Quá trình khoan xuyên thủng Trái đất sẽ có những gì?

607

Để xuyên qua lớp vỏ, lớp phủ và lõi Trái đất, cần có mũi khoan làm từ vật liệu chuyên dụng, chịu được mức nhiệt và áp suất khổng lồ.

Dù con người chưa từng khoan thủng được Trái đất, các nhà khoa học vẫn có thể đưa ra một số dự đoán về quá trình này dựa trên dữ liệu từ những dự án khoan khác. Đường kính Trái đất là 12.756km. Do đó, quá trình khoan xuyên qua hành tinh đòi hỏi máy khoan khổng lồ và hàng thập kỷ làm việc.

Mô phỏng các lớp của Trái đất. (Ảnh: Bảo tàng Victoria).

Lớp đầu tiên cần khoan xuyên qua là vỏ Trái đất, dày khoảng 100km, theo Cơ quan Khảo sát Địa chất Mỹ (USGS). Áp suất khí quyển sẽ tăng lên khi mũi khoan đi xuống sâu hơn dưới lòng đất. Cứ 3 mét đá tương đương với khoảng 1 áp suất khí quyển - áp suất ở mực nước biển, theo Doug Wilson, nhà nghiên cứu địa vật lý tại Đại học của California, Santa Barbara.

Hố nhân tạo sâu nhất hiện nay là Lỗ khoan siêu sâu Kola ở Nga với độ sâu 12,2 km. Dưới đáy hố, áp suất lớn gấp 4.000 lần so với áp suất ở mực nước biển. Các nhà khoa học phải mất gần 20 năm mới đạt được độ sâu này, và chừng đó vẫn còn cách lớp tiếp theo của Trái đất, lớp phủ, hơn 80km. Đây là lớp đá đặc và tối màu, dày 2.800 km, chi phối các mảng kiến tạo.

Ranh giới giữa lớp phủ và vỏ Trái đất được gọi là "Moho". Các nhà khoa học lần đầu tiên cố gắng khoan đáy biển sâu để chạm tới nơi này vào những năm 1950 và 1960 với Dự án Mohole nhưng thất bại.

Một vấn đề quan trọng là chiếc hố được tạo ra trong nhiệm vụ khoan xuyên hành tinh sẽ sụp đổ trừ khi liên tục bơm dung dịch khoan. Khi khoan giếng dầu và biển sâu, dung dịch này là hỗn hợp bùn gồm các khoáng chất nặng, ví dụ như bari. Wilson giải thích, trọng lượng của dung dịch giúp cân bằng áp suất bên trong hố với áp suất của đất đá xung quanh, ngăn chiếc hố sụp xuống.

Dung dịch khoan còn có hai công dụng khác: Làm sạch mũi khoan để ngăn cát sỏi bám vào máy móc và giúp giảm nhiệt độ, dù việc giữ mát cho mũi khoan ở các lớp trong cùng của Trái đất gần như bất khả thi. Ví dụ, nhiệt độ trong lớp phủ lên tới 1.410 độ C. Theo Wilson, thép không gỉ sẽ tan chảy, nên mũi khoan cần được làm bằng hợp kim chuyên dụng đắt tiền, ví dụ như titan.

Lỗ khoan bị chốt chặt ở Kola vào năm 2012. (Ảnh: Wikimedia)

Sau khi xuyên qua lớp phủ, mũi khoan cuối cùng sẽ chạm tới lõi Trái đất ở độ sâu khoảng 2.900km. Lõi ngoài cấu tạo chủ yếu từ niken và sắt lỏng, cực kỳ nóng với mức nhiệt 4.000 - 5.000 độ C, theo Viện Hàn lâm Khoa học California. Việc khoan xuyên qua hỗn hợp nóng chảy này sẽ đặc biệt khó khăn.

"Quá trình này sẽ gây ra hàng loạt vấn đề", Damon Teagle, giáo sư địa hóa học tại Đại học Southampton, cho biết. Lõi ngoài siêu nóng có thể làm tan chảy mũi khoan, trừ khi nước lạnh được bơm xuống. Sau đó, khi đã khoan 5.000km, mũi khoan sẽ chạm tới lõi bên trong, nơi áp suất mạnh đến mức bất chấp mức nhiệt thiêu đốt, lõi niken và sắt vẫn ở trạng thái rắn. Teagle cho biết, mũi khoan sẽ phải chịu áp suất khoảng 350 gigapascal, đồng nghĩa gấp 350 triệu lần áp suất khí quyển.

Trong toàn bộ quá trình, mũi khoan sẽ bị lực hấp dẫn của Trái đất kéo xuống lõi. Ở tâm lõi, lực hấp dẫn sẽ tương tự như ở trên quỹ đạo, dẫn đến trạng thái không trọng lượng. Nguyên nhân là lực kéo của khối lượng Trái đất sẽ bằng nhau theo mọi hướng, Wilson giải thích.

Theo Teagle, nếu vượt qua tất cả những trở ngại trên, vấn đề lớn nhất khi chạm đến điểm giữa là vẫn còn một chặng đường dài để sang phía bên kia. Khi mũi khoan tiếp tục hướng tới bên kia hành tinh, lực hấp dẫn sẽ thay đổi tương ứng với vị trí mũi khoan, kéo nó trở về lõi. Mũi khoan sẽ phải chống lại lực hấp dẫn khi hướng lên bề mặt, tới lõi ngoài, lớp phủ và lớp vỏ, ngược lại với lúc đi xuống.

Cập nhật: 19/12/2023 VnExpress