Miért fúrnak olyan mélyre?
Az Ébredjetek! németországi tudósítójától
TUDTÁL arról, hogy otthonodtól csupán kilenc kilométerre perzselő, 300 °C-os hőmérséklet van? De ne ess kétségbe, a hőség jóval alattad, mintegy 9000 méteres mélységben található. Attól pedig, hogy a talpad megperzselődjön, egy védőpáncél óv, melyet földkéregnek nevezünk.
Ez a kéreg áll a Kontinentális Mélyfúrási Program tevékenységének középpontjában, amely a cseh határtól nem messze levő német falucskához, Windischeschenbachhoz közel kapott helyett. A program célja az volt, hogy egy tíz kilométernél mélyebb lyukat fúrjanak, hogy ezt a védőpajzsot vizsgálják. A fúrást azonban kilenc kilométernél be kellett fejezniük a hőfok miatt, ahogyan azt később majd meglátjuk. De miért tesznek ennyi erőfeszítést egy ilyen mély lyuk kifúrásáért?
A mélyfúrás nem újkeletű dolog. A kínaiak i. e. 600-ban állítólag ötszáz méternél is mélyebbre fúrtak le, sós víz után kutatva. Abból kifolyólag, hogy az ipari forradalom óta a nyugati világ nyersanyagok iránti igénye kielégíthetetlen, a fúrási technológia rohamosan fejlődött. Az utóbbi időben azonban a gazdasági érdeknél súlyosabb dolog ösztönzi a fúrást: az emberi élet forog kockán. Hogyhogy? És mit segíthet az, ha lefúrnak a földbe?
Miért olyan fontos a mélyfúrás?
Először is a föld ásványkészleteit olyan ütemben használják fel, hogy fennáll a készletek kimerülésének veszélye. Vajon megtalálhatók ugyanezek az ásványok a földben nagyobb mélységekben is, talán még a keletkezés folyamatában? A mélyfúrás választ adhat erre a kérdésre.
Másodszor, a világ népességének növekedésével a földrengések egyre nagyobb számú áldozatot követelnek. A világ lakosságának körülbelül a fele olyan területeken él, amelyeket földrengés veszélyeztet. Ez magában foglalja a föld legnagyobb városaiban lakók több mint egyharmadát. De mi az összefüggés a földrengések és a fúrás között? „A litoszféra [a Föld külső burka] tanulmányozásának hozzá kell segítenie minket, hogy a földrengés-előrejelzéseink pontosabbak legyenek” — írja a Das Loch (A lyuk) című füzet jelentése. Valóban, az embernek minden oka megvan arra, hogy igyekezzen kikutatni a föld titkait.
A mélyfúrás azonban nagyon költséges. A németországi tervezet például 528 millió márkába kerül. Vajon nincsenek más módok bolygónk titkainak felszínre hozására? Vannak is, meg nem is. A tudósok sok mindenre következtetnek a föld szerkezetét illetően a felszínen elhelyezkedő eszközök segítségével. De egyedül csak a szupermélységű fúrások által lehet ezeket a következtetéseket igazolni, és csak így lehet vizsgálni azokat a kőzeteket, amelyek a szélsőséges nyomás- és hőmérsékleti körülmények között ottmaradtak. A mélyfúrás úgymond a dolgok mélyére igyekszik hatolni.
Ennyit a fúrásról általában. Miért ne látogatnánk meg a windischeschenbachi fúrási területet? Talán ijesztőnek találod a tudományos szóhasználatot? Nincs okod az ijedtségre. Vezetőnk, egy geológus, megígérte, hogy mindent egyszerűen fog elmagyarázni.
Bámulatos fúrótorony
Bámulatba ejtő látvány a fúrás felett egy húszemeletes épületnek megfelelő magasságba emelkedő torony. A fúrótorony az egyik olyan külső jellegzetesség, amely miatt ez a vállalkozás még azok számára is különlegesen vonzó, akik nem szakemberek. És ez még nem minden!
Vegyük például az elhelyezkedést. Amikor a szupermélységű lyukról folytak a tervezések, a tudósok nem csak úgy akárhol választották meg a fúrás helyét. A Die Zeit című folyóirat ezt írta a vállalkozásról: „Ha azt szeretnénk kikutatni, hogyan történnek a földrengések, akkor azokra a területekre kell összpontosítanunk, ahol a [felszín alatti] lemezek egymásnak ütköznek, vagy elcsúsznak egymáson.” Windischeschenbach ilyen terület, mivel éppen két felszín alatti kontinentális lemeznek, vagyis a földkéreg lassan mozgó darabjának a határvonala felett helyezkedik el.
Úgy gondolják, hogy a két lemez a múltban olyan erővel ütközött egymásnak, hogy az alacsonyabban fekvő kéregrészből bizonyos darabok a felszín irányába tolódtak, és ezt a modern technológiával el lehet érni. Amikor a különböző kőzetrétegeken keresztülfúrnak, olyan képződményt kapnak eredményül, amelyet vezetőnk geológiai „nyársra tűzött rablóhúsnak” nevez. Milyen mély a lyuk?
Az információs épületen 1994. október 12-én felvillanó jelzés mutatta a „9101 méter” maximális mélységet. Mekkora ez a mélység? Ha rendelkezésünkre állna egy lift, hogy a fúrás talpára szállítson minket, a leereszkedés majdnem másfél óráig tartana. De ez örök emlékű utazás lenne. Miért? Azért, mert miközben lefelé haladnánk, minden ezer méter után 25-30 °C-os hőmérsékletemelkedést éreznénk. Ezért a jelenlegi mélységnél 300 °C-os forróság fogadna. Milyen jó, hogy látogatásunk keretében nem teszünk kirándulást a fúrás talpára! A hőmérséklet kérdése azonban ennek a vállalkozásnak egy másik érdekes oldalához vezet el minket.
A 9000 méteres mélység táján a lyuk eléri a kritikus 300 °C-os küszöbértéket. Miért kritikus? Mert ha a kőzetek ilyen magas hőmérsékletnek és nyomásnak vannak kitéve, akkor szilárd állapotból képlékennyé változnak. Ezt a változást soha nem tanulmányozták természetes körülmények között.
A fúrótornyot irányító rendszer is figyelemre méltó. Hogy ezt az eljárást kisebb arányokban szemléltessük, képzeld el, hogy egy körülbelül száz méter hosszú és egy vastagabb varrótű vastagságának megfelelő, két milliméter átmérőjű rudat tartasz a végénél. Gondolj most arra, hogy megpróbálod kormányozni a másik végen elhelyezkedő miniatűr fúrót. Pillanatok alatt elgörbülne a fúrt lyuk, vagy darabokra törnének az elemek, vagy mindez egyszerre történne.
Kifejlesztettek egy berendezést, amely függőlegesen tartja a fúrólyukat, azáltal hogy automatikusan korrigálja a fúró haladási irányát. Ez az irányítórendszer olyan sikeresnek bizonyult, hogy a fúrás talpa 6000 méteres mélység után is csupán nyolcméteres elhajlást mutatott a függőlegestől. Meglehetősen nagy teljesítmény kifúrni — vezetőnk szavaival élve — „a világon alighanem a legegyenesebb lyukat”.
Oda- és visszaút a fúrófej kicserélése céljából
A fúrót hajtó motor a „lyuk alján” helyezkedik el, nem a felszínen. Következésképpen fúrás közben a fúrórudazat nem forog teljes hosszúságában. Ennek ellenére ilyen mélységben a fúrás fáradságos folyamat. Minden egyes fúrófej ötven méternyi kőzeten küzdi keresztül magát, úgy hogy óránként egy-két métert tesz meg nehézkesen lefelé, míg kicserélik. Vezetőnk közelebb visz minket a fúrótoronyhoz, és figyelemmel kísérjük, ahogyan a fúrórudazatot a fúrófej kicserélése végett kiemelik a fúrólyukból.
Hatalmas robotkezek ragadják meg a rudazat negyvenméteres darabjait, és szétkapcsolják őket egymástól. A rudazatot kezelő rendszer a vállalkozás másik lebilincselő sajátossága. Ezt a rendszert nemrégen tervezték, hogy felgyorsítsák a rudazat kiemelésének és visszasüllyesztésének fáradságos folyamatát, amelyet a fúrási szakemberek oda- és visszaútnak hívnak. Itt nincs lehetőség az út megrövidítésére. Mosolygós arc néz ránk a sárga sisak alól, és a férfi elmagyarázza: „Az egészet ki kell húzni, hogy kicseréljük a fúrófejet!”
Mit tanulhatunk a kőzetmintákból?
Megnézzük a laboratóriumot, és meglepődve szemléljük a kőzetmintákkal megrakott rengeteg polcot. Hogyan nyerik a földből a kőzetmintákat? Ennek két különböző módja van.
Az egyik módszer, amikor magmintát vesznek, vagyis hengerformában veszik ki a kőzetet. Nem vesztegetik az időt, hogy a kőzet sajátságainak megfigyelése céljából laboratóriumi vizsgálatnak vessék alá. Miért sietnek ennyire? Mert a földkéregben a kőzet nagy nyomásnak van kitéve. A geofizikusok, miközben megfigyelik, hogyan „lazulnak fel” az egyes magminták a felszínre hozás utáni első néhány napon, sok mindenre következtetnek ezzel a nyomással kapcsolatban.
Az ennél elterjedtebb módszer az, amikor a fúrás megszokott menete közben nyernek kőzetmintákat. A fúrórudazatba folyadékot szivattyúznak, hogy hűtsék a fúrófejet és a folyadékkal törmelékeket mossanak ki. Nyomóerők a folyadékot és a törmelékeket a felszín felé kényszerítik, ahol egy szűrőn áthaladva elkülönítik őket. A folyadékot újra felhasználják, a törmeléket pedig analizálják. Mi minden derül ki az ilyen analizálásokból?
Anyagvizsgálatokkal meghatározzák a kőzet fajtáját, valamint elektromos és mágneses sajátságait. Adatokat gyűjtenek az érclelőhelyekre vonatkozóan. A kőzet sűrűsége jelzi, hogy milyen gyorsan halad keresztül egy rengés a földön.
A vizsgálatok azt is kimutatják, hogy állandó vízmozgás figyelhető meg mindkét irányban a felszín és a 4000 méteres mélység között, illetve még ez alatt is. „Ez teljesen új megvilágításba helyezi a veszélyes anyagok bányákban és tárnákban történő tárolásának problematikáját” — jegyzi meg a Naturwissenschaftliche Rundschau (Természettudományi Szemle) című tudományos folyóirat.
Körutunk azzal zárul, hogy szívélyes búcsút veszünk vezetőnktől. A vállalkozásról elmondott szerény jellemzéséből kiderül, hogy ő olyan szakember, akinek a rendkívüli most már csak rutinná vált. A tudósoknak Windischeschenbach talán egyszerű „földi” dolognak tűnik, számunkra azonban meglehetősen különleges volt ez a látogatás.
[Képek a 10. oldalon]
Fent: a furatból nyert magminták mérés alatt
Balra: a földkéreg modellje
[Forrásjelzés]
KTB-Neuber