Глубокое бурение преподносит сюрпризы

Насколько можно верить теориям о составе и плотности пород на разных глубинах? Единственное место, где можно прямо проверить точность научных моделей – это несколько километров внешней коры. Хотя нефтяные компании бурят скважины на глубину 8 км, они имеют дело с остаточными бассейнами. Вулканический и метаморфный фундамент, толщиной в среднем 40 км, который составляет большую часть континентальной коры, редко изучен глубже, чем на 2-3 км.

Самая глубокая скважина, пробуренная в научных целях, расположена в России на Кольском полуострове возле Мурманска в северо-западной части Балтийского щита. Бурение основной скважины началось в 1970 году, в 1994 году была достигнута окончательная глубина 12.262 метра. Бурение этой и других сверхглубоких скважин преподносило один сюрприз за другим, а находки оказались крайне смущающими для ученых.[9] Вот комментарий одного из них: “Каждый раз, буря скважину, мы обнаруживаем то, чего не ожидаем. Это волнующе, но не смертельно”. Как отметил один научный репортер: “Кольский полуостров показал, как далеко от истины может отходить научная теория”.

На Кольском полуострове ученые ожидали найти метаморфную осадочную и вулканическую породу, толщиной 4,7 км, затем слой гранита толщиной 7 км (“прерывность Конрада”) с нижележащим слоем базальта. Однако гранит появился на глубине 6,8 км и растянулся на более чем на 12 км; никакого базальтового слоя не обнаружилось! Сейсмические исследования, в ходе которых звук, посланный в кору, отражался от породы, обнаружил прерывность Конрада под всеми континентами. А вот стандартная интерпретация – смена гранитных пород на базальтовые породы – оказалась неверной. Сейчас самым лучшим считается объяснение, что тепло и давление произвели метаморфные изменения.

64-метровое здание, сооруженное над скважиной на Кольском полуострове[10]

Ожидалось, что сверхглубокая скважина в городе Оберпфальц, Германия, пройдет через 3-5 км напластование (большой массив породы, сместившейся из первоначального положения в результате движений Земли) в шовную зону, сформировавшуюся в результате столкновений континентов. В 1994 году скважина достигла окончательной глубины 9,101 м, но никакого свидетельства, подтверждающего концепцию напластования, обнаружено не было. Ученые нашли ряд почти вертикальных складок, не показанных на профилях сейсмического отражения.

Обычно ожидается, что с глубиной плотность породы увеличивается из-за повышения давления. Результаты бурения на Кольском полуострове показали, что сначала плотности увеличиваются с глубиной, но на глубине 4,5 км бур сталкивается с внезапным уменьшением плотности, возможно, за счет увеличения пористости. Также результаты показали, что изменения сейсмической скорости не обязательно вызываются увеличением валентности породы. Министр Геологии СССР сообщил, что “с увеличением глубины не зарегистрировано никакого увеличения плотности пород. Не отмечено также ни увеличения скорости сейсмических волн, ни каких-либо других изменений в физических свойствах извлеченных пород. Таким образом, традиционную идею о том, что геологические данные, полученные с поверхности, могут напрямую соотноситься с геологическими материалами в глубокой коре, следует пересмотреть”.

Результаты сверхглубокого бурения показывают, что сейсмические исследования континентальной коры систематически интерпретируются неверно. Большая часть моделирования внутренних частей Земли зависит от интерпретации сейсмических данных. Если такие интерпретации оказываются неверными уже на глубине нескольких километров, как можно надеяться на интерпретации структуры планеты на глубинах сотен или тысяч километров под поверхностью?

Вопреки ожиданиям, в скважине Кольского полуострова признаки изменения и минерализации породы были обнаружены на глубине 7 км. Бур столкнулся с залежами медно-никелевой руды почти на 2 км ниже уровня, на котором медно-никелевая руда считается исчезнувшей. Кроме того, в скважине циркулировали водород, гелий, метан и другие газы наряду с сильно минерализированной водой. Наличие разломов, в которых обнаружена циркуляция жидкости при давлениях более 3.000 бар, тоже явилось полной неожиданностью. Буровики в Оберпфальце обнаружили горячие потоки в открытых разломах на глубине 3,4 км. Минерализированная вода была богата содой и оказалась вдвое более соленой, чем морская. Ее происхождение стало загадкой.

Еще одним сюрпризом Кольского полуострова оказалось то, что несколькими километрами глубже были обнаружены жизненные формы и ископаемые остатки. Микроскопические ископаемые остатки нашлись на глубине 6,7 км. В микроскопических ископаемых остатках идентифицировали 24 вида, представляющие собой оболочки или покрытия одноклеточных морских растений, известных как планктон. В отличие от обычных раковин из известняка или кремния, найденные оболочки состояли из углерода и азота и оставались неизмененными, несмотря на высокие давления и температуры, воздействиям которых они подвергались.

Обычно считается, что с глубиной температура повышается, достигая 1.000°С на глубине около 80 км, 4.800°С на границе кора-мантия и 6.900° в центре Земли. И действительно, шахты и нефтяное бурение указали на значительные повышения температуры с глубиной. Однако сверхглубокое бурение выявило, что повышение температуры с глубиной происходит намного быстрее, чем предсказывалось. На Кольском полуострове температура на глубине 10 км оказалась 180°С, а не ожидаемые 100°С. Измерения показали значительные вертикальные вариации в температурном градиенте и изменение быстроты повышения температуры. В общем, показатель повышения температуры возрастал с 11 до 24°/км вплоть до глубины около 7 км, а затем начинал падать. Геологи признают, что на определенной глубине показатель повышения температуры должен резко падать, в противном случае мантия плавилась бы на глубине около 100 км (даже при огромных давлениях, предположительно там существующих), в то время как сейсмическое свидетельство указывает на то, что там наблюдается твердое состояние.

Океаническая кора обычно делится на три основных слоя: слой 1 состоит из донных осадочных пород толщиной в среднем 0,5 км; слой 2 представляет собой базальт толщиной 1,0-2,5 км; и слой 3 – это габбро, толщиной около 5 км. Работы в скважине в восточной части Тихого Океана возобновлялись 4 раза на протяжении 12-ти лет, и сейчас она достигла глубины 2.000 м под дном океана. Сейсмическое свидетельство позволяло предположить, что граница между слоем 2 и 3 будет обнаружена на глубине приблизительно 1.700 м, но бурение прошло через эту глубину и не выявило никакого контакта между барьерами слоя 2 и ожидаемым слоем габбро в слое 3. То есть, неверной должна быть либо сейсмическая интерпретация, либо модель состава слоя 3.[11]

Как уже упоминалось, тектоника плит требует, чтобы кора под океанами была относительно молодой (не старше раннего Мезозоя), и все же в мировых океанах были обнаружены тысячи более старых пород. Уже доступное геологическое и геофизические свидетельство позволяет предположить, что глубоководное бурение в океанах раскроет более древние осадочные породы (включая остатки континентальных земных масс) под базальтовым слоем 2, который сейчас традиционно называется “фундаментом”.[12] Этот слой говорит о том, что когда-то произошел разлив лавы шириной в океан, и изучение океанических осадочных пород показывает, что этот процесс, начиная с Юрского периода, в больших секторах современных океанов сопровождался последовательным уменьшением толщины коры.

Дата добавления: 2015-08-05