvenika Azzakova (verjetno je bil njegov priimek pri prevodu v angleščino popačen), ki je »sodeloval pri ustvarjanju vodnjaka v Sibiriji« (kar pomeni vodnjak Kola), poročajo o »krikih in stokih«, posnetih z mikrofoni na globini.
Japonska ladja bo začela "izkopavanja pekla" septembra 2007. V začetku decembra je zbral prve vzorce in pokazal, da deluje. Ali bo poskus »polne velikosti« uspešen in kako dolgo bo trajal, ni mogoče z gotovostjo reči. Vendar se je ta način »priti do dna« že izkazal.
Kot poroča Lenta.Ru, je bila prva faza največjega projekta globokega vrtanja v zemeljsko skorjo uspešno zaključena, je v sporočilu za javnost sporočila Japonska agencija za morsko in kopensko raziskovanje in tehnologijo (JAMSTEC).
Cilj eksperimenta Chikyu je prebiti zemeljsko skorjo (to doslej ni uspelo še nikomur) z vrtanjem šest do sedem kilometrov dolge vrtine.
Japonski znanstveniki so se odločili vrtati v morsko dno: kljub dodatnim težavam podvodnega vrtanja to na splošno poenostavlja nalogo: zemeljska skorja na dnu oceana je veliko tanjša. Glavni instrument projekta je plovilo Chikyu, ki je z morskim dnom povezano s sistemom vrtalnih orodij in cevi. Projekt zasleduje več ciljev: pridobiti material plašča in ga dostaviti na površje, raziskati nahajališča mineralov, izmeriti napetost na meji tektonskih plošč blizu Japonske, ki pogosto vodi do potresov, razjasniti spodnjo mejo biosfere.
Od 21. septembra do 15. novembra je bilo izvrtano dno Nankai jarka (v globinah od dveh do štirih kilometrov). Na šestih območjih je bilo skupaj izvrtanih 12 vrtin. Delo je oteževalo močan tok Kuroshio (hitrost do štiri vozle) in posebnosti območja vrtanja: huda deformacija struktur na stičiščih plošč. Dno ene od vrtalnih ploščadi se je nenadoma odlomilo, kar je povzročilo izgubo svedra in instrumentov.
Znanstveniki so uporabili metodo beleženja med vrtanjem, pri čemer so potrebne meritve opravili neposredno, ko je sveder napredoval v vrtini, tako da so že pridobili dragocene geološke podatke. Kljub težavam je bila prva faza projekta uspešno zaključena. 16. novembra se je takoj začela druga.
Zabaven del teoretične fizike (in nekateri pravijo, da najboljši del) je, da lahko postavite neumno vprašanje in izračunate (včasih neumen) odgovor. Na primer, kaj bi se zgodilo, če bi izvrtali luknjo skozi središče Zemlje in skočili skozenj? "Kdo bi sploh naredil tako neumnost?" - vprašate. Očitno nihče. Takšno dejanje vas bo ubilo na zelo prefinjen način in vas bo milijonkrat razcepilo. Ampak. Recimo, da se je kakšen drznež odločil za to zaradi znanosti? Kaj bi se teoretično lahko zgodilo?
Najprej povejmo očitno: ne morete izvrtati luknje skozi središče Zemlje. Reči, da nimamo dovolj tehničnih zmogljivosti za izvedbo te pomembne akcije, bi bilo zelo, zelo veliko pretiravanje. Seveda pa v Zemljo načeloma lahko vrtamo luknje. Kako globoko smo šli?
Danes je najgloblja luknja na planetu Kola superdeep well. Njegovo vrtanje se je začelo v 70. letih prejšnjega stoletja in končalo približno 20 let kasneje, ko so vrtalci dosegli globino 12.262 metrov. To je približno 12 kilometrov. A to ni niti las v primerjavi s premerom Zemlje. Zakaj smo se ustavili? Ko se približujete središču Zemlje, se vse opazno segreje. To je zato, ker je Zemljino jedro narejeno iz tekoče kovine in je segreto na 5400 stopinj Celzija. In že na globini 12 kilometrov so vrtalci naleteli na temperature 170 stopinj Celzija.
Mislim, da veste, da pri tej temperaturi ne boste dolgo živeli.
Če pa se nekako uspete potopiti še globlje, boste na globini 48 kilometrov našli magmo. V tem trenutku boste sežgani.
In tudi ob predpostavki, da vam je uspelo premagati to nerodno nevšečnost, če ste razvili nekakšno cev, ki vam omogoča varen prehod skozi žgočo magmo, vas bo zrak sam ubil. Natančneje, zračni tlak. Tako kot čutite pritisk, ko se potapljate globoko v vodo, čutite pritisk, ko je nad vami veliko zraka (zato vas bo Venerina gosta atmosfera zmečkala v torto). Na našem planetu se morate potopiti 50 kilometrov globoko, preden tlak v cevi postane tako visok kot na dnu oceana.
Če torej vaš cilj ni samouničenje, se ne smete zadrževati na takšnih globinah.
Toda tudi če vam je uspelo narediti cev, ki vam je omogočila preboj magme, rešila težave z zrakom in vam je skafander olajšal usodo, težave ostajajo. Na primer vrtenje planeta. Na polovici poti do središča Zemlje se boste bočno premikali približno 2400 kilometrov na uro hitreje od sten vaše cevi. To ni dobro za vaše zdravje. Izkazalo se je, da lahko udariš v steno cevi in umreš.
No, če smo rešili tudi to vprašanje (in več drugih, ki se jih sploh nismo trudili omeniti), če ste lahko skočili skozi Zemljo, vam bo vaš zagon omogočil, da se premaknete na drugo stran jedra. Kako dolgo bo trajalo?
- To je odgovor na vsa vprašanja, kot ga poznamo. 42 minut.
A zabava se tu ne konča. Zaradi močne zemeljske gravitacije in vašega močnega zagona boste, ko ste na drugi strani, spet začeli padati proti Zemlji. In šli boste do konca od začetka. Nihali boste naprej in nazaj v sinusnem valu, kot jo-jo.
Poglejmo si padec z vidika fizike. Zanemarjajmo zračni upor (in njegov obstoj) in trenje ob stene tunela. Gostoto Zemlje bomo imeli za homogeno, čeprav v resnici seveda ni tako)
Ugotovili smo, da bo vaš padec podoben gibanju harmoničnega nihala in izračunali čas, v katerem boste preleteli Zemljo. Seveda boste potem morali to početi znova in znova. Čeprav se bo zaradi upora zraka in sten ter nehomogenosti Zemlje nekoč tvoje padanje ustavilo in obtičal boš v središču Zemlje.
Zdaj o tem, kaj boste videli in občutili. Predpostavimo, da med tem majhnim potovanjem ne boste umrli zaradi temperature, pritiska ali preobremenitve in boste lahko spremljali spremembe v okolju. Slika je zelo odvisna od točke, na kateri ste začeli padati. Verjetno ste bili na celini. V tem primeru najprej preletiš približno 30 km zemeljske skorje. Pri tem je treba poudariti, da je načeloma vse naše znanje o strukturi Zemlje in njenih globinskih razmerah hipotetično in temelji na geofizikalnih podatkih, kot so spremembe v hitrosti valov, ki prehajajo skozi različne plasti. Torej, tukaj je. Debelina celinske skorje bo odvisna od tektonskih razmer. Največja bo v gorah (do 70-75 km), najmanj pa na območjih, ki se širijo, na obrobju oceanov in v morskih depresijah. Najprej boste leteli skozi plast sedimentov in sedimentnih kamnin, če so prisotne. Nato pride plast gnajsov in drugih metamorfnih kamnin. V njih so opazni vdrti graniti. Pod to plastjo bodo visoko metamorfizirani bazalti, ki so se spremenili v amfibolite in granulite. Ves ta čas se bosta tlak in temperatura vztrajno povečevala. Tukaj se lahko spomnite na geotermalni gradient, ki kaže, koliko se temperatura poveča z globino. Zelo je odvisna od tektonskih razmer in bo največja pod gorami.
Če ste iz nekega razloga začeli padati z oceanskega otoka ali oceana, boste najprej mimo sedimentnih plasti, nato bazaltne blazine lave in nasipov, ki vodijo do njih. Podlagajo jih vdori gabra. Končno pridete do plašča. Debelina oceanske skorje bo sedem kilometrov. Na splošno je slika, ki jo vidite, lahko precej nenavadna in odvisna od tektonskega območja, v katerem ste izvrtali luknjo.
Ločnica med plaščem in skorjo je Moho meja. Plašč je sestavljen iz peridotitov, ki vsebujejo olivin (Mg,Fe)2SiO4 in piroksen (Mg,Fe)2Si2O6. Ko so potopljeni, se bodo spremenili v bolj stabilne polimorfe. To bo opazno na globinah okoli 410 in 660 km. Ko se premikate navzdol od meje Moho skozi dokaj trden plašč, dosežete plast, ki je videti bolj viskozna in tekoča. Dejstvo je, da je material te plasti, astenosfere, podvržen delnemu taljenju. Približno 1-5% snovi se stopi (količina je močno odvisna od tektonskih razmer). Visok pritisk, ki ga ustvarjajo prekrivne plasti, preprečuje, da bi se popolnoma stopilo. Nastala talina ovije zrna mineralov in poskrbi za fluidnost snovi. Tu lahko nastanejo tudi žarišča bazične in ultrabazične magme, ki se dvigajo navzgor. Vse tiste relativno trde in elastične plasti nad astenosfero so litosfera. Razdeljen na plošče, ki spominjajo na lubenične lupine, drsi po astenosferi in izvaja navpične gibe ter lebdi na površini te viskozne plasti. Pod astenosfero in na meji 410 km se razlikuje bolj viskozna mezosfera. Na tej točki se olivin spremeni v modifikacijo s spinelno strukturo.
Spodnji plašč se začne na globini 660 km. Verjetno je sestavljen iz mineralov s strukturo perovskita (Mg,Fe)SiO3 in magneziovüstita. V spodnjem plašču minerali vsebujejo ogromne zaloge vode. Celoten plašč, skozi katerega ste šli, je bil trden, saj je bil poleg visokih temperatur podvržen tudi visokim pritiskom. Konvektivni tokovi v plašču so prepočasni, da bi jih opazili.
Končno pridete do Gutenbergove meje, ki ločuje jedro in spodnji plašč. Od površja vas loči 2900 km. To mejo pokriva pokopališče gora potopljenih in delno staljenih litosferskih plošč.
Od 2900 do 5120 km se potopite skozi tekoče zunanje jedro, sestavljeno iz zlitine železa in niklja z primesmi žvepla, vodika in nekaterih drugih elementov. Obstaja intenzivno mešanje snovi, ki ustvarja zemeljsko magnetno polje, a zaradi nizke hitrosti tega verjetno ne boste videli. Trdno notranje jedro, produkt postopnega ohlajanja in strjevanja zunanjega, sega do globine 6370 km. Ima podobno sestavo in je sestavljen iz železa, žvepla in niklja.
Podoben primer je bil podan v knjigi "Zabavna fizika". V knjigah je bilo poglavje o fantaziji in resničnosti in tak problem se je pojavil v kontekstu ene od knjig.
Obstajale so formule za izračun časa potovanja. Izkazalo se je, da lahko pot traja 42 minut, ne glede na razdaljo, pri čemer boste prvo polovico poti pospeševali in drugo upočasnjevali s popolnoma enakim modulom pospeška.
Primeri so bili obravnavani z železnico, zgrajeno med Moskvo in Leningradom, in s potovanjem skozi zemeljsko jedro.
V skladu s tem se postavljata dve vprašanji, ki ne bosta omogočili izvedbe tega projekta. Prvi je odpornost okolja. Vlak/oseba/kapsula se mora premikati v prostem padu v vakuumu, sicer mu sila upora ne bo dovolila premagati zadnje etape potovanja. Enostavno ni dovolj vztrajnosti. In drugo je, da mora biti tunel, skozi katerega se bo predmet premikal, idealen. Mora biti neposreden in ne sme biti podvržen zunanjim spremembam, za letenje osebe pa je potrebno tudi, da se v notranjosti vzdržujejo normalni pogoji temperature in tlaka.
Poleg tega ne vemo povsem, kako deluje naš planet. Nismo niti prepričani, ali ima Zemlja trdno jedro ali pa je masa planeta neenakomerno porazdeljena po različnih delih. Ne moremo si predstavljati, kako bo gradnja tunela skozi središče vplivala na Zemljo.
Video: Kaj se zgodi, če vrtate skozi zemljo in skočite v luknjo?
Torej, zdaj lahko sklepamo, da je bolje, da ne skočite - nevarno je!!! 🙂 🙂