Concetti chiave
Mentre gli Stati Uniti e l’Unione Sovietica si concentravano sull’esplorazione spaziale durante la grande corsa allo spazio degli anni ’60, americani e sovietici gareggiavano anche per una supremazia di altro tipo:quella al centro della Terra, o almeno il più vicino possibile ad esso. . Il risultato è stato il buco più profondo del mondo .
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Nel 1958, gli americani lanciarono il Progetto Mohole, un piano per recuperare un campione dal mantello terrestre perforando il fondo dell'oceano al largo dell'isola di Guadalupe, in Messico. Con i fondi della National Science Foundation, perforarono il fondale marino per 183 metri prima che il progetto venisse ritirato nel 1966 dalla Camera dei Rappresentanti degli Stati Uniti.
Nel 1970, i sovietici lanciarono il loro tentativo, perforando la Terra a Murmansk, in Russia, appena fuori dal confine norvegese vicino al Mare di Barents. È conosciuto come il pozzo superprofondo di Kola e ebbe più successo, penetrando molto più in profondità nella Terra e raccogliendo campioni che ancora oggi stupiscono gli scienziati.
Perché scavare così in profondità nella Terra? "Per affrontare domande scientifiche chiave" che potrebbero dare risposte ad alcuni dei più grandi misteri della scienza sul nostro pianeta, afferma il dottor Ulrich Harms.
Harms è il direttore del Consorzio scientifico tedesco per il sondaggio della terra presso il Centro di ricerca tedesco per le geoscienze a Potsdam, in Germania. Ha visitato il pozzo di Kola, ha esplorato l'archivio dei carotaggi e ha persino messo le mani sulla testa del pozzo ormai defunta.
E anche se il pozzo superprofondo di Kola non è mai arrivato oltre la crosta terrestre, rimane il pozzo più profondo mai scavato.
Il pozzo Superdeep di Kola in Russia è il pozzo più profondo del mondo. È più profondo della Fossa delle Marianne e più profondo dell'altezza del Monte Everest.
Nascosto in un sito di trivellazione abbandonato tra legno marcio e fogli di rottami metallici (resti della torre di trivellazione e delle abitazioni che un tempo si trovavano in Russia) si trova una piccola, senza pretese e resistente copertura del foro di manutenzione fissata in posizione con una dozzina di grandi bulloni arrugginiti.
Al di sotto, praticamente invisibile dal livello del suolo, con un diametro di soli 23 centimetri, si trova il buco artificiale più profondo del mondo.
Il pozzo Superdeep di Kola si estende per circa 40.230 piedi (12.262 metri) o 7,6 miglia (12,2 chilometri) nella superficie terrestre. Per la prospettiva, la profondità del buco è l'altezza del Monte Everest e del Monte Fuji posti uno sopra l'altro. È anche più profondo del punto più profondo dell'oceano, la Fossa delle Marianne, situata nell'Oceano Pacifico a una profondità di 36.201 piedi (11.034 metri) sotto il livello del mare.
In prospettiva, lo strato più esterno della Terra, il terreno su cui ci troviamo, chiamato crosta continentale, ha uno spessore di circa 40 chilometri.
Lo strato successivo, il mantello, continua per altre 1.800 miglia (2.896 chilometri). Il nucleo esterno si estende per circa 1.400 miglia (2.250 chilometri) prima di raggiungere il nucleo interno della Terra, una palla calda, densa, prevalentemente di ferro con un raggio di circa 758 miglia (1.220 chilometri).
Quindi, sebbene il punto artificiale più profondo sia impressionante, è sorprendentemente poco profondo rispetto alla profondità della Terra. In totale, la Kola penetra solo circa un terzo della crosta terrestre e lo 0,2% dell'intera distanza dal centro della Terra.
Ci è voluto anche un po' di tempo. Anni, in effetti. La perforazione a Kola iniziò il 24 maggio 1970. L'obiettivo era quello di spingersi il più lontano possibile, che gli scienziati all'epoca prevedevano fosse di circa 15 chilometri. Nel 1979, il progetto aveva battuto tutti i record mondiali di buchi artificiali superando le 6 miglia (9,5 chilometri).
Nel 1989, la perforazione raggiunse una profondità di 40.230 piedi (12.262 metri) verticalmente sotto la superficie terrestre. È il punto più profondo mai raggiunto. In quel momento le temperature nel pozzo aumentarono dai previsti 212 gradi Fahrenheit (100 gradi Celsius) a 356 gradi Fahrenheit (180 gradi Celsius).
Effettuiamo enormi buchi per vari motivi, in particolare per estrarre risorse come combustibili fossili e metalli.
Alcuni altri esempi profondi includono la miniera di rame di Bingham Canyon, risalente a 100 anni fa, nelle montagne vicino a Salt Lake City, il sito di un pozzo che si estende per tre quarti di miglio (1,2 chilometri) di profondità e si estende per 2,5 miglia (4 chilometri) di larghezza. e la miniera di diamanti Kimberley, nota anche come The Big Hole, in Sud Africa, una delle più grandi miniere del mondo scavata da mani umane e senza macchinari.
I buchi vengono scavati anche in nome della scienza, dice Harms, per comprendere meglio cose come:
"Un esempio in dettaglio è che le osservazioni molto vicine a una zona sismica consentono [ai ricercatori] di monitorare l'inizio e la propagazione anche del più piccolo terremoto in risposta allo stress e alla tensione", afferma Harms. "Vogliamo recuperare questi dati fisici, chimici e meccanici del campo vicino per comprendere a fondo questi processi che non possono essere semplificati negli esperimenti di laboratorio o nei modelli computerizzati."
Nel 1977, la NASA lanciò la Voyager 1 nello spazio e oltre il sistema solare nello spazio interstellare. Ad agosto 2022, il satellite ha viaggiato per 14,6 miliardi di miglia (23,5 miliardi di chilometri) nello spazio. Allora perché, tra vent'anni, gli ingegneri sono riusciti a scavare solo poche miglia nella Terra?
Si scopre che scavare un buco profondo al centro della Terra è un po’ più complicato di quanto i ricercatori si aspettassero. Quando, negli anni ’70, iniziarono le perforazioni nel sito del Kola Superdeep Borehole, la trivella arò la roccia granitica senza alcuno sforzo. Ma quando le perforatrici hanno raggiunto una profondità di circa 4,3 miglia (6,9 chilometri), gli strati sono diventati più densi e più difficile da perforare.
Di conseguenza, le punte del trapano si sono rotte e la squadra ha dovuto cambiare più volte la direzione della perforazione. "Di conseguenza, sono stati perforati diversi percorsi di perforazione fino a quando non è stato finalmente raggiunto un [percorso] piuttosto verticale", afferma Harms. Il modello di foratura risultante ricorda una sorta di albero di Natale.
Gli ingegneri continuarono a lavorare, ma più il trapano andava in profondità, più la Terra diventava calda. Il gradiente di temperatura era conforme a quanto previsto dagli scienziati fino a circa 10.000 piedi (3.048 metri). Ma oltre quel punto, man mano che perforavano più in profondità, il calore si intensificava fino a raggiungere temperature di 356 gradi Fahrenheit (180 gradi Celsius) a circa 7,5 miglia (12 chilometri) di profondità.
Si trattava di una differenza drastica rispetto ai 212 gradi Fahrenheit (100 gradi Celsius) che si aspettavano.
Gli ingegneri scoprirono anche, mentre superavano i primi 14.800 piedi (4.511 metri), che la roccia aveva molta più porosità e permeabilità. Ciò, unito alle temperature estremamente elevate, ha fatto sì che la roccia si comportasse più come una plastica che come un solido, rendendo la perforazione praticamente impossibile.
Queste temperature erano oltre le capacità delle loro attrezzature di perforazione e, sebbene i sovietici insistessero fino al 1992, non andarono mai oltre la profondità raggiunta nel 1989. I perforatori non ebbero altra scelta che interrompere lo sforzo, non raggiungendo le loro 9,3 miglia ( 15 chilometri) obiettivo. Il sito di perforazione è stato ufficialmente chiuso e il foro sigillato nel 2005.
Altri tentativi sono stati fatti nel corso degli anni da altri paesi tra cui Germania, Austria e Svezia. Nessuno di questi buchi è più profondo del pozzo Superdeep di Kola, anche se alcuni erano più lunghi, avendo deviato dai loro percorsi verticali.
Gli scienziati hanno scoperto molto dal pozzo super profondo di Kola. Per cominciare, si sono resi conto che dovevano aggiornare la mappa della temperatura per l'interno della Terra poiché hanno riscontrato temperature molto più elevate del previsto.
Sono rimasti stupiti anche dal fatto che non vi fosse alcuna transizione dal granito al basalto, un confine che i geologi chiamano "discontinuità di Conrad", la cui esistenza veniva ipotizzata sulla base dei risultati delle indagini sismiche a riflessione.
Un'altra scoperta fu che l'acqua liquida era molto più profonda di quanto si pensasse potesse esistere. "Uno dei risultati inaspettati è stato sicuramente la comparsa di crepe aperte piene di acqua salina che documentano che la crosta non è densa ma che esistono percorsi che consentono ai fluidi di fluire", afferma Harms.
I ricercatori sospettavano che l'acqua potesse essere stata spremuta dai cristalli di roccia a causa della pressione incredibilmente alta all'interno della Terra.
Ancora più emozionante è stata la scoperta dell'attività biologica nelle rocce. A 7 chilometri di profondità, i ricercatori hanno trovato dozzine di fossili di organismi marini unicellulari risalenti a 2 miliardi di anni fa. La prova più evidente erano fossili microscopici racchiusi in composti organici sorprendentemente intatti nonostante le pressioni e le temperature estreme della roccia circostante.
Sì, alla fine. Ma, afferma Harms, "scavare a una profondità superiore a 12 chilometri (7,45 miglia) dipende da due fattori critici:la temperatura e la stabilità del pozzo, quest'ultima dipendente dallo stress, dalla deformazione e dalla composizione e dal peso del fluido di perforazione."
Ciò richiederà attrezzature tecnologicamente piuttosto avanzate, considerando che le temperature previste raggiungono i 500 gradi Fahrenheit (250 gradi Celsius).
Il vero problema nel cielo, o meglio nella Terra, sarebbe raggiungere il mantello terrestre, lo strato che inizia appena oltre la crosta terrestre, a circa 40 chilometri sotto i nostri piedi.
"Possiamo imparare molto sul mantello se riusciamo ad accedervi attraverso la perforazione", afferma Harms. "Gli scienziati della Terra vogliono accedere al vero mantello in situ per comprendere la natura di questo confine che è ancora dibattuto e di cui non abbiamo campioni freschi che contengano informazioni su come interagiscono la crosta e il mantello, su come i fluidi e le goccioline di magma fuoriescono dal mantello nella crosta e infine nella nostra idrosfera, e come alimentano la biosfera o come la materia ritorna nel mantello.
"I grandi cerchi di come si evolve il nostro pianeta rimangono enigmatici lungo questo confine e la discontinuità di Moho [il confine tra la crosta terrestre e il mantello] è quindi un obiettivo primario della ricerca scientifica."
Questo è interessanteNel 2021, gli scienziati giapponesi hanno perforato il più grande buco oceanico nella crosta terrestre, profondo 8.022 metri, nell'ambito dell'International Ocean Discovery Program (IODP).
