Nas profundezas dos minérios quentes

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificação: 2023-12-16 16:14

O século 20 foi marcado pelo triunfo do homem nos ar e pela conquista das mais profundas depressões do Oceano Mundial. Apenas o sonho de penetrar no coração de nosso planeta e conhecer a vida até então oculta de suas entranhas permanece inatingível. "Viagem ao Centro da Terra" promete ser extremamente difícil e emocionante, repleta de muitas surpresas e descobertas incríveis. Os primeiros passos neste caminho já foram dados - várias dezenas de poços superprofundos foram perfurados no mundo. As informações obtidas com o auxílio de perfurações ultraprofundas revelaram-se tão avassaladoras que abalaram as idéias estabelecidas dos geólogos sobre a estrutura do nosso planeta e forneceram os mais ricos materiais para pesquisadores em diversos campos do conhecimento.

Toque no manto

Os trabalhadores chineses do século 13 cavaram poços de 1.200 metros de profundidade. Os europeus quebraram o recorde chinês em 1930 ao aprender como perfurar a terra com sondas de perfuração por 3 quilômetros. No final da década de 1950, os poços se estendiam por até 7 quilômetros. A era das perfurações ultraprofundas começou.

Como a maioria dos projetos globais, a ideia de perfurar a camada superior da Terra teve origem na década de 1960, no auge dos voos espaciais e da crença nas possibilidades ilimitadas da ciência e da tecnologia. Os americanos conceberam nada menos do que atravessar toda a crosta terrestre com um poço e obter amostras das rochas do manto superior. Os conceitos do manto então (como, de fato, agora) eram baseados apenas em dados indiretos - a velocidade de propagação das ondas sísmicas nas entranhas, a mudança em que foi interpretada como o limite de camadas de rochas de diferentes idades e composições. Os cientistas acreditavam que a crosta terrestre é como um sanduíche: rochas jovens no topo e antigas embaixo. No entanto, apenas uma perfuração superprofundada poderia dar uma imagem precisa da estrutura e composição da camada externa e do manto superior da Terra.

Projeto Mokhol

Em 1958, o programa de perfuração superprofundada Mohol apareceu nos Estados Unidos. Este é um dos projetos mais ousados e misteriosos da América do pós-guerra. Como muitos outros programas, o objetivo de Mohol era ultrapassar a URSS em rivalidade científica, estabelecendo um recorde mundial em perfurações ultraprofundas. O nome do projeto vem das palavras "Mohorovicic" - este é o nome do cientista croata que distinguiu a interface entre a crosta terrestre e o manto - a fronteira de Moho, e "buraco", que significa "bem" em inglês. Os idealizadores do programa decidiram perfurar o oceano, onde, segundo geofísicos, a crosta terrestre é muito mais fina do que nos continentes. Foi necessário baixar os canos vários quilômetros na água, atravessar 5 quilômetros do fundo do oceano e alcançar o manto superior.

Em abril de 1961, na ilha de Guadalupe, no Mar do Caribe, onde a coluna de água chega a 3,5 km, os geólogos perfuraram cinco poços, o mais profundo deles entrou no fundo a 183 metros. Segundo cálculos preliminares, neste local, sob as rochas sedimentares, esperavam encontrar a camada superior da crosta terrestre - o granito. Mas o núcleo levantado sob os sedimentos continha basaltos puros - uma espécie de antípoda dos granitos. O resultado da perfuração desanimou e ao mesmo tempo inspirou os cientistas, que começaram a preparar uma nova fase de perfuração. Mas quando o custo do projeto ultrapassou US $ 100 milhões, o Congresso dos Estados Unidos interrompeu o financiamento. Mohol não respondeu a nenhuma das perguntas feitas, mas mostrou o principal - perfurações superprofundas no oceano são possíveis.

O funeral é adiado

Perfurações ultraprofundas permitiram olhar para as profundezas e entender como as rochas se comportam em altas pressões e temperaturas. A ideia de que rochas com profundidade tornam-se mais densas e sua porosidade diminui, acabou se mostrando equivocada, assim como o ponto de vista sobre o subsolo seco. Isso foi descoberto pela primeira vez durante a perfuração do superprofundamento de Kola, outros poços em camadas cristalinas antigas confirmaram o fato de que, a muitos quilômetros de profundidade, as rochas são quebradas por rachaduras e penetradas por numerosos poros, e as soluções aquosas se movem livremente sob pressão de várias centenas atmosferas. Esta descoberta é uma das conquistas mais importantes da perfuração ultraprofunda. Obrigou-nos a voltar ao problema de enterrar resíduos radioativos, que deveriam ser colocados em poços profundos, que pareciam totalmente seguros. Considerando as informações sobre o estado do subsolo obtidas durante as perfurações superprofundas, os projetos de criação de tais repositórios agora parecem muito arriscados.

Em busca do inferno resfriado

Desde então, o mundo adoeceu com perfurações ultraprofundas. Nos Estados Unidos, estava sendo elaborado um novo programa de estudo do fundo do oceano (Deep Sea Drilling Project). O Glomar Challenger, construído especificamente para este projeto, passou vários anos nas águas de vários oceanos e mares, perfurando quase 800 poços em seu fundo, atingindo uma profundidade máxima de 760 m. Em meados da década de 1980, os resultados da perfuração offshore confirmaram a teoria de placas tectônicas. A geologia como ciência renasceu. Enquanto isso, a Rússia seguiu seu próprio caminho. O interesse pelo problema, despertado pelos sucessos dos Estados Unidos, resultou no programa "Exploração do interior da Terra e perfurações superprofundas", mas não no oceano, mas no continente. Apesar de sua história de séculos, a perfuração continental parecia ser um negócio completamente novo. Afinal, estávamos falando de profundidades anteriormente inatingíveis - mais de 7 quilômetros. Em 1962, Nikita Khrushchev aprovou este programa, embora fosse guiado por motivos políticos, em vez de científicos. Ele não queria ficar atrás dos Estados Unidos.

O laboratório recém-criado no Instituto de Tecnologia de Perfuração era chefiado pelo famoso petroleiro, Doutor em Ciências Técnicas, Nikolai Timofeev. Ele foi instruído a comprovar a possibilidade de perfuração superprofundada em rochas cristalinas - granitos e gnaisses. A pesquisa durou 4 anos, e em 1966 os especialistas deram um veredicto - você pode perfurar, e não necessariamente com os equipamentos de amanhã, o equipamento que já existe é suficiente. O principal problema é o calor em profundidade. Pelos cálculos, à medida que penetra nas rochas que constituem a crosta terrestre, a temperatura deve aumentar a cada 33 metros em 1 grau. Isso significa que a uma profundidade de 10 km deve-se esperar cerca de 300 ° С, e a 15 km - quase 500 ° С. As ferramentas e dispositivos de perfuração não suportam esse aquecimento. Era preciso procurar um local onde as entranhas não estivessem tão quentes …

Um lugar assim foi encontrado - um antigo escudo cristalino da Península de Kola. Um relatório preparado no Instituto de Física da Terra dizia: ao longo dos bilhões de anos de sua existência, o escudo Kola esfriou, a temperatura a uma profundidade de 15 km não ultrapassa 150 ° C. E os geofísicos prepararam uma seção aproximada da Península de Kola. Segundo eles, os primeiros 7 quilômetros são estratos de granito da parte superior da crosta terrestre, então começa a camada de basalto. Então, a ideia de uma estrutura de duas camadas da crosta terrestre foi geralmente aceita. Mas, como se descobriu mais tarde, tanto os físicos quanto os geofísicos estavam errados. O local de perfuração foi escolhido no extremo norte da Península de Kola, perto do Lago Vilgiskoddeoayvinjärvi. Em finlandês significa "Debaixo da Montanha do Lobo", embora não haja montanhas ou lobos naquele lugar. A perfuração do poço, cuja profundidade projetada era de 15 quilômetros, começou em maio de 1970.

Ferramenta para o submundo

A perfuração do poço Kola SG-3 não exigiu a criação de dispositivos fundamentalmente novos e máquinas gigantes. Começamos a trabalhar com o que já tínhamos: a unidade Uralmash 4E com capacidade de elevação de 200 toneladas e tubos de liga leve. O que realmente era necessário naquela época eram soluções tecnológicas fora do padrão. Na verdade, em rochas cristalinas duras a uma profundidade tão grande, ninguém perfurou, e o que aconteceria lá, eles imaginaram apenas em termos gerais. Perfuradores experientes, no entanto, perceberam que não importa o quão detalhado o projeto fosse, um poço real seria muito mais complexo. Cinco anos depois, quando a profundidade do poço SG-3 ultrapassava 7 quilômetros, foi instalada uma nova sonda Uralmash 15.000, uma das mais modernas da época. Potente, confiável, com mecanismo de disparo automático, podia suportar uma sequência de tubos de até 15 km de comprimento. A plataforma de perfuração se transformou em uma torre totalmente revestida de 68 m de altura, desafiando os fortes ventos que assolam o Ártico. Uma mini-planta, laboratórios científicos e um armazenamento central cresceram nas proximidades.

Ao perfurar em profundidades rasas, um motor que gira a coluna de tubos com uma broca na extremidade é instalado na superfície. A broca é um cilindro de ferro com dentes de liga dura ou de diamante - um pouco. Esta coroa morde as rochas e corta uma coluna fina delas - um núcleo. Para resfriar a ferramenta e remover pequenos detritos do poço, o fluido de perfuração é bombeado para dentro - argila líquida, que circula o tempo todo ao longo do poço, como sangue em vasos. Depois de algum tempo, os tubos são elevados à superfície, liberados do núcleo, a coroa é trocada e a coluna é novamente baixada para o fundo do poço. É assim que a perfuração convencional funciona.

E se o comprimento do cano for 10-12 quilômetros com um diâmetro de 215 milímetros? O cordão de tubos torna-se o fio mais fino que é baixado para dentro do poço. Como administrar isso? Como ver o que está acontecendo no rosto? Portanto, no poço Kola, na parte inferior da coluna de perfuração, foram instaladas turbinas em miniatura, iniciadas por lama de perfuração bombeada através de tubos sob pressão. As turbinas giravam uma broca de carboneto e cortavam o núcleo. Toda a tecnologia era bem desenvolvida, o operador no painel de controle via a rotação da broca, conhecia sua velocidade e podia controlar o processo.

A cada 8 a 10 metros, um cordão de tubos de vários quilômetros tinha que ser levantado. A descida e a subida duraram 18 horas no total.

A insidiosidade do número "7"

7 quilômetros - a marca para o Kola superdeep fatal. Atrás dele começou a incerteza, muitos acidentes e uma luta contínua com as pedras. O cano não podia ser mantido em pé. Quando percorremos 12 km pela primeira vez, o poço desviou-se da vertical em 21 °. Embora os perfuradores já tivessem aprendido a trabalhar com a incrível curvatura do poço, era impossível ir mais longe. O poço seria perfurado a partir da marca dos 7 km. Para obter um furo vertical em rochas duras, é necessário um fundo muito duro da coluna de perfuração, de modo que ela entre nas entranhas como óleo. Mas surge outro problema - o poço está se expandindo gradualmente, a broca balança nele, como em um vidro, as paredes do poço começam a ruir e podem pressionar a ferramenta. A solução para esse problema acabou sendo original - a tecnologia do pêndulo foi aplicada. A broca foi balançada artificialmente no poço e suprimiu fortes vibrações. Devido a isso, o tronco acabou ficando vertical.

O acidente mais comum em qualquer plataforma é a quebra de um tubo. Normalmente, eles tentam capturar os tubos novamente, mas se isso acontecer em grandes profundidades, o problema se torna irrecuperável. É inútil procurar uma ferramenta em um furo de 10 quilômetros, tal furo foi feito e aberto um novo, um pouco mais alto. A quebra e perda de tubos no SG-3 aconteceram muitas vezes. Como resultado, em sua parte inferior, o poço parece o sistema radicular de uma planta gigante. A ramificação do poço perturbou os perfuradores, mas acabou sendo uma felicidade para os geólogos, que inesperadamente obtiveram uma imagem tridimensional de um segmento impressionante de rochas arqueanas antigas que se formaram há mais de 2,5 bilhões de anos.

Em junho de 1990, o SG-3 atingiu a profundidade de 12.262 m. O poço começou a ser preparado para perfurar até 14 km e, em seguida, voltou a ocorrer um acidente - a uma cota de 8.550 m, o cordão se partiu. A continuação dos trabalhos exigiu uma longa preparação, renovação de equipamentos e novos custos. Em 1994, a perfuração do Kola Superdeep foi interrompida. Após 3 anos, ela entrou no Guinness Book of Records e ainda permanece insuperável. Agora, o poço é um laboratório para o estudo dos intestinos profundos.

Entranhas secretas

O SG-3 é uma instalação classificada desde o início. A zona de fronteira, os depósitos estratégicos no distrito e a prioridade científica são os culpados. O primeiro estrangeiro a visitar o local de perfuração foi um dos líderes da Academia de Ciências da Tchecoslováquia. Posteriormente, em 1975, foi publicado no Pravda um artigo sobre o Kola Superdeep assinado pelo Ministro da Geologia Alexander Sidorenko. Ainda não havia publicações científicas sobre o poço Kola, mas algumas informações vazaram para o exterior. Segundo rumores, o mundo começou a aprender mais - o poço mais profundo está sendo perfurado na URSS.

Um véu de sigilo provavelmente teria pairado sobre o poço até a própria "perestroika", se o Congresso Geológico Mundial não tivesse acontecido em 1984 em Moscou. Eles se prepararam cuidadosamente para um evento tão importante no mundo científico, um novo prédio foi até construído para o Ministério da Geologia - muitos participantes estavam esperando. Mas os colegas estrangeiros estavam principalmente interessados no superprofundamento do Kola! Os americanos não acreditavam em nada que o tínhamos. A profundidade do poço naquela época havia chegado a 12.066 metros. Não fazia mais sentido ocultar o objeto. Uma exposição das realizações da geologia russa aguardava os participantes do congresso em Moscou, um dos estandes foi dedicado ao poço SG-3. Especialistas em todo o mundo olharam perplexos para uma cabeça de broca convencional com dentes de carboneto desgastados. E com isso eles estão perfurando o poço mais profundo do mundo? Incrível! Uma grande delegação de geólogos e jornalistas foi ao assentamento Zapolyarny. Os visitantes viram a plataforma em ação e seções de tubos de 33 metros foram removidas e desconectadas. Em volta havia pilhas de exatamente as mesmas cabeças de perfuração que a que estava no estande em Moscou.

Um conhecido geólogo, o acadêmico Vladimir Belousov recebeu a delegação da Academia de Ciências. Durante uma entrevista coletiva, ele foi questionado pela audiência:

- Qual é a coisa mais importante que o Kola bem mostrou?

- Cavalheiros! Mais importante ainda, mostrou que não sabemos nada sobre a crosta continental, - o cientista respondeu honestamente.

Surpresa profunda

Claro, eles sabiam algo sobre a crosta terrestre dos continentes. O fato de os continentes serem compostos por rochas muito antigas, com idade de 1,5 a 3 bilhões de anos, não foi refutado nem mesmo pelo poço Kola. No entanto, a seção geológica compilada com base no núcleo do SG-3 acabou sendo exatamente o oposto do que os cientistas haviam imaginado antes. Os primeiros 7 quilômetros eram compostos por rochas vulcânicas e sedimentares: tufos, basaltos, brechas, arenitos, dolomitos. Mais profundamente ficava a chamada seção de Conrad, após a qual a velocidade das ondas sísmicas nas rochas aumentava drasticamente, o que foi interpretado como a fronteira entre granitos e basaltos. Esta seção foi ultrapassada há muito tempo, mas os basaltos da camada inferior da crosta terrestre nunca apareceram em lugar nenhum. Ao contrário, começaram granitos e gnaisses.

A seção do Kola refutou bem o modelo de duas camadas da crosta terrestre e mostrou que as seções sísmicas nas entranhas não são os limites de camadas de rochas de composição diferente. Em vez disso, eles indicam uma mudança nas propriedades da pedra com a profundidade. Em alta pressão e temperatura, as propriedades das rochas, aparentemente, podem mudar drasticamente, de modo que os granitos em suas características físicas tornam-se semelhantes aos basaltos, e vice-versa. Mas o “basalto” subido à superfície de uma profundidade de 12 quilômetros imediatamente se tornou granito, embora tenha sofrido um grave ataque de “doença de caixão” ao longo do caminho - o núcleo se desintegrou e se desintegrou em placas planas. Quanto mais longe o poço avançava, menos amostras de qualidade caíam nas mãos dos cientistas.

A profundidade continha muitas surpresas. Anteriormente, era natural pensar que com o aumento da distância da superfície terrestre, com o aumento da pressão, as rochas se tornavam mais monolíticas, com pequeno número de fissuras e poros. O SG-3 convenceu os cientistas do contrário. A partir de 9 quilômetros, os estratos revelaram-se muito porosos e literalmente repletos de fissuras ao longo das quais circulavam as soluções aquosas. Posteriormente, esse fato foi confirmado por outros poços superprofundos nos continentes. Acabou sendo muito mais quente em profundidade do que o esperado: até 80 °! Na marca de 7 km, a temperatura do fundo do poço era de 120 ° С, aos 12 km já havia atingido 230 ° С. Nas amostras do poço Kola, os cientistas descobriram a mineralização do ouro. Inclusões de metais preciosos foram encontradas em rochas antigas a uma profundidade de 9, 5-10, 5 km. No entanto, a concentração de ouro era muito baixa para reivindicar um depósito - uma média de 37,7 mg por tonelada de rocha, mas o suficiente para ser esperado em outros lugares semelhantes.

Na trilha russa

A demonstração do poço Kola em 1984 causou profunda impressão na comunidade mundial. Muitos países começaram a preparar projetos científicos de perfuração nos continentes. Esse programa também foi aprovado na Alemanha no final dos anos 1980. O poço ultraprofundado KTB Hauptborung foi perfurado de 1990 a 1994, conforme o plano, deveria atingir a profundidade de 12 km, mas devido às temperaturas imprevisivelmente elevadas, só foi possível chegar à marca de 9,1 km. Devido à abertura de dados sobre perfurações e trabalhos científicos, boa tecnologia e documentação, o poço ultraprofundado KTV continua sendo um dos mais famosos do mundo.

O local para a perfuração deste poço foi escolhido no sudeste da Baviera, sobre os vestígios de uma antiga cordilheira, cuja idade é estimada em 300 milhões de anos. Os geólogos acreditam que em algum lugar aqui há uma zona de união de duas placas, que já foram as costas do oceano. De acordo com os cientistas, com o tempo, a parte superior das montanhas se desgastou, expondo os restos da antiga crosta oceânica. Ainda mais fundo, a dez quilômetros da superfície, os geofísicos descobriram um grande corpo com uma condutividade elétrica anormalmente alta. Eles também esperavam esclarecer sua natureza com a ajuda de um poço. Mas o principal desafio era chegar a 10 km de profundidade para ganhar experiência em perfurações ultraprofundas. Depois de estudar os materiais do Kola SG-3, os sondadores alemães decidiram primeiro perfurar um poço de teste com 4 km de profundidade para ter uma ideia mais precisa das condições de trabalho no subsolo, testar a técnica e tirar um testemunho. No final do trabalho piloto, muito do equipamento científico e de perfuração teve que ser alterado, e algo teve que ser recriado.

O principal - superprofundado - poço KTV Hauptborung foi colocado a apenas duzentos metros do primeiro. Para a obra, foi erguida uma torre de 83 metros e criada uma sonda de perfuração com capacidade de levantamento de 800 toneladas, a mais potente da época. Muitas operações de perfuração foram automatizadas, principalmente o mecanismo para abaixar e recuperar a coluna de tubos. O sistema de perfuração vertical autoguiado permite fazer um furo quase vertical. Teoricamente, com esses equipamentos, era possível perfurar até 12 quilômetros de profundidade. Mas a realidade, como sempre, acabou sendo mais complicada e os planos dos cientistas não se concretizaram.

Os problemas no poço KTV começaram após uma profundidade de 7 km, repetindo muito do destino do Kola Superdeep. A princípio, acredita-se que devido à alta temperatura, o sistema de perfuração vertical quebrou e o furo foi obliquamente. No final da obra, o fundo desviou-se da vertical em 300 m. Começaram então acidentes mais complicados - quebra da coluna de perfuração. Assim como em Kola, novos poços tiveram que ser perfurados. Certas dificuldades foram causadas pelo estreitamento do poço - no topo seu diâmetro era de 71 cm, no fundo - 16,5 cm. Acidentes intermináveis e alta temperatura do fundo do poço –270 ° C forçaram os perfuradores a parar de trabalhar não muito longe da meta desejada.

Não se pode dizer que os resultados científicos do KTV Hauptborung impressionaram a imaginação dos cientistas. No fundo, os anfibolitos e gnaisses, antigas rochas metamórficas, foram depositados principalmente. A zona de convergência do oceano e os restos da crosta oceânica não foram encontrados em nenhum lugar. Talvez estejam em outro lugar, aqui está um pequeno maciço cristalino, erguido a uma altura de 10 km. Um depósito de grafite foi descoberto a um quilômetro da superfície.

Em 1996, o poço KTV, que custou ao orçamento alemão 338 milhões de dólares, foi patrocinado pelo Centro Científico de Geologia de Potsdam, foi transformado em laboratório de observação de subsolo profundo e destino turístico.

Os poços mais profundos do mundo

1. Aralsor SG-1, planície do Cáspio, 1962-1971, profundidade - 6,8 km. Pesquise petróleo e gás.

2. Biikzhal SG-2, planície do Cáspio, 1962-1971, profundidade - 6, 2 km. Pesquise petróleo e gás.

3. Kola SG-3, 1970-1994, profundidade - 12.262 m. Profundidade do projeto - 15 km.

4. Saatlinskaya, Azerbaijão, 1977-1990, profundidade - 8 324 m. Profundidade do projeto - 11 km.

5. Kolvinskaya, região de Arkhangelsk, 1961, profundidade - 7.057 m.

6. Muruntau SG-10, Uzbequistão, 1984, profundidade -

3 km. A profundidade do projeto é de 7 km. Procure ouro.

7. Timan-Pechora SG-5, Nordeste da Rússia, 1984-1993, profundidade - 6.904 m, profundidade projetada - 7 km.

8. Tyumen SG-6, Sibéria Ocidental, 1987-1996, profundidade - 7.502 m. Profundidade do projeto - 8 km. Pesquise petróleo e gás.

9. Novo-Elkhovskaya, Tatarstan, 1988, profundidade - 5.881 m.

10. Poço Vorotilovskaya, região do Volga, 1989-1992, profundidade - 5.374 m. Pesquisa por diamantes, estudo do astroblema Puchezh-Katunskaya.

11. Krivoy Rog SG-8, Ucrânia, 1984-1993, profundidade - 5 382 m. Profundidade do projeto - 12 km. Procure por quartzitos ferruginosos.

Ural SG-4, Médio Ural. Estabelecido em 1985. Profundidade do projeto - 15.000 m. Profundidade atual - 6.100 m. Pesquisa de minérios de cobre, estudo da estrutura dos Urais. En-Yakhtinskaya SG-7, Sibéria Ocidental. Profundidade de projeto - 7.500 m. Profundidade atual - 6.900 m. Pesquisa de petróleo e gás.