Jak przebiega proces wiercenia w Ziemi?

Naukowcy wysunęli pewne przewidywania dotyczące procesu wiercenia w Ziemi, chociaż jak dotąd ludziom nie udało się tego zrobić. Prognoza opiera się na danych pochodzących z innych projektów wiertniczych. Wywiercenie otworu o średnicy 12 756 km w Ziemi wymagałoby gigantycznych wierteł i dziesiątków lat pracy.

Pierwszą warstwą, przez którą przewiercono otwór, była skorupa ziemska o grubości około 100 km. W miarę jak wiertło zagłębia się głębiej pod ziemię, ciśnienie atmosferyczne wzrasta, wynosząc około 1 atmosfery na 3 metry skały.

Odwiert Kola Superdeep w Rosji o głębokości 12,2 km jest najgłębszym odwiertem wykonanym przez człowieka. Jego wydobycie zajęło prawie 20 lat. Ciśnienie na dnie dołu jest 4000 razy większe niż ciśnienie na poziomie morza. Od dna krateru do następnej warstwy Ziemi, płaszcza, czyli gęstej, ciemnej warstwy skalnej o grubości 2800 kilometrów, która reguluje ruch płyt tektonicznych, jest jeszcze ponad 80 kilometrów.

W latach 50. i 60. naukowcy próbowali wywiercić otwory w głębinach morskich, aby dotrzeć do granicy między płaszczem a skorupą ziemską, znanej jako „Moho”, ale ich starania zakończyły się niepowodzeniem.

Innym poważnym problemem jest to, że otwór powstały w wyniku wiercenia w ziemi zapadnie się, jeśli nie będzie stale pompowany płyn wiertniczy w celu wyrównania ciśnienia wewnątrz otworu z ciśnieniem otaczającej skały. Płyn stosowany przy wierceniu naftowym i głębinowym to mieszanka płuczki składająca się z ciężkich minerałów.

Płyn wiertniczy czyści również wiertła, zapobiegając przywieraniu piasku i żwiru do maszyn, a także pomaga obniżyć temperaturę, chociaż jest to niemożliwe w najgłębszych warstwach Ziemi. Przykładowo, temperatura w powłoce sięga 1410 stopni Celsjusza, więc wiertło wykonane ze stali nierdzewnej ulegnie stopieniu, dlatego musi być wykonane z drogich, specjalistycznych stopów, takich jak tytan.

Głębokość jądra Ziemi wynosi około 2900 km, jądro zewnętrzne składa się głównie z niklu i ciekłego żelaza, jest niezwykle gorące i ma temperaturę 4000 - 5000 stopni Celsjusza. W związku z tym wiercenie przez tę stopioną mieszankę może powodować szereg problemów, np. stopienie wiertła w bardzo wysokiej temperaturze.

Po wywierceniu otworów na głębokość 5000 km wiertło dotrze do jądra wewnętrznego, gdzie ciśnienie będzie tak duże, że będzie 350 milionów razy większe od ciśnienia atmosferycznego. Wiertło będzie musiało wytrzymać ciśnienie wynoszące około 350 gigapaskali.

Przez cały proces wiertło będzie wciągane w głąb rdzenia przez siłę grawitacji Ziemi. Ponieważ przyciąganie masy Ziemi byłoby takie samo we wszystkich kierunkach, siła grawitacji byłaby podobna do tej na orbicie, co skutkowałoby stanem nieważkości.

Jeśli wiertło zdoła dotrzeć do punktu środkowego przez wszystkie powyższe przeszkody, nadal będzie długa droga do przebycia na drugą stronę. Siła grawitacji będzie się zmieniać w zależności od położenia wiertła, w miarę jak będzie ono przesuwać się w kierunku drugiej strony planety, przyciągając je z powrotem w stronę jądra. W przeciwieństwie do ruchu w dół, wiertło musi stawiać czoła grawitacji, kierując się w stronę powierzchni, w stronę zewnętrznego jądra, płaszcza i skorupy.