Profundo en los minerales calientes

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificación: 2023-12-16 16:02

El siglo XX estuvo marcado por el triunfo del hombre en el aire y la conquista de las depresiones más profundas del Océano Mundial. Solo el sueño de penetrar en el corazón de nuestro planeta y conocer la vida hasta ahora oculta de sus entrañas sigue siendo inalcanzable. "Journey to the Center of the Earth" promete ser extremadamente difícil y emocionante, lleno de muchas sorpresas y descubrimientos increíbles. Ya se han dado los primeros pasos en este camino: se han perforado varias docenas de pozos superprofundos en el mundo. La información obtenida con la ayuda de perforaciones ultraprofundas resultó ser tan abrumadora que hizo añicos las ideas establecidas de los geólogos sobre la estructura de nuestro planeta y proporcionó los materiales más ricos para los investigadores en diversos campos del conocimiento.

Toca el manto

Los laboriosos chinos del siglo XIII cavaron pozos de 1.200 metros de profundidad. Los europeos rompieron el récord chino en 1930 al aprender a perforar la tierra con plataformas de perforación durante 3 kilómetros. A finales de la década de 1950, los pozos se extendían hasta 7 kilómetros. Comenzó la era de la perforación ultraprofunda.

Como la mayoría de los proyectos globales, la idea de perforar la capa superior de la Tierra se originó en la década de 1960, en el apogeo de los vuelos espaciales y la creencia en las posibilidades ilimitadas de la ciencia y la tecnología. Los estadounidenses concibieron nada menos que atravesar toda la corteza terrestre con un pozo y obtener muestras de las rocas del manto superior. Los conceptos del manto entonces (como, de hecho, ahora) se basaban solo en datos indirectos: la velocidad de propagación de las ondas sísmicas en las entrañas, cuyo cambio se interpretó como el límite de capas de rocas de diferentes edades y composiciones. Los científicos creían que la corteza terrestre es como un sándwich: rocas jóvenes arriba, rocas antiguas abajo. Sin embargo, solo la perforación superprofunda podría dar una imagen precisa de la estructura y composición de la capa exterior y el manto superior de la Tierra.

Proyecto Mokhol

En 1958, apareció en Estados Unidos el programa de perforación superprofunda de Mohol. Este es uno de los proyectos más atrevidos y misteriosos de la América de posguerra. Como muchos otros programas, Mohol tenía la intención de superar a la URSS en rivalidad científica, estableciendo un récord mundial en perforación ultraprofunda. El nombre del proyecto proviene de las palabras "Mohorovicic" - este es el nombre del científico croata que distinguió la interfaz entre la corteza terrestre y el manto - el borde de Moho y "agujero", que significa "pozo" en inglés. Los creadores del programa decidieron perforar en el océano, donde, según los geofísicos, la corteza terrestre es mucho más delgada que en los continentes. Fue necesario bajar las tuberías varios kilómetros al agua, atravesar 5 kilómetros del fondo del océano y llegar al manto superior.

En abril de 1961, frente a la isla de Guadalupe en el Mar Caribe, donde la columna de agua alcanza los 3,5 km, los geólogos perforaron cinco pozos, el más profundo de ellos entró en el fondo a 183 metros. Según cálculos preliminares, en este lugar, debajo de las rocas sedimentarias, esperaban encontrarse con la capa superior de la corteza terrestre: el granito. Pero el núcleo que surgió de debajo de los sedimentos contenía basaltos puros, una especie de antípoda de granitos. El resultado de la perforación desanimó y al mismo tiempo inspiró a los científicos, que comenzaron a preparar una nueva fase de perforación. Pero cuando el costo del proyecto superó los $ 100 millones, el Congreso de Estados Unidos dejó de financiar. Mohol no respondió ninguna de las preguntas planteadas, pero mostró lo principal: es posible realizar perforaciones a gran profundidad en el océano.

El funeral se pospone

La perforación ultraprofunda permitió observar las profundidades y comprender cómo se comportan las rocas a altas presiones y temperaturas. La idea de que las rocas con profundidad se vuelven más densas y su porosidad disminuye, resultó ser errónea, así como el punto de vista sobre el subsuelo seco. Esto se descubrió por primera vez durante la perforación del superprofundo de Kola, otros pozos en estratos cristalinos antiguos confirmaron el hecho de que a una profundidad de muchos kilómetros, las rocas se rompen por grietas y son penetradas por numerosos poros, y las soluciones acuosas se mueven libremente bajo una presión de varios cientos. atmósferas. Este descubrimiento es uno de los logros más importantes de la perforación ultraprofunda. Nos obligó a volver a abordar el problema del enterramiento de los desechos radiactivos, que se suponía que debían colocarse en pozos profundos, que parecían completamente seguros. Teniendo en cuenta la información sobre el estado del subsuelo obtenida en el transcurso de perforaciones superprofundas, los proyectos para la creación de tales repositorios ahora parecen muy arriesgados.

En busca del infierno enfriado

Desde entonces, el mundo se ha enfermado con las perforaciones ultraprofundas. En los Estados Unidos, se estaba preparando un nuevo programa para estudiar el fondo del océano (Deep Sea Drilling Project). El Glomar Challenger, construido específicamente para este proyecto, pasó varios años en las aguas de varios océanos y mares, perforando casi 800 pozos en su fondo, alcanzando una profundidad máxima de 760 m. A mediados de la década de 1980, los resultados de las perforaciones en alta mar confirmaron la teoría. de la tectónica de placas. La geología como ciencia renació. Mientras tanto, Rusia siguió su propio camino. El interés por el problema, suscitado por los éxitos de Estados Unidos, dio lugar al programa "Exploración del interior de la Tierra y perforaciones superprofundas", pero no en el océano, sino en el continente. A pesar de su historia centenaria, la perforación continental parecía ser un negocio completamente nuevo. Después de todo, estábamos hablando de profundidades previamente inalcanzables: más de 7 kilómetros. En 1962, Nikita Khrushchev aprobó este programa, aunque se guió por motivos políticos más que científicos. No quería quedarse atrás de Estados Unidos.

El laboratorio recién creado en el Instituto de Tecnología de Perforación estaba dirigido por el famoso trabajador petrolero, Doctor en Ciencias Técnicas Nikolai Timofeev. Se le instruyó para fundamentar la posibilidad de perforaciones superprofundas en rocas cristalinas: granitos y gneis. La investigación tomó 4 años, y en 1966 los expertos emitieron un veredicto: se puede perforar, y no necesariamente con el equipo del mañana, el equipo que ya está allí es suficiente. El principal problema es el calor en profundidad. Según los cálculos, a medida que penetra en las rocas que forman la corteza terrestre, la temperatura debería aumentar 1 grado cada 33 metros. Esto significa que a una profundidad de 10 km uno debería esperar alrededor de 300 ° С, y a 15 km - casi 500 ° С. Las herramientas y dispositivos de perforación no resistirán tal calentamiento. Había que buscar un lugar donde las tripas no estuvieran tan calientes …

Se encontró un lugar así: un antiguo escudo cristalino de la península de Kola. Un informe elaborado en el Instituto de Física de la Tierra decía: durante los miles de millones de años de su existencia, el escudo de Kola se ha enfriado, la temperatura a una profundidad de 15 km no supera los 150 ° C. Y los geofísicos prepararon una sección aproximada de la península de Kola. Según ellos, los primeros 7 kilómetros son estratos de granito de la parte superior de la corteza terrestre, luego comienza la capa de basalto. Entonces, la idea de una estructura de dos capas de la corteza terrestre fue generalmente aceptada. Pero como resultó más tarde, tanto los físicos como los geofísicos estaban equivocados. El sitio de perforación se eligió en el extremo norte de la península de Kola, cerca del lago Vilgiskoddeoayvinjärvi. En finlandés significa "Bajo la montaña del lobo", aunque no hay montañas ni lobos en ese lugar. La perforación del pozo, cuya profundidad de diseño era de 15 kilómetros, comenzó en mayo de 1970.

Herramienta para el inframundo

La perforación del pozo de Kola SG-3 no requirió la creación de dispositivos fundamentalmente nuevos y máquinas gigantes. Empezamos a trabajar con lo que ya teníamos: la unidad Uralmash 4E con una capacidad de elevación de 200 toneladas y tubos de aleación ligera. Lo que realmente se necesitaba en ese momento eran soluciones tecnológicas no estándar. De hecho, en rocas cristalinas duras a una profundidad tan grande, nadie perforó, y lo que sucedería allí, lo imaginaron solo en términos generales. Sin embargo, perforadores experimentados se dieron cuenta de que, por muy detallado que fuera el proyecto, un pozo real sería mucho más complejo. Cinco años después, cuando la profundidad del pozo SG-3 superó los 7 kilómetros, se instaló una nueva plataforma de perforación Uralmash 15.000, una de las más modernas en ese momento. Potente, confiable, con un mecanismo de disparo automático, podría soportar una cadena de tuberías de hasta 15 km de largo. La plataforma de perforación se ha convertido en una torre de perforación completamente enfundada de 68 m de altura, desafiante a los fuertes vientos que azotan el Ártico. Cerca se han desarrollado una miniplanta, laboratorios científicos y un almacén central.

Al perforar a poca profundidad, se instala en la superficie un motor que hace girar la sarta de tuberías con un taladro en el extremo. El taladro es un cilindro de hierro con dientes de diamante o de aleación dura, un poco. Esta corona muerde las rocas y les corta una columna delgada: un núcleo. Para enfriar la herramienta y eliminar los pequeños escombros del pozo, se bombea fluido de perforación en él: arcilla líquida, que circula todo el tiempo a lo largo del pozo, como sangre en los vasos. Después de un tiempo, las tuberías se elevan a la superficie, se liberan del núcleo, se cambia la corona y se vuelve a bajar la columna al fondo del pozo. Así es como funciona la perforación convencional.

¿Y si la longitud del cañón es de 10-12 kilómetros con un diámetro de 215 milímetros? La cadena de tuberías se convierte en el hilo más delgado que se baja al pozo. ¿Cómo gestionarlo? ¿Cómo ver lo que pasa en la cara? Por lo tanto, en el pozo de Kola, en la parte inferior de la sarta de perforación, se instalaron turbinas en miniatura, se pusieron en marcha con lodo de perforación bombeado a través de tuberías a presión. Las turbinas hicieron girar una broca de carburo y cortaron el núcleo. Toda la tecnología estaba bien desarrollada, el operador en el panel de control vio la rotación de la broca, conocía su velocidad y podía controlar el proceso.

Cada 8-10 metros, se tenía que levantar una tubería de varios kilómetros. El descenso y ascenso tomó un total de 18 horas.

La picardía del número "7"

7 kilómetros: la marca del Kola superdeep fatal. Detrás de él comenzó la incertidumbre, muchos accidentes y una lucha continua con las rocas. El cañón no se pudo mantener en posición vertical. Cuando recorrimos 12 km por primera vez, el pozo se desvió 21 ° de la vertical. Aunque los perforadores ya habían aprendido a trabajar con la increíble curvatura del pozo, era imposible ir más lejos. El pozo se perforaría a partir de la marca de 7 km. Para hacer un agujero vertical en rocas duras, necesita un fondo muy duro de la sarta de perforación, de modo que ingrese a las entrañas como aceite. Pero surge otro problema: el pozo se expande gradualmente, el taladro cuelga de él, como en un vaso, las paredes del pozo comienzan a colapsar y pueden presionar la herramienta. La solución a este problema resultó ser original: se aplicó la tecnología del péndulo. El taladro se balanceó artificialmente en el pozo y suprimió las fuertes vibraciones. Debido a esto, el tronco resultó ser vertical.

El accidente más común en cualquier plataforma es la rotura de una tubería. Por lo general, intentan capturar las tuberías nuevamente, pero si esto sucede a grandes profundidades, el problema se vuelve irrecuperable. De nada sirve buscar una herramienta en un pozo de 10 kilómetros, se arrojó un pozo de este tipo y se abrió uno nuevo, un poco más alto. La rotura y la pérdida de la tubería en SG-3 sucedieron muchas veces. Como resultado, en su parte inferior, el pozo parece el sistema de raíces de una planta gigante. La ramificación del pozo molestó a los perforadores, pero resultó ser una alegría para los geólogos, quienes inesperadamente obtuvieron una imagen tridimensional de un segmento impresionante de rocas arcaicas antiguas que se formaron hace más de 2.500 millones de años.

En junio de 1990, SG-3 alcanzó una profundidad de 12 262 m. El pozo comenzó a prepararse para perforar hasta 14 km, y luego se produjo un nuevo accidente: a una altura de 8.550 m, la tubería se rompió. La continuación del trabajo requirió una larga preparación, renovación de equipos y nuevos costos. En 1994, se detuvo la perforación del Kola Superdeep. Después de 3 años, ingresó en el Libro Guinness de los Récords y aún permanece insuperable. Ahora el pozo es un laboratorio para el estudio de las entrañas profundas.

Intestinos secretos

El SG-3 ha sido una instalación clasificada desde el principio. La zona fronteriza, los depósitos estratégicos del distrito y la prioridad científica son los culpables. El primer extranjero en visitar el sitio de perforación fue uno de los líderes de la Academia de Ciencias de Checoslovaquia. Más tarde, en 1975, se publicó en Pravda un artículo sobre la Kola Superdeep firmado por el ministro de Geología, Alexander Sidorenko. Todavía no había publicaciones científicas sobre el pozo Kola, pero alguna información se filtró al exterior. Según los rumores, el mundo comenzó a aprender más: se está perforando el pozo más profundo en la URSS.

Un velo de secreto probablemente hubiera colgado sobre el pozo hasta la mismísima "perestroika", si el Congreso Geológico Mundial no hubiera tenido lugar en 1984 en Moscú. Se prepararon cuidadosamente para un evento tan importante en el mundo científico; incluso se construyó un nuevo edificio para el Ministerio de Geología, muchos participantes estaban esperando. ¡Pero los colegas extranjeros estaban interesados principalmente en el superprofundo de Kola! Los estadounidenses no creían en absoluto que lo teníamos. La profundidad del pozo en ese momento había alcanzado los 12.066 metros. Ya no tenía sentido ocultar el objeto. Una exhibición de logros de la geología rusa esperaba a los participantes del congreso en Moscú, uno de los stands estaba dedicado al pozo SG-3. Los expertos de todo el mundo miraron con desconcierto una cabeza de taladro convencional con dientes de carburo desgastados. ¿Y con esto están perforando el pozo más profundo del mundo? ¡Increíble! Una gran delegación de geólogos y periodistas acudió al asentamiento de Zapolyarny. A los visitantes se les mostró la plataforma en acción y se retiraron y desconectaron secciones de tubería de 33 metros. Alrededor había montones de exactamente los mismos cabezales de perforación que el que estaba en el stand de Moscú.

Un conocido geólogo, el académico Vladimir Belousov recibió a la delegación de la Academia de Ciencias. Durante una conferencia de prensa, la audiencia le hizo una pregunta:

- ¿Qué es lo más importante que ha demostrado el pozo Kola?

- ¡Caballeros! Lo más importante es que demostró que no sabemos nada sobre la corteza continental, respondió el científico con sinceridad.

Sorpresa profunda

Por supuesto, sabían algo sobre la corteza terrestre de los continentes. El hecho de que los continentes estén compuestos por rocas muy antiguas, de entre 1,5 y 3 mil millones de años, no fue refutado ni siquiera por el pozo Kola. Sin embargo, la sección geológica compilada sobre la base del núcleo del SG-3 resultó ser exactamente lo contrario de lo que los científicos habían imaginado anteriormente. Los primeros 7 kilómetros estuvieron compuestos por rocas volcánicas y sedimentarias: tobas, basaltos, brechas, areniscas, dolomitas. Más profundo se encuentra la sección llamada Conrad, después de la cual la velocidad de las ondas sísmicas en las rocas aumentó bruscamente, lo que se interpretó como el límite entre granitos y basaltos. Esta sección se pasó hace mucho tiempo, pero los basaltos de la capa inferior de la corteza terrestre nunca aparecieron en ninguna parte. Por el contrario, comenzaron los granitos y gneises.

La sección del pozo Kola refutó el modelo de dos capas de la corteza terrestre y mostró que las secciones sísmicas en las entrañas no son los límites de capas de rocas de diferente composición. Más bien, indican un cambio en las propiedades de la piedra con la profundidad. A alta presión y temperatura, las propiedades de las rocas, aparentemente, pueden cambiar drásticamente, de modo que los granitos en sus características físicas se vuelven similares a los basaltos, y viceversa. Pero el "basalto" que se elevó a la superficie desde una profundidad de 12 kilómetros se convirtió inmediatamente en granito, aunque experimentó un ataque severo de "enfermedad de cajón" en el camino: el núcleo se desmoronó y se desintegró en placas planas. Cuanto más avanzaba el pozo, las muestras de menor calidad caían en manos de los científicos.

La profundidad contenía muchas sorpresas. Anteriormente, era natural pensar que al aumentar la distancia de la superficie de la tierra, al aumentar la presión, las rocas se vuelven más monolíticas, con una pequeña cantidad de grietas y poros. El SG-3 convenció a los científicos de lo contrario. A partir de 9 kilómetros, los estratos resultaron ser muy porosos y literalmente atestados de grietas por las que circulaban soluciones acuosas. Posteriormente, este hecho fue confirmado por otros pozos superprofundos de los continentes. Resultó ser mucho más caliente en profundidad de lo esperado: ¡hasta 80 °! En la marca de los 7 km, la temperatura del fondo del pozo era de 120 ° С, a los 12 km ya había alcanzado los 230 ° С. En las muestras del pozo de Kola, los científicos descubrieron mineralización de oro. Se encontraron inclusiones de metales preciosos en rocas antiguas a una profundidad de 9, 5-10, 5 km. Sin embargo, la concentración de oro era demasiado baja para reclamar un depósito: un promedio de 37,7 mg por tonelada de roca, pero suficiente para esperar en otros lugares similares.

En el camino ruso

La demostración del pozo Kola en 1984 causó una profunda impresión en la comunidad mundial. Muchos países han comenzado a preparar proyectos de perforación científica en los continentes. Un programa de este tipo también se aprobó en Alemania a finales de los años ochenta. El pozo ultraprofundo KTB Hauptborung fue perforado de 1990 a 1994, según el plan, se suponía que alcanzaría una profundidad de 12 km, pero debido a temperaturas impredeciblemente altas, solo fue posible llegar a la marca de 9.1 km. Debido a la apertura de los datos sobre la perforación y el trabajo científico, la buena tecnología y la documentación, el pozo ultraprofundo de KTV sigue siendo uno de los más famosos del mundo.

La ubicación para la perforación de este pozo se eligió en el sureste de Baviera, sobre los restos de una antigua cordillera, cuya edad se estima en 300 millones de años. Los geólogos creían que en algún lugar de aquí hay una zona de unión de dos placas, que alguna vez fueron las orillas del océano. Según los científicos, con el tiempo, la parte superior de las montañas se ha desgastado, dejando al descubierto los restos de la antigua corteza oceánica. Aún más profundo, a diez kilómetros de la superficie, los geofísicos descubrieron un cuerpo grande con una conductividad eléctrica anormalmente alta. También esperaban aclarar su naturaleza con la ayuda de un pozo. Pero el principal desafío era alcanzar una profundidad de 10 km para adquirir experiencia en perforaciones ultraprofundas. Después de estudiar los materiales del Kola SG-3, los perforadores alemanes decidieron perforar primero un pozo de prueba de 4 km de profundidad para tener una idea más precisa de las condiciones de trabajo en el subsuelo, probar la técnica y tomar un testigo. Al final del trabajo piloto, gran parte del equipo científico y de perforación tuvo que ser alterado, y algo tuvo que ser recreado.

El pozo principal, superprofundo, KTV Hauptborung se colocó a solo doscientos metros del primero. Para la obra se levantó una torre de 83 metros y se creó un equipo de perforación con una capacidad de elevación de 800 toneladas, la más potente en ese momento. Se han automatizado muchas operaciones de perforación, principalmente el mecanismo para bajar y recuperar la sarta de tubería. El sistema de perforación vertical autoguiado permitió realizar un agujero casi vertical. Teóricamente, con tal equipo, era posible perforar a una profundidad de 12 kilómetros. Pero la realidad, como siempre, resultó ser más complicada y los planes de los científicos no se hicieron realidad.

Los problemas en el pozo KTV comenzaron después de una profundidad de 7 km, repitiendo gran parte del destino del Kola Superdeep. Al principio, se cree que debido a la alta temperatura, el sistema de perforación vertical se rompió y el agujero se hizo oblicuo. Al final del trabajo, el fondo se desvió de la vertical en 300 m, luego comenzaron los accidentes más complicados: una rotura en la sarta de perforación. Al igual que en Kola, hubo que perforar nuevos pozos. Ciertas dificultades fueron causadas por el estrechamiento del pozo - en la parte superior su diámetro era de 71 cm, en la parte inferior - 16,5 cm. Los accidentes interminables y la alta temperatura del fondo de pozo - 270 ° C obligaron a los perforadores a dejar de trabajar no lejos de la ansiada meta.

No se puede decir que los resultados científicos de KTV Hauptborung hayan llamado la atención de los científicos. En la profundidad se depositaron principalmente anfibolitas y gneis, antiguas rocas metamórficas. La zona de convergencia del océano y los restos de la corteza oceánica no se han encontrado por ningún lado. Quizás estén en otro lugar, aquí hay un pequeño macizo cristalino, levantado a una altura de 10 km. Se descubrió un depósito de grafito a un kilómetro de la superficie.

En 1996, el pozo KTV, que costó 338 millones de dólares al presupuesto alemán, fue patrocinado por el Centro Científico de Geología de Potsdam, se convirtió en un laboratorio para la observación del subsuelo profundo y un destino turístico.

Los pozos más profundos del mundo

1. Aralsor SG-1, tierras bajas del Caspio, 1962-1971, profundidad - 6, 8 km. Búsqueda de petróleo y gas.

2. Biikzhal SG-2, tierras bajas del Caspio, 1962-1971, profundidad - 6, 2 km. Búsqueda de petróleo y gas.

3. Kola SG-3, 1970-1994, profundidad: 12 262 m, profundidad de diseño: 15 km.

4. Saatlinskaya, Azerbaiyán, 1977-1990, profundidad: 8 324 m, profundidad de diseño: 11 km.

5. Kolvinskaya, región de Arkhangelsk, 1961, profundidad: 7.057 m.

6. Muruntau SG-10, Uzbekistán, 1984, profundidad -

3 km. La profundidad de diseño es de 7 km. Busca oro.

7. Timan-Pechora SG-5, noreste de Rusia, 1984-1993, profundidad - 6,904 m, profundidad de diseño - 7 km.

8. Tyumen SG-6, Siberia occidental, 1987-1996, profundidad: 7 502 m, profundidad de diseño: 8 km. Búsqueda de petróleo y gas.

9. Novo-Elkhovskaya, Tartaristán, 1988, profundidad: 5.881 m.

10. Pozo de Vorotilovskaya, región del Volga, 1989-1992, profundidad - 5.374 m Búsqueda de diamantes, estudio del astroblema Puchezh-Katunskaya.

11. Krivoy Rog SG-8, Ucrania, 1984-1993, profundidad - 5 382 m. Profundidad de diseño - 12 km. Busque cuarcitas ferruginosas.

Ural SG-4, Urales medios. Establecido en 1985. Profundidad de diseño - 15.000 m Profundidad actual - 6.100 m Búsqueda de minerales de cobre, estudio de la estructura de los Urales. En-Yakhtinskaya SG-7, Siberia occidental. Profundidad de diseño - 7.500 m. Profundidad actual - 6.900 m. Búsqueda de petróleo y gas.