03.05 在地上打洞的話,可以一直鑽多深?

wangshuiyiyu


總有一些人喜歡幹些瘋狂的事,比如說挖穿地球,地球的平均半徑為6371千米。赤道半徑為6378千米,兩級半經各為6357千米,那麼用最先進的儀器可以挖到多深。



1970年代開始,前蘇聯實行了龐大的深鑽工程位置在俄羅斯北部的科拉半島,鑽孔深達12262米,也是目前最深的鑽孔記錄,但再也鑽不下去。因為地核的溫度很高,核心溫度約6600度,這個溫度比太陽的表面溫度還要高。



別看這個井的深度有12262米之多.但與地球半徑比起來這次,相當於地球半徑的不到0.2%。如果把地球看做一個蘋果,連蘋果的表皮都沒有鑽透,



如果地球真的被鑽穿了,你希望會發生什麼?


炮兵小班


目前,前蘇聯鑽孔鑽的最深處也只有12千米262米!而我們知道地球的平均半徑有6378千米,而就是地球最外層的地殼其平均厚度也有33千米。因而人類在鑽探地球方面,還遠遠沒有達到理想的深度。這也嚴重製約了地震預測等問題的探索!

那麼為什麼人類不繼續往深部鑽探呢?這主要是由於隨著鑽探深度的增加,鑽探的難度及經濟成本隨鑽探深度呈非線性加速增加的!如上圖所示,在地球比較淺(如幾米至幾十米)的部分,鑽探難度及經濟成本(Y軸)隨深度增加變化還不大。但是如果深度繼續增加,鑽探難度就會極速增加,如上圖所示。比如你鑽探100米價格是1萬美元,而你鑽探1000米,其價格可能就是30萬美元,而鑽探10000米,其價格可能就是5000萬美元以上!

所以,目前人類只能鑽探到12千米262米,想繼續向地球更深處鑽探,技術問題和經濟問題目前都沒有得到解決!


地震博士


科學鑽探是研究地球科學的一個項目,全世界很多國家都參與到其中,鑽探可以幫助人類瞭解地球的地質構造與演化,漫長的地球氣候演變,或許還可尋找到新的能源形式。

現在最深的人類鑽井是科拉超深鑽孔,深度達到了12262米,在9000多米深的位置發現了含金量非常豐富的礦層,達到了80克每噸,而在地面上,只要含金量達到了4克每噸,就已經具備了商業開採價值。

另外,科拉鑽孔還鑽出了一些遠古時期微生物的化石。

而我國也創下了世界第三深科學鑽井的記錄,於今年6月2日,由吉林大學承擔研製的“地殼一號”鑽機實現了7018米深的科學鑽探。排在第二位的是德國的KTB超深鑽孔,深度為9101米。

我國的7018米深鑽井名為“松科二井”,通過採集出來的標本,中國的科學家已經可以還原白堊紀時期的地球氣候場景,這對於人類研究古氣候演變有著重要的意義,因為白堊紀時期,氣溫高、海平面高、二氧化碳含量高,是典型的溫室氣候。

這有助於科學家研究未來地球氣候的演變,因為現在的地球有可能再次演變為溫室氣候。同時,人類也正在朝著更深的鑽井去努力,未來將實現深度為15000米的鑽井。


科學船塢


人類最深的洞,是12262米,蘇聯製造。

科拉超深鑽孔,位於俄羅斯摩爾曼斯克州扎波利亞爾內市以西10公里。鑽孔地處科拉半島,接近俄羅斯與挪威邊境。

1970年,科拉超深鑽孔開鑽,當時還是蘇聯時期。從地表至7000米深的過程比較順利,隨後鑽頭進入到一個相對脆弱的岩層中,岩石出現了塌落現象,碎石正好卡住了鑽頭和鑽桿,鑽頭多次掉落。

1979年6月,鑽孔深度達到9584米,打破美國人保持的世界紀錄。

但是鑽井隊遇到兩大困難。首先是鑽桿重量太大,雖然採用輕鋁合金材料,10公里長的鑽桿加上鑽頭還是重達200噸。鑽桿本身很細,想象一下一根十公里長的筷子的模樣,可以說弱不禁風。鑽桿在與周圍岩石的摩擦下不堪重負,多次被擰斷。

第二個困難是溫度,鑽頭每往下挖100米,溫度大約會上升3℃,在-10公里處的溫度高達300℃,鑽頭和靠近鑽頭的鑽桿部分經受不住高溫,會變形或斷落。

隨後的十年裡,蘇聯不斷投入人力物力,最鼎盛的時候,科拉井上有300名工作人員。

鉅額的投入,換來持續的進步。1983年,鑽孔突破12066m米,超過馬裡亞納海溝的11034米。海溝是自然形成的,印證中國一個成語:人定勝天。

不過再往下就非常艱難了,可以說舉步維艱,到1989年,也不過鑽到12262米。

到這個深度,研究人員聽到鑽孔裡傳出奇怪的聲音,於是向投入耐熱的話筒與傳感器。話筒錄下地獄般的哀嚎聲,似乎有數不清的人正遭受巨大的痛苦。

一種說法是鑽頭遇到超自然現象,另一個說法則是鑽頭鑽到地獄的天花板,鑽孔飛出一隻青面獠牙、長有翅膀的怪物。

不管怎麼樣,科研工作停止了,隨後不久蘇聯解體,科拉超深鑽孔就成為歷史。


地圖帝


可以一路鑽到地核。

目前我們使用的鑽孔工具是鑽頭。鑽頭在室溫下是固體。越往下鑽,岩層就會變得越來越軟,鑽頭溫度也會不斷升高,甚至會開始熔化。這個時候就要把鑽頭從地下取出來,鑽頭周圍的軟泥也會被一同帶出地面。

那我們如何解決這個問題呢?

改用激光。

高強度的激光可以在眨眼間就直接穿透地球。這裡所說的激光強度必須大到不可思議的地步才能成功,而且建造這樣一個激光儀器不會違揹物理學原理。人類現在就已經掌握了這一技術,但由於成本高得驚人,所以才一直沒有付諸實踐。再者說,這麼做沒有任何用處。一旦關閉激光,洞就會立刻閉合,我們還是會對洞裡的情形一無所知。

鑽孔的目的,說到底還是為了從洞中取樣。但激光鑽孔技術卻無法做到這一點,可以說是一無是處。


Rockets


人類目前的極限是12262米,即12千米多一些,而地球的直徑是12756千米,人類想要挖穿地球是完全不可能的。蘇聯的科拉超深鑽探達到了12262米,前面的12000米花了13年時間,最後的262米花了10年的時間,繼續往下挖掘的難度、經費、時間、風險都是呈幾何倍數的增長。

越靠近地核溫度會越高,在地殼17千米的範圍內,每向下挖掘1千米溫度就會上升20攝氏度,所以理論上來說,是不可能讓鑽探工人下井挖掘的。工人只能在陸地上操作轉機,讓轉機連接鋼管和鑽頭來打洞,但之前就遇到過一個問題,越往下挖掘地質層就越堅硬,鑽頭可能才鑽了幾個小時就破裂了,那麼就需要將鑽頭從最深處升上來,而如果已經挖掘了1萬米的深度,這個升上來換新鑽頭再下降整個過程就需要18個小時,時間成本太高。並且鑽探連接的鋼管隨時都有可能斷裂留在鑽孔內,如果因為挖掘太深無法取出,那麼這口鑽井就會徹底廢棄,風險太大。在萬米深的鑽孔內是1000倍大氣壓和200多攝氏度的高溫,加上摩擦產生的高溫,鑽頭非常容易破損。而一個鑽頭的造價就超過10萬美金,太費錢了,所以蘇聯的科拉鑽孔才被迫停止的。最後就是蘇聯的整個鑽探過程都沒有得到經濟效益,純粹是為了在地質探索方面超越美國才採取的計劃。所以未來人類也不太可能在地球上打太深的洞了,蘇聯的科拉超深鑽孔的12262米記錄應該能保持非常久。


科學薛定諤的貓


在地上打洞,也是分種類的。其中一類叫做科學鑽探。

目前從地球表面打下去的最深的洞是前蘇聯在科拉半島的超深鑽,這是個科學鑽探項目,最終打了一個12262米深的洞。

目前深度排名第二的科學鑽探項目是德國的KTB超深鑽,深9101米。

上週(6月2日),我國科學家在東北用“地殼一號”萬米鑽機鑽出了一個世界第三、亞洲第一的松科二井,深度是7018米。

↓“地殼一號”萬米鑽機,圖/新華網↓

科學鑽探是幹啥用的呢?

一是直接探測地球內部是什麼樣子的。因為地球是不透明的,所以我們要想知道地球內部的物理狀態,要麼通過地震波等間接手段計算,要麼通過科學鑽探去直接測量。

二是可以研究遠古時代的生物和氣候。新聞裡經常能看到建築工地挖出古代文物的報道,要想挖出比古代還古老的生物遺蹟,研究地球氣候的演化,就得使勁往下挖。

三是科學鑽探可以為將來的頁岩氣、地熱等能源的開發提供科學數據。

油井、礦坑等是商業用途的洞,商業要減少成本和增加利潤,因此一般商業用途的洞都不會太深。

不過,商業用途的礦坑雖然深度不算大,但可能看著比較壯觀。比如有些回答裡面給出下面這個圖,其實並不是科拉超深鑽,而是俄羅斯的米爾鑽石礦。

↓米爾鑽石礦坑,圖/raredelights.com↓

這個礦坑之所以顯得深,是因為它旁邊有小鎮有樓房,方便比較大小。其實,這個礦坑的實際深度才五百多米而已,在全球礦坑深度榜中都排不進前三。

↓米爾鑽石礦坑近景,是不是更震撼,圖/raredelights.com↓

↓相比之下,美國的賓漢姆峽谷銅礦坑雖然更深(970米)但是照片上看著卻不明顯,圖/wiki↓

最後,比科拉超深鑽更深的洞,顯然是可能的。據新華網報道,下一步我國科學家將繼續研發15000米國產超深鑽探裝備系列。

如果您有感想,請留言多指教。


喬小海


上天入地都一直是人類的夢想,上世紀美蘇全球爭霸期間,不光在太空中競爭,在地球超深鑽探方面也開展了競爭,一方面,人類出於對地心內部的好奇,更重要的是,對地下礦產資源的勘探和爭奪。

一般的礦井深度有限,例如下圖這個看起來很巨大的鑽石礦坑,深度也就幾百米,但超深鑽探都瞄準了萬米的標準。

題主提到的最深的鑽井是科拉超深鑽井,深度已經達到12262米。這是在上世紀美蘇兩國在地球探測領域方面競爭的結果。科拉深井是前蘇聯的“莫霍面計劃”的重要組成部分,一直處於保密狀態,直到80年代,蘇聯編著的《科拉超深鑽井》才對相關研究有所披露。

當科拉鑽井深度達到9500米時,科研人員已發現了含有鑽石和黃金的地層,該地層黃金的含量為80克每噸,遠超金礦的4克每噸的開採標準。蘇聯也備受鼓舞,先後打下多個超深鑽井。

《科拉超深鑽井》一書披露,通過科拉鑽井的技術沉澱,蘇聯已經積累和掌握了大量的最近鑽探技術和工藝,例如獨特設計的耐高溫鑽頭,採用鋁合金製備鑽桿,減輕自重導致的斷裂,以及鑽探過程的程序控制和孔底監測。集合這些技術應用,科研人員認為完全可以達到15000米的設計水平。

除了科拉超深鑽井,德國的KTB深鑽井達到了9101米,而我國有吉林大學主導研發的“地殼一號”萬米鑽機,今年完成的松科二井,深度為7108米。

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量子實驗室


答 | 獬執事

提到人類挖的最深的坑,大家一定會想到極具傳奇色彩的前蘇聯“科拉超深鑽孔”。是的,在冷戰時期,前蘇聯為了與美國進行科研競賽,在其領土的最東邊科拉半島進行了一個高科技項目:鑽洞。別小看“鑽洞”這兩個字,前蘇聯科學家的目的是搶在美國人之前探測到莫霍洛維奇不連續面(簡稱莫霍面)——也就是地幔與地殼的分界面。

那這個莫霍面有多深呢?其最淺處距地面大約6公里,最深處達70公里,平均深度約33公里。截止2018年,人類最高建築哈利法塔也才828米,也就是說,如果要鑽一個到達莫霍面的洞,至少要鑽出7座哈利法塔的高度,這可不是一件容易的事。

20世紀60年代,美國為研究地球深部,與40餘個國家聯合開展了“莫霍計劃(Mohole Project)”,最終在1966年因經費等原因而終止。前蘇聯以一國之力想超越國際,其難度可想而知。那前蘇聯的科學家們到底鑽到了多深呢?答案是12262米,也就是12.262公里,比世界海拔最低處馬裡亞納海溝的深度11034米還深了100多米。這個洞被命名為“科拉超深鑽孔(Kola Superdeep Borehole)”,在不長的一段日子裡一直代表著人類鑽洞的最高水平。

為什麼不鑽下去了呢?這裡有一個著名的傳說:打到12公里的時候,前蘇聯科學家們探測到一些古怪的聲響,那聲響如同無數的人一起發生的淒厲叫聲。想叫這個聲音的可以谷歌一下“科拉超深鑽孔錄音”,其實也並不覺得嚇人。

為什麼剛剛說是在“不長的一段日子”裡呢?打造“科拉超深鑽孔”的是科學精神,而科學精神常常沒有商業精神強大——為了獲取地下的礦藏,現在很多礦井、油井的深度就已經到達了幾公里,其中最深的依然是俄羅斯的Z-44 Chayvo,它比“科拉超深鑽孔”還深了近100米,達12.345公里。開發商願意花大價錢挖這麼深的油井,為的自然不是科研,而是石油。那這個富含石油的地方在哪裡呢?

答案是薩哈林島。如果你覺得陌生,那這個島還有別一個名字,庫頁島。


隱語


以人類現有技術,闢開侵入岩脈、火山、斷層,在抵抗超強地壓的情況下,可以到達莫霍洛威奇不連續面,再往下就是軟流層和上層地幔了。我們都知道:地熱由核元素衰變放熱,因此工程到此處還要面對軟流層的強輻射。僅此一點,人類目前技術就達不到。

前蘇聯有過超深工程,但在萬米後便找到類似地獄之門的東西,之後就不了了之,有興趣可以在網上找

文科生藝術解答,不喜勿噴


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