Научное бурение Земли — это способ для ученых исследовать земные отложения , кору и верхнюю мантию . Помимо образцов горных пород, технология бурения позволяет обнаружить образцы родственных жидкостей и подземной биосферы , в основном микробной жизни , сохранившейся в пробуренных образцах. Научное бурение осуществляется на суше в рамках Международной континентальной программы научного бурения (ICDP) и на море в рамках Интегрированной программы океанского бурения (IODP). Научное бурение на континентах включает бурение в твердую почву, а также бурение с небольших лодок на озерах. Отбор проб толстых ледников и ледяных щитов для получения ледяных кернов связан с этим, но здесь не будет описываться далее.
Подобно зондам, отправляемым в космическое пространство , научное бурение — это технология, используемая для получения образцов из мест, недоступных для людей. Люди спустились на глубину 2212 м (7257 футов) в Верёвкину пещеру , самую глубокую из известных пещер в мире, расположенную в горах Кавказа в Грузии . Золотодобытчики в Южной Африке регулярно погружаются на глубину более 3400 м, но ни один человек никогда не спускался на большую глубину, чем эта, под твердую поверхность Земли. По мере увеличения глубины Земли температура и давление растут. Температура в земной коре увеличивается примерно на 15 °C на километр, что делает невозможным существование людей на глубинах более нескольких километров, даже если бы каким-то образом можно было держать шахты открытыми, несмотря на огромное давление. [1] [ не удалось проверить ]
Научное бурение носит междисциплинарный и международный характер. Отдельные ученые, как правило, не могут осуществлять научные проекты по бурению в одиночку. Для успеха в планировании и реализации проекта бурения, анализе проб, интерпретации и публикации результатов в научных журналах часто требуется совместная работа ученых, инженеров и администраторов.
Научное бурение используется для решения широкого спектра проблем, которые невозможно решить с помощью горных пород, обнаженных на поверхности или морском дне. Комплексная программа океанского бурения имеет широкий набор исследовательских целей, которые можно разделить на три основные темы:
ICDP фокусируется на научном бурении для решения следующих вопросов истории, химии и физики Земли и биосферы:
Кольская сверхглубокая скважина на Кольском полуострове в России достигла глубины 12 262 метра (40 230 футов) и является самой глубокой скважиной на твердой поверхности Земли. Немецкая программа континентального глубокого бурения на глубине 9,1 км (5,7 миль) показала, что земная кора в основном пористая. В скважине DSDP / ODP / IODP 504B было проведено бурение на морское дно на глубину до 2,1 километра (1,3 мили) . [ нужна цитата ] Поскольку толщина континентальной коры в среднем составляет около 45 км, тогда как толщина океанической коры составляет 6–7 км, глубокие бурения проникли только в верхние 25–30% обеих корок.
Буровое судно JOIDES Резолюция , эксплуатирующееся последние 20 и более лет, осуществляет бурение без райзера. [2] При бурении без стояка в качестве основного бурового раствора используется морская вода, которая закачивается через бурильную трубу. Это очищает и охлаждает сверло, а также поднимает шлам из отверстия, складывая его в конус вокруг отверстия. [3] Новое японское буровое судно «Чикю » использует для бурения стояк. Система райзера включает в себя внешний кожух, окружающий бурильную трубу и обеспечивающий обратную циркуляцию бурового раствора для поддержания баланса давления внутри скважины. Противовыбросовый превентор (ПВП) защищает судно и окружающую среду от любого неожиданного выброса газа и нефти. Эта технология необходима для бурения Земли на несколько тысяч метров. [3]