科拉半岛KolaPeninsula,一个在冬天便会被薄雾笼罩的神秘半岛,那里每年都有着两个月的极夜和两个月的极昼。

岛上都是经过多番海事和工业污染后洗礼剩下的顽强生灵,人们把这里称作“童话仙境”。

然而这里有一个“通往地狱的入口”。

在神奇的仙境之中,屹立着一个废弃的苏联科学研究所废墟。在倒塌的建筑物中间,是一个沉重而生锈的金属帽,嵌在混凝土地板上,由一圈厚实且同样生锈的金属螺栓固定着。

历史上最有野心的钻探

年,苏维埃科学家们开始了一项人类史上最伟大且最有野心的钻探试验。

科拉半岛上,一个打算一直向下钻至历史上最接近地幔的钻地计划开始了,这个计划获得了当时的吉尼斯世界纪录,今天仍未被打破。

地图上的科拉超深钻孔工作区遗址

科拉超深钻孔(科拉超深井)KolaSuperdeepBorehole,以真实垂直深度计算,到今天仍然是到达地球最深处的人造物。

12,米深的钻孔是如此之深,以至于当地人发誓,你可以听到在地狱中遭受折磨的灵魂的惨叫声。

科拉超深钻孔工作区遗址

苏联人花了将近20年的时间进行钻探,超过名工人日夜轮班工作。而在场工作的,除了有能力操作钻探工具的专家,还有能对成果进行分析的地质学家等。但是当该项目在该国后期的混乱中停下来时,钻头仍仅穿过地壳到达地幔的三分之一。

当工程正在进行时,世界各地对这项工程的反对声音非常大,有人会觉得这样做会钻到地狱,并释放出魔鬼。

当时的反对游行

最后的数据为:井深12米,上部直径92厘米,下部直径21.5厘米。

专门发明的钻头

为了加快钻探工作,工程师们发明了一种全新的钻头。过去,钻工会快速旋转整个钻杆,因此底部的钻头可以钻过基岩。在此项工程开始之前,工程师们计算得出,管道的重量将超过千克,他们永远无法产生足够的扭矩来旋转如此重的管道。

四锥凿子

因此,在年,工程师发明了旋转钻头:它通过将加压的泥浆送入管道中而进行旋转,并通过钻头处的涡轮将泥浆吹散,使钻头每分钟能旋转80转。

该系统现在已在油井上使用。

钻探工程的发展

年,他们钻到了11,米,这可是历史性的大事件啊!所以他们决定要庆祝一下。莫斯科宣布这项计划的重大进展,全世界的科学家和贵宾都被邀请到科拉半岛来见证这项成果。

能来到科拉半岛看到传说中的钻井,以及研究那些人们从未见过的岩石,科学家们都非常想要一睹真颜,并花时间去研究。于是为了让这些研究能顺利进行,钻探工作停了一整年——这结果成为了一个无法挽回致命伤。

建造新钻机()

当钻探工作于年重新开始后,一条对钻头的润滑和钻探工作起着必不可少作用的、米的钻头连接空心管扭断了,并嵌入了洞内。

图内标出的“10”处断裂

当时唯一能解决的方法是,从稍远一点的钻孔重新开始钻探,操作人员恢复工作,并开始钻一个与之平行的孔。

年,他们终于再次接近之前的深度,到达米,到最大深处,钻孔深度达到了12米。竟能连续2次达到这样的深度,更多研究可以通过这个孔来进行了。

这个神奇的钻孔到底有哪些发现?

这一个钻孔仿佛是一个时间隧道,带着我们从岩石读取地球的历史。

如果地球像洋葱,那么地壳就像行星的薄皮。它只有40千米厚。除此之外,还有约2,千米深的地幔,而在地球内地核之外,还包裹着外地核。

而地球的平均半径是大约6,,米。

实际上,科拉超深钻孔包括了从一个中心孔分散出几个分支孔。最深的孔的名字是“SG-3”。为了达到科学目的,并能持续不间断地观察地壳的轮廓,苏联人甚至开发了在井底进行直接物理测量的仪器。由于岩石样品被带到地面时会在其难以置信的内部压力下变形,因此该钻孔设备可实现更大的测量完整性。

当然,该项目产生了大量的地质数据,其中大多数阐明了我们对地球的了解很少。

钻井

当时我们对地球的研究通常仅限于地表观测和地震研究,但科拉超深钻孔可以直接观察地壳的结构,并将地质学家的理论进行检验。

“康拉德不连续面”并不存在?最令人惊讶的发现之一是——没有从花岗岩到玄武岩的过渡,科学家一直期望这种过渡存在于地表以下3-6千米之间。地质学家将其称为“康拉德不连续面”,对地震反射调查的研究结果显示,这种岩石类型的过渡是存在的。

“康拉德不连续面”:大陆地壳中地震波传播速度变化的不连续面。其位置在地下22公里左右.它将大陆地壳分为上下两层上层纵波速为5.9—6.3公里/秒,下层纵波速为6.5一7.6公里/秒。该面之上为花岗岩质层,其下为玄武岩质层。——百度百科

金刚石钻头

然而尽管在所有大洲下都检测出了“康拉德不连续面”,但在科拉进行的钻探从未遇到过不连续面研究里提到的玄武岩层。

取而代之的是,他们发现花岗岩岩石延伸超过了12,米。这使科学家们意识到,地震反射的结果是由于岩石的变质变化(即由于强烈的热和压力引起的),而并非像他们所预期的岩石类型变化。

控制室

20亿年前地球已存在生物?但是,科拉钻孔研究人员最有趣的发现无疑是对地下米超过20亿年历史的岩石中,检测生物的存在。

地球时间线

最明显的证据是,他们发现了包裹在有机化合物中的微型化石,这些20亿年前便存在的微生物,在地球之后经过如此多变化后,在地下仍能保存着曾存在过的证据,本来就是让人很惊讶的事情;加上周围岩石的压力和温度极高,而这些化石竟仍然完好无损,更是让人欣喜。

——地球到底是什么时候开始出现生命的?这一个问题也被这个钻孔的研究成果刷新了答案。

被挖出的岩芯

岩石中有水分?花岗岩本身竟然也充满了水,这也是出乎意料的。

因为没有地表水能渗透到如此深度的途径,研究所得:

这些水分是来自地壳深层矿物,被困在一层坚不可摧的岩石下面数十亿年。

岩石中有气体?孔内出现大量氢气,无人知道原因。那些看到泥浆从钻孔顶部溢出的人将其描述为“沸腾的氢气”。

而且也证明了地球身处存在气体,整个钻孔中都发现了氦、氢、氮、甚至二氧化碳(来自微生物)。

抽水设备

钻石和黄金?钻至米之后,有超乎想象的钻石:它们如此完美地保存在地壳之中,就像在地壳中生长一样。

那里可能还会有厚厚的黄金层。

月球的形成?地质学家们也热衷于研究月球岩石,其中一些地质学家曾在科拉工作过。他们发现,月球岩石成分与地表以下米处发现的岩石成分一模一样。

这样说来,月球到底是不是其实真的曾经是地球的一部分呢?

提取出来的岩芯

停止钻探

科拉超深钻孔在年停止了钻井,并且预测不可能再钻得更深了。

当年钻头遇到意外的高温,被迫停止。虽然温度梯度在深度约米时仍然符合预测,但此点之后的温度以更高的速率升高,直到孔底温度达到°C,与预期的°C相比有很大差异。

岩芯储藏室

同样出乎意料的是,在米之后,岩石密度降低了。超过此点后,岩石具有更大的孔隙率和渗透率,再加上高温,使岩石更像是塑料,而非坚硬的固态,从而几乎无法进行钻探。

钻孔室

苏联解体后,也没有资金来资助此类项目——年,所有科学工作停止了,井本身被封存。设备开始生锈,生产设备损坏,并对环境构成危害。

其中一个钻孔

附近城镇

俄罗斯摄影师谢尔盖·诺维科夫SergeyNovikov访问了距离钻孔最近的两个镇尼克Nikel和扎波利阿尼Zapolyarny。他发现它们被灰云笼罩着,总有一种莫名的抑郁和沮丧感。

科拉钻井工作处遗址

但是“这两个小镇有一种令人着迷的东西,一种奇怪的神秘光环,在那里的生活与其他地方截然不同。”

他于年首次访问扎波利阿尼。该镇的特色是围绕中央广场的灰色建筑物和日益减少的人口。诺维科夫遇到的大多数人每月在世界最大的镍生产商诺里尔斯克镍业公司Norilsk-Nickel拥有的镍压块厂工作,月薪美元(算上通货膨胀,约等于现在5,人民币)——这个地方感觉滞留在时空里了——

他说:“自年代以来,这里似乎没有任何改变。你现在在街上能看到的影子,当年也是一样的。”

在该矿以南约十公里的镍矿镇扎波利阿尼Zapolyarny中,可以找到许多岩心样本的资料库。由于其雄心勃勃的使命及其对地质和生物学的贡献,科拉超深钻孔仍然是苏联时代科学的最重要遗迹之一。

和其他科拉超深钻孔之前的钻孔的直观对比请看下图↓

图片记录

庆祝钻至10米庆祝钻至11米庆祝钻至12米三种岩石

.5米深度的岩石,粉砂岩和砂岩矿物角砾岩

.5米深度的玄武岩,角砾化微观基底

遗址内部遗址内部

结语

每次想到这种几十亿年前的事情就头皮发麻...

不过,我们平凡人不想管,也管不了的这些事儿,幸好有那些打破砂锅问到底的科学家们。

我们既是坐享其成,亦是站在了巨人的肩上。享受着一切由他们发现的科研成果而制作出来的新科技,以及这一切有趣的知识。

年,根据俄罗斯科学院科拉科学中心地质学院院长的评估,恢复该项目需要一亿卢布(10,,人民币)。

我们已经有这个最深的钻孔,如果能重新投入科研,以今天的科技技术,一定能研究出更多神奇的知识出来!



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