آیا با حفاری در عمق زیاد، می‌توان به طرف دیگر زمین رسید؟

به گزارش گروه علم و فناوری پایگاه خبری سوفیانیوز، به دلیل فشار‌ها و دما‌های شدید درون زمین، سفر به لایه‌های زمین و خارج شدن از سمت دیگر تنها در داستان‌های علمی ــ تخیلی امکان‌پذیر است. با این حال، دانشمندان بر اساس تجربیاتی که از طریق پروژه‌های حفاری به دست آورده‌اند، تقریبا می‌دانند که با حفاری زمین چه عجایبی در انتظارمان خواهد بود.

قطر زمین 12 هزار و 756 کیلومتر است؛ بنابراین دست‌کم به لحاظ نظری و روی کاغذ، برای حفاری تا اعماق زمین به یک مته بسیار عظیم نیاز داریم و این کار دهه‌ها طول خواهد کشید.

بر اساس اعلام سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده آمریکا، نخستین لایه‌ای که در حفاری با آن مواجه می‌شویم، پوسته زمین است که حدود 100 کیلومتر ضخامت دارد.

نکته اول اینکه فشار جوی با حرکت مته به اعماق زمین افزایش خواهد یافت. داگ ویلسون، پژوهشگر ژئوفیزیک در دانشگاه کالیفرنیا سانتا باربارا، به لایو‌ساینس می‌گوید هر سه متر سنگ معادل حدود یک فشار جوی یعنی فشار در سطح دریا است.

او می‌گوید زمانی که درباره اعماق چند کیلومتری صحبت می‌کنید، این افزایش فشار خیلی سریع اتفاق می‌افتد. عمیق‌ترین حفره ساخت بشر چاه ابرژرف کولا در روسیه است که 12.2 کیلومتر عمق دارد و فشار در عمق آن چهار هزار برابر فشار در سطح دریا است.

گزارش ورلد اطلس نشان می‌دهد که دستیابی به این عمق برای دانشمندان مستلزم صرف 20 سال زمان است که بر اساس داده‌های سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده آمریکا، همین عمق هنوز 80 کیلومتر با لایه بعدی یعنی گوشته فاصله دارد. گوشته زمین لایه‌ای از سنگ تیره و متراکم به ضخامت دو هزار و 800 کیلومتر است که تکتونیک صفحه‌ای را به حرکت در می‌آورد.

مرز بین گوشته و هسته «موهو» نام دارد که از اصطلاح «ناپیوستگی موهوروویچیچ» گرفته شده است. دانشمندان نخستین بار در دهه‌های 50 و 60 در قالب پروژه «موهول» تلاش کردند زمین را از طریق بستر دریا کاوش کنند، اما تلاش آن‌ها ناکام ماند.

حفره‌ای که در تلاش برای حفاری در زمین ایجاد می‌شود، فرو می‌ریزد، مگر اینکه به طور مداوم مایع حفاری را به داخل حفره پمپ کنیم. در حفاری در اعماق دریا و چاه نفت، این مایع ترکیبی از گل‌ولای و به عبارتی شامل مواد معدنی سنگین مانند باریوم است.

به گفته ویلسون، در واقع وزن سیال فشار داخل حفره را با فشار سنگ اطراف متعادل و از فروریختن حفره جلوگیری می‌کند. سیال حفاری در عین حال دو نقش دیگر نیز ایفا می‌کند: مته را تمیز می‌کند تا شن و ماسه به ماشین‌آلات نچسبد و به کاهش دما هم کمک می‌کند؛ اگرچه خنک نگه داشتن مته در درونی‌ترین لایه‌های زمین تقریبا غیرممکن خواهد بود.

دمای گوشته حدود یک هزار و 410 درجه سانتی‌گراد است که در این دما فولاد ضدزنگ هم ذوب می‌شود. از این رو مته‌ای که برای این کار از آن استفاده می‌شود، باید از یک آلیاژ خاص گران‌قیمت مانند تیتانیوم ساخته شود.

پس از عبور از گوشته، مته در نهایت در عمق حدود دو هزار و 896 کیلومتری به هسته زمین می‌رسد. طبق اعلام آکادمی علوم کالیفرنیا، هسته بیرونی زمین عمدتا از آهن و نیکل مایع ساخته شده و بسیار داغ است و دمای آن نیز به حدود چهار تا پنج هزار درجه سانتی‌گراد می‌رسد. از این رو حفاری در درون این ترکیب داغ و مذاب آهن و نیکل بسیار دشوار خواهد بود.

دیمون تیگل، استاد ژئوشیمی دانشگاه ساوت‌همپتون بریتانیا، به لایوساینس می‌گوید که این مسئله دشواری‌های زیادی به دنبال دارد. هسته خارجی داغ باعث می‌شود کار حفاری شبیه به حفاری در مایع باشد؛ مایعی که احتمالا مته را ذوب می‌کند، مگر در صورتی که آب سرد به پایین پمپ شود.

در ادامه، با رسیدن به عمق پنج هزار کیلومتری، مته ما به هسته داخلی خواهد رسید؛ جایی که فشار به حدی شدید است که هسته نیکل و آهن با وجود دمای سوزان جامد باقی می‌ماند. به گفته تیگل، این فشار به قدری زیاد است که تصور آن نیز دشوار است. چیز حدود 350 گیگا‌پاسکال یا به عبارتی 350 میلیون برابر فشار اتمسفر.

گرانش زمین هم در تمام این مدت مته را به سمت خود تا هسته پایین می‌کشد. در واقع گرانش در مرکز هسته مشابه قرار گرفتن در فضا خواهد بود. به عبارت دیگر، حالتی شبیه بی‌وزنی. به گفته ویلسون، دلیل این امر آن است که در این حالت، جاذبه جرم زمین در همه جهات برابر خواهد بود.

سپس با ادامه حرکت مته به سمت دیگر زمین، کشش گرانش نسبت به موقعیت مته تغییر می‌کند و عملا آن را دوباره به سمت هسته و به سمت پایین می‌کشد. از اینجا به بعد، مته در مسیرش به سمت سطح زمین باید در برابر گرانش مقاومت کند و از درون هسته بیرونی، گوشته و پوسته بگذرد. از این رو، رسیدن به مرکز هسته زمین تنها نیمی از ماجرا است. بزرگ‌ترین مشکل از جایی شروع می‌شود که به فرض بخواهیم حفاری را ادامه دهیم تا بتوانیم به طرف دیگر زمین برسیم.