كيف تتم عملية الحفر في الأرض؟

لقد قام العلماء ببعض التنبؤات حول عملية الحفر عبر الأرض، على الرغم من أن البشر لم يتمكنوا من القيام بذلك حتى الآن. وتستند التوقعات إلى بيانات من مشاريع حفر أخرى. إن الحفر في حفرة الأرض التي يبلغ قطرها 12756 كيلومترًا يتطلب حفارات عملاقة وعقودًا من العمل.

قشرة الأرض، التي يبلغ سمكها حوالي 100 كيلومتر، هي الطبقة الأولى التي يتم الحفر من خلالها. مع زيادة عمق الحفر تحت الأرض، يزداد الضغط الجوي، ليصل إلى حوالي 1 ضغط جوي لكل 3 أمتار من الصخور.

بئر كولا العميق في روسيا، بعمق 12.2 كيلومتر، هو أعمق حفرة من صنع الإنسان حتى الآن واستغرق الوصول إلى هذا العمق ما يقرب من 20 عامًا. إن الضغط في قاع الحفرة أكبر بـ 4000 مرة من الضغط عند مستوى سطح البحر. وتبلغ المسافة من قاع الحفرة إلى الطبقة التالية من الأرض، وهي الوشاح، أكثر من 80 كيلومترًا، وهي طبقة كثيفة داكنة من الصخور يبلغ سمكها 2800 كيلومتر، وتحكم الصفائح التكتونية.

في الخمسينيات والستينيات من القرن العشرين، حاول العلماء الحفر في أعماق البحار للوصول إلى الحدود بين الوشاح وقشرة الأرض المعروفة باسم "موهو"، لكنهم فشلوا.

هناك مشكلة مهمة أخرى وهي أن الحفرة التي يتم إنشاؤها بواسطة الحفر عبر الأرض سوف تنهار ما لم يتم ضخ سائل الحفر بشكل مستمر للمساعدة في معادلة الضغط داخل الحفرة مع ضغط الصخور المحيطة. السائل المستخدم في حفر النفط والبحار العميقة هو عبارة عن خليط من الطين يتكون من معادن ثقيلة.

ويساعد سائل الحفر أيضًا في تنظيف رؤوس الحفر لمنع التصاق الرمل والحصى بالآلات، ويساعد في خفض درجات الحرارة، على الرغم من أن هذا مستحيل في الطبقات الداخلية من الأرض. على سبيل المثال، تصل درجة الحرارة في الطلاء إلى 1410 درجة مئوية، وبالتالي فإن مثقب الحفر المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ سوف يذوب، وبالتالي يجب أن يكون مصنوعًا من سبائك متخصصة باهظة الثمن، مثل التيتانيوم.

يبلغ عمق نواة الأرض حوالي 2900 كيلومتر، وتتكون النواة الخارجية بشكل أساسي من النيكل والحديد السائل، وهي شديدة الحرارة حيث تصل درجة حرارتها إلى 4000 - 5000 درجة مئوية. لذلك، فإن الحفر عبر هذا الخليط المنصهر سوف يسبب سلسلة من المشاكل مثل درجات الحرارة العالية جدًا التي قد تؤدي إلى ذوبان لقمة الحفر.

بعد الحفر لمسافة 5000 كيلومتر، سيصل مِثقاب الحفر إلى النواة الداخلية، حيث يكون الضغط قوياً جداً بحيث يصل إلى 350 مليون مرة الضغط الجوي، وسيتعين على مِثقاب الحفر أن يتحمل ضغطاً يبلغ حوالي 350 جيجا باسكال.

سيتم سحب مِثقب الحفر إلى داخل اللب بواسطة جاذبية الأرض طوال العملية بأكملها. في القلب، بما أن قوة جذب كتلة الأرض ستكون متساوية في جميع الاتجاهات، فإن قوة الجاذبية ستكون مماثلة لتلك الموجودة في المدار، مما يؤدي إلى حالة من انعدام الوزن.

إذا تمكنت الحفارة من الوصول إلى نقطة المنتصف عبر كل العوائق المذكورة أعلاه، فما زال هناك طريق طويل للوصول إلى الجانب الآخر. ستتغير الجاذبية بالنسبة لموضع المثقاب، مع استمراره في التحرك نحو الجانب الآخر من الكوكب، مما يؤدي إلى سحبه مرة أخرى نحو النواة. وعلى النقيض من الحركة نحو الأسفل، يجب على مِثقب الحفر أن يقاوم الجاذبية أثناء توجهه نحو السطح، نحو النواة الخارجية، والوشاح، والقشرة.