Официальный сайт студ.городка НГТУ
Статьи и новости » [Наука] Геология - все глубже, и глубже, и глубже 

#1  18.09.07 12:50

[Наука] Геология - все глубже, и глубже, и глубже

Геология - все глубже, и глубже, и глубже
14.03.2007     http://www.popmech.ru/part/?articleid=1781&rubricid=15

В середине 1950-х, когда бурильщики научились делать скважины глубиной более 7 км, человечество приблизилось к осуществлению весьма амбициозной задачи – пройти сквозь земную кору и посмотреть, что скрывается под ней. Ближе всех к этой цели подошли наши соотечественники, пробурившие Кольскую сверхглубокую скважину.

Твердая оболочка Земли на удивление тонка относительно ее размеров – толщина коры варьируется в пределах 20-65 км на суше и 3-8 км под океаном, занимая менее 1% объема планеты. За ней находится обширный слой расплавленной породы – мантия, – на чью долю приходится основной объем Земли. Еще ниже находится плотное ядро, состоящее преимущественно из железа, а также никеля, свинца, урана и других металлов. Между корой и мантией выделяется пограничная зона, названная по имени открывшего ее югославского ученого поверхностью (границей) Мохоровича, или сокращенно — Мохо. В этой зоне скорость распространения сейсмических волн резко увеличивается. Существует ряд гипотез, призванных объяснить это явление, однако в целом оно остается неразгаданным.

Важнейшей целью самых серьезных проектов по глубокому бурению, запущенных во второй половине XX в., являлся именно этот таинственный слой. Достичь его исследователям так и не удалось, однако данные о строении земной коры, полученные в ходе бурения сверхглубоких скважин, оказались настолько неожиданными, что граница Мохоровича как бы отошла на второй план. Сперва понадобилось объяснить загадки, обнаруженные в более высоких слоях.

Первыми за глубинное бурение земной коры в научных целях принялись американцы. В 1960-х ими был запущен научный проект «Мохол» (Mohole), предусматривавший создание подводных скважин с помощью специальных буровых судов. В течение последующих тридцати лет в морях и океанах появилось более 800 скважин, многие из которых расположены на глубинах более 4 км. Самая длинная скважина смогла углубиться в морское дно всего на 800 м, и все же полученные данные имели колоссальное значение для геологии. В частности, они послужили весомым подтверждением т.н. тектонической теории, согласно которой в основе континентов лежат твердые литосферные плиты, медленно плавающие, погруженные в жидкую мантию.

Разумеется, СССР не мог отстать от заокеанского конкурента, поэтому в середине 1960-х и у нас были запущены многочисленные проекты по исследованию земной коры. Советские ученые пошли несколько иным путем, решив бурить скважины не в море, а на земле. Самым известным и успешным проектом подобного рода является Кольская сверхглубокая скважина – самая глубокая «дыра в земле» из всех, когда-либо сделанных человеком. Скважина расположена в северной оконечности Кольского полуострова. Это место было выбрано отнюдь не случайно – на протяжении сотен миллионов лет естественная эрозия разрушала поверхность Кольского кристаллического щита, сдирая с него верхние слои породы. В результате на поверхности оказались древние архейские слои, соответствующие глубинам в 5-10 км для среднестатистического разреза земной коры континентального типа. 15-километровая проектная глубина скважины позволяла ученым надеяться на достижение загадочной поверхности Мохоровича.

Бурение Кольской скважины началось в 1970 г, а закончилось оно более 20 лет спустя – в 1994 г. Сперва бурильщики работали вполне традиционными методами: в скважину опускалась колонна из легкосплавных труб, на конце которой укреплен цилиндрический металлический бур с алмазными зубьями. Колонну вращал двигатель, расположенный на поверхности. По мере увеличения глубины скважины к трубам добавлялись новые секции. Периодически всю колонну приходилось поднимать на поверхность, чтобы извлечь вырезанный керн породы и заменить затупившуюся коронку. К сожалению, эта отработанная технология становится неэффективной, когда глубина скважины превышает определенную отметку: трение труб о стенки скважины становится слишком большим, чтобы весь этот огромный вал можно было проворачивать. Чтобы преодолеть это затруднение, инженеры разработали схему, при которой вращалась только головка бурильной установки. На конце колонны укрепили турбины, через которые пропускался буровой раствор – специальная жидкость, выполняющая роль смазки и циркулирующая по трубам. Эти турбины и заставляли бур вращаться.

Образцы, извлеченные на поверхность в процессе бурения, произвели в геологии настоящий переворот. Существовавшие представления о строении земной коры оказались далеки от действительности. Первым сюрпризом стало отсутствие перехода от гранита к базальту, который ученые ожидали увидеть на глубине около 6 км. Сейсмологические исследования говорят о том, что в этом районе скорость распространения акустических волн резко меняется, что интерпретировалось как начало базальтового фундамента земной коры. Однако и после зоны перехода на поверхность продолжали подниматься граниты и гнейсы. С этого момента стало ясно, что господствующая модель двухслойной земной коры неверна. Сейчас наличие сейсмического перехода объясняется изменением свойств породы в условиях возросшего давления и температуры.

Еще более удивительным открытием был тот факт, что породы, расположенные на глубинах более 9 км, оказались чрезвычайно пористыми. До этого, считалось, что по мере увеличения глубины и давления, они, напротив, должны становиться все более плотными. Миниатюрные трещины заполнял водный раствор, чье происхождение долгое время оставалось абсолютно неясным. Позже была выдвинута теория, согласно которой обнаруженная вода образуется из атомов водорода и кислорода, которые «выдавливаются» из окружающей породы под действием колоссальных давлений. Совершенной неожиданностью стало также обнаружение на глубине в 6,7 км окаменелых образцов жизни, в которых идентифицировали 24 вида вымерших водорослей. Они были найдены в крайне нехарактерных углеродно-азотных отложениях вместо обычного известняка или кремнезема.

Ученых крайне удивила и скорость, с которой возрастала температура по мере углубления скважины. На отметке в 7 км она достигала 120°С, а на глубине в 12 км – уже 230°C, что было на треть выше планируемого значения: температурный градиент коры составил почти 20 градусов на 1 км, вместо ожидаемых 16-ти. Было также выяснено, что половина теплового потока имеет радиогенное происхождение. Высокая температура негативно сказывалось на работе коронки, поэтому буровой раствор стали охлаждать перед закачиванием в скважину. Эта мера оказалось достаточно эффективной, однако после прохождения отметки в 12 км и она уже не смогла обеспечить достаточный отвод тепла. К тому же сдавленная и нагретая порода приобретала некоторые свойства жидкости, в результате чего скважина начинала заплывать при очередном извлечении буровой колонны. Дальнейшее продвижение вперед оказалось невозможным без новых технологических решений и существенных денежных затрат, поэтому в 1994 г. бурение было приостановлено. К тому моменту скважина успела углубиться на 12262 м.

Offline

#2  18.09.07 13:56

Re: [Наука] Геология - все глубже, и глубже, и глубже

"В середине XX века астрофизик и нобелевский лауреат Фред Хойл понял, что у протосолнечного диска на определенном этапе развития должно было существовать мощное магнитное поле, а часть вещества пылевой туманности было ионизированным. Механизм временного возникновения магнитного поля в дозвездной туманности довольно остроумен, но разбирать его сейчас мы не станем, чтобы не отвлекаться от еще более остроумной гипотезы Ларина, которая базируется на теории Хойла.
   В общем, ионизированные частицы пересекать силовые линии магнитного поля не могут, они попадают в силовые линии поля как в силки. Но разные вещества имеют разную склонность к ионизации. Скажем, цезий легко теряет внешний электрон – ему достаточно света керосиновой лампы. А гелий практически не ионизируется. Элементы, которые легко ионизируются, остаются в силках магнитного поля протосолнечного диска, а нейтральные и трудно ионизируемые уносятся солнечным ветром на окраину.
   Благодаря спектральному анализу нам известен состав фотосферы Солнца. Нам известен состав внешней геосферы Земли, состав лунного грунта (спутники привезли). По коллекциям метеоритов известен состав пояса астероидов. Если теперь по оси ординат отложить относительную распространенность элементов, а по оси абсцисс потенциал ионизации, то мы увидим, что в Солнечной системе распределение элементов действительно зависит от потенциала ионизации. Гипотеза Хойла таким образом блестяще подтвердилась. А с ней и теория Ларина.
   Почему относительное содержание углерода на Земле в тысячи раз меньше, чем на Солнце? И почему углерода больше в поясе астероидов, чем на Земле? Потому что атомы углерода, будучи в основном нейтральными, проскочили «прутья» магнитного поля протосолнечного диска и улетели к окраинам будущей Солнечной системы. (На Солнце углерода много, потому что состав Солнца – это средний состав протосолнечного газопылевого сгущения).
   В поясе астероидов также много ртути, серы, золота, серебра, платины – у всех этих элементов высокий потенциал ионизации, их трудно ионизировать и, соответственно, удержать магнитным полем вблизи центрального светила…
   А вот цезия, урана, калия, рубидия, напротив, больше на Земле, чем в астероидах. Потому что у этих элементов низкий потенциал ионизации…
   Поэлементный состав Луны и Земли одинаков, потому что они находятся на одном расстоянии от Солнца…
   Зная состав протосолнечного диска (по составу сегодняшнего Солнца), зная потенциалы ионизации, Ларин взял и выписал на бумажке состав изначальной Земли. И его список вошел в противоречие с основной догмой геологии о железном ядре. Для планеты с железным ядром и силикатно-шлаковой оболочкой нужно, чтобы в составе прото-Земли было 30% кислорода и 40% железа. Однако магнитная сепарация ограничила среднюю концентрацию кислорода в Земле в пределах 1–2%, а железа – примерно 12 весовых процентов (кстати, именно такая концентрация железа действительно наблюдается в глубинных мантийных породах). Исходная же концентрация водорода составляла 60 атомных (а не весовых) процентов. Это много. Водород поэтому оказался везде – при формировании планеты все остальные элементы были в виде водородных соединений (гидридов).
   Отсюда вытекает, что силикатно-оксидная оболочка планеты под континентами имеет толщину 250–300 км, под океанами же несколько тоньше. Ниже, до самого ядра идет мантия, сложенная из бескислородных металлогидридов – кремния, магния и железа с добавками кальция, алюминия, натрия… Ну а ядро сохранило исходный состав протопланетного облака.
   Теория металлогидридной планеты была проверена в лабораторных условиях – Ларин изучал свойства разных гидридов в условиях разных давлений и температур. Выяснились любопытные вещи. Скажем, теория Ларина предсказывала, что во внешней зоне ядра водород присутствует в виде раствора. Так вот, различные методы геофизики показывают, что внешние оболочки ядра действительно находятся в жидком состоянии. Раньше предполагалось, что это следствие высоких температур, царящих внутри планеты. Но тогда не совсем ясно, почему само ядро не жидкое при таких температурах, а жидкими являются только внешние его слои. Ларинская теория отвечает на этот вопрос так: «Жидкое состояние внешней зоны ядра обусловлено присутствием в металлах водорода в растворенном виде. Это явление обнаружено экспериментально. Металлы, содержащие растворенный водород, при увеличении давления сначала становятся пластичными, как пластилин, а затем начинают течь, как будто они расплавлены. Причем происходит это при комнатной температуре».
   …Срединные океанские хребты активно «газят» водородом. Традиционная теория этого объяснить не может. Только ларинская.
   …Геофизики обнаружили три скачка в плотности мантии на глубинах в 400, 670 и 1050 км. Эти ступени можно объяснить опять-таки только ларинской теорией. Здесь, по Ларину, должен быть кремний. А гидридный кремний как раз имеет три скачка плотности при соответствующих данным глубинам давлениях (проверено в лаборатории).
   …Года три-четыре назад по СМИ проскочила сенсация – на Марсе обнаружено очень много серы, гораздо больше, чем на Земле. Откуда? Непонятно. А из ларинской теории это прямо и естественно вытекает.
   – Или вот взять, скажем, траппы, – рассказывал мне Ларин. – Это базальты, которые заливают обширные территории. У нас вся Восточная Сибирь залита траппами. Когда я рассматривал происхождение траппов в рамках своей теории, то пришел к выводу, что в траппах должны быть включения самородных металлов, таких, как алюминий, магний, железо… Традиционная геология этого предсказать и объяснить не может. Помню, едем мы куда-то с приятелем-геологом на машине, и я его спрашиваю: «Ты не знаешь, кто у нас траппами вплотную занимается, у меня получается, что там должны встречаться самородные металлы». Друг отвечает: не знаю, но сейчас подхватим по пути парня из Якутска, он, кажется, занимается траппами. Садится в машину парень и сразу после «здравствуй» говорит моему приятелю: «У нас какая-то непонятка – мы в траппах самородные металлы обнаружили. Не знаешь, отчего бы это? Нас за это все бьют, это против теории, а у нас факты. Хоть обратно зарывай!»
   …Опять-таки в полном соответствии с ларинской теорией в Исландии водород в некоторых местах из-под земли просто со свистом вырывается. Оставляя традиционную геологию в полнейшем недоумении по поводу этого необычного явления.

Водородная эра

   Вот теперь, читатель, настал наконец черед рассказать, что же замечательного для всех нас в этой ларинской идее. А замечательно то, что если полить воду на магний, в результате реакции получится оксид магния, много дармового тепла и… газообразный водород. А внутри Земли, по Ларину, полным-полно магния.
   У вас, наверное, уже возник вопрос – а глубоко ли залегают в Земле эти самые металлогидриды? К сожалению, глубоко – сотни километров. (Напомню, самая глубокая скважина, пробуренная человечеством, – 15 километров.) Но! В так называемых зонах рифтогенеза, где земная кора тоньше, кремний-магний-железистые слои подходят довольно близко к поверхности планеты – километров на 30–40. Уже лучше, но тоже слишком глубоко для добычи… Наконец, в этих зонах рифтогенеза есть места, в которых металлы отдельными языками дотягиваются почти до самой поверхности и залегают на глубинах всего 4–6 км. Туда можно пробуриться, сделав несколько скважин – по одной скважине подавать воду, из других качать водород. Можно даже не бурить, а сделать шурф – прорыть наклонный туннель. Самое главное, для этого не нужна техника завтрашнего дня, достаточно вчерашнего.
   Сразу скажу: таких удачных зон на Земле немного. И большая часть из них находится, к сожалению, в океане. Тем не менее, существует несколько считанных мест и на суше. Это и есть будущие Кувейты. Будущие мировые источники главного сырья завтрашнего дня – водорода. Чувствую звенящий вопрос читателя – где?! Где они? Кто эти счастливцы? И есть ли среди них Россия?
   Есть! В Байкальской области рифтогенеза, в Тункинской впадине на глубине 5–6 км электромагнитное зондирование выявило огромную зону с аномально высокой проводимостью. Опять-таки, традиционная геология сей феномен объяснить не может – только ларинская…
   Кстати, об Исландии, которую мы тут уже дважды упоминали. Быть ей все-таки водородным Кувейтом! Одна из зон близкого залегания ларинских слоев именно там. Еще одна зона в Израиле (на зависть арабам). И еще одна на западе Канады, и в США, штат Невада…
   Когда покойный академик Ю. Руденко ознакомился с теорией Ларина, он безмерно удивился, что она еще не является общепринятой. Потому как базируется на эмпирических космологических данных, истолковать которые иначе, чем это сделал Ларин, нельзя. В противном случае не дали бы коллеги-геологи Ларину защитить докторскую, накидали бы черных шаров: не любят в науке убийц священных коров. Но тут крыть было просто нечем.
   Любопытно, что Советская власть чуть не подошла к использованию водородной энергетики первой в мире. В октябре 1989 года академическое совещание в Геологическом институте, заслушав доклад Ларина, постановило: «Рекомендовать сверхглубокое бурение (до 10–12 км) в области современного рифтогенеза… Предложить в качестве объекта Тункинскую впадину, где бурение может иметь исключительно большое значение для энергетики и экологии, так как позволит оценить и проверить научно обоснованную возможность обнаружения принципиально нового и экологически чистого энергоресурса, могущего составить конкуренцию традиционным энергетическим источникам…» Однако бурно расцветшая перестройка, а затем крушение империи помешали этому начинанию. А жаль – в Сибирском отделении АН СССР даже успели сделать предварительную технико-экономическую оценку проекта. Получалось, что с 10 квадратных километров можно будет легко получать 100–200 миллионов тонн условного топлива в год. И гнать его трубопроводами за границу. В Европу, Азию… Этого ископаемого хватит человечеству на сотни тысяч, если не миллионы лет.
   А нефть побережем для лекарств, производства пластмассы и моторных масел.
   Сейчас, на момент написания этой книги, в мире надвигается экономический кризис. Есть мнение, что это обычный долгопериодический технологический спад, связанный с исчерпанием технологий (завершение так называемого цикла Кондратьева). Спад должен смениться многолетним подъемом. Только для этого подъема нужны новые технологические прорывы. Кто знает, быть может, водородная энергетика станет для мировой экономики тем, чем когда-то стала для нее нефть – новым технологическим прорывом."

Из книги А.Никонова "Апгрейд обезьяны. Большая история маленькой сингулярности"

Offline

#3  18.09.07 16:37

Re: [Наука] Геология - все глубже, и глубже, и глубже

Пекарь, замечательная ссылка на книгу - А.Никонова "Апгрейд обезьяны. Большая история маленькой сингулярности"
однозначно, к прочтению!

Offline

#4  18.09.07 16:44

Re: [Наука] Геология - все глубже, и глубже, и глубже

не совсем по теме, но:

http://hostel.nstu.ru/uploaded/gallery/3365_1190108565.jpg


Апгрейд обезьяны. Большая история маленькой сингулярности (2004г)
Аннотация
Происхождение Вселенной, образование Солнечной системы, формирование планет, зарождение жизни на Земле, эволюция живых организмов, появление человека, возникновение цивилизации… Важнейшие философские вопросы, великие научные открытия и технологические прорывы… Проблемы, кризисы и процессы в современном обществе, прошлое, настоящее и перспективы Человека и человечества… Такие темы обсуждаются в необычной, яркой, умной и ироничной книге, представляющей точку зрения Александра Никонова.
Скачать

Offline

#5  18.09.07 16:56

Re: [Наука] Геология - все глубже, и глубже, и глубже

у меня с фтп можно стянуть

Offline

#6  19.09.07 02:05

Re: [Наука] Геология - все глубже, и глубже, и глубже

А нет ни у кого подобной литературы?

Извиняюсь за офтоп.

Offline

#7  19.09.07 08:25

Re: [Наука] Геология - все глубже, и глубже, и глубже

Bream написал(а):

К тому же сдавленная и нагретая порода приобретала некоторые свойства жидкости, в результате чего скважина начинала заплывать

Значит в ней можно плавать..?! ))

Offline

#8  19.09.07 10:40

Re: [Наука] Геология - все глубже, и глубже, и глубже

Игорь, думаю можно, но не долго :)

Offline

#9  19.09.07 19:14

Re: [Наука] Геология - все глубже, и глубже, и глубже

Кстати я А.Никонов))-честно но не аффтар

 

#10  19.09.07 20:50

Re: [Наука] Геология - все глубже, и глубже, и глубже

-=[Andrew]=-, не писатель, а просто человек, делящийся опытом?

Offline

#11  20.09.07 21:43

Re: [Наука] Геология - все глубже, и глубже, и глубже

Bream,Хорошая книжка...я бы сказала разностороняя. Пишет о Боге, о любви, об инопланетянах, про мораль... Короче интересная ...почитайте.

Offline

#12  26.09.07 10:04

Re: [Наука] Геология - все глубже, и глубже, и глубже

Обнаружен новый слой в мантии Земли: подробности

http://hostel.nstu.ru/uploaded/gallery/349_1190775831.jpg



Впервые удалось показать, что огромное давление и температура в мантии Земли влияют на свойства вещества на субатомном уровне. Эти изменения означают существование нового слоя в земной мантии.

Мантия, расположенная под земной корой и выше ядра, находится на расстоянии от 30 до 2900 км от поверхности Земли. Поскольку мантия Земли недоступна непосредственному исследованию, большая часть информации о ней получена геохимическими и геофизическими методами. Данные о геологическом строении мантии очень ограничены, их получают в основном по мантийным расплавам, фрагментам мантийных пород, выносимых на поверхность вместе с этими расплавами, и по мантийным породам в составе земной коры.

Нижняя мантия, расположенная между 650 и 2800 км от поверхности Земли, занимает половину объема планеты, она составлена в основном из соединений, содержащих кислород, магний и кремний. Около 5% приходится на долю железа, которое содержится в виде ферропериклаза (оксиде железа-магния) и силикат-перовскита (силикат железа-марганца).

Сотрудник национальной лаборатории США им. Лоуренса в Ливерморе Цзюн-Фу Линь (Jung-Fu Lin) и его коллеги из других научных учреждений США совместно с европейскими коллегами из центра по изучению синхротронного излучения опубликовали в журнале Science результаты исследования ферропериклаза. Ранее теоретики предсказали, что в нижней мантии при давлении 135 ГПа и температуре около 4000 градусов Кельвина происходит спиновый переход - электроны в атомах железа переходят из состояния с высоким значением спина в низкоспиновое состояние. Давление и температура заставляют электроны объединяться в пары, что при нормальных условиях им несвойственно в этом минерале.

Нынешняя работа американских и французских ученых, проведенная в лаборатории, где были смоделированы условия нижней мантии Земли (соответствующие температура и давление), экспериментально подтвердила теоретический расчет. Более того, было показано, что этот спиновый переход не имеет характера фазового перехода, и одновременно существуют и низкоспиновые, и высокоспиновые состояния ферропериклаза.

Исследователи рассчитывают обнаружить аналогичный эффект и для силикат-перовскита, на долю которого приходится больший процент вещества мантии, чем на ферропериклаз. Это будет означать, что в мантии на глубине от 1000 до 2200 км есть переходная зона, где происходит смена спинового состояния минералов, а это должно влиять на интерпретацию геофизических данных. Кроме того, спиновое состояние минералов в мантии может влиять на вулканическую деятельность, возникновение землетрясений, дрейф континентов.


http://rnd.cnews.ru/natur_science/news/ … /25/267542

Offline

Статьи и новости » [Наука] Геология - все глубже, и глубже, и глубже 

ФутЕр:)

© Hostel Web Group, 2002-2025.   Сообщить об ошибке

Сгенерировано за 0.048 сек.
Выполнено 14 запросов.