Всі колись замислювалися, а що буде якщо прокопати тунель через центр Землі, то де я опиниться? Відповідь у «психлікарні» смішна, але не правильна. Можна прямо зараз розрахувати, куди саме ти потрапиш, це нескладно... Кожна точка на Землі має координати. Куля умовно поділена на Південну та Північну півкулю, за якими відраховуються широти та Західна зі Східною півкулею за якими відраховуються довготи. Так ось, щоб знайти точку на Планеті протилежній даній необхідно змінити знак у широти, а довготу відібрати від 180 і теж змінити знак.
Але поспішаю всіх засмутити…
... Більшість суші проектується через центр Землі на водну поверхню. Назад у сушу проектується дуже невелика частина Землі. Вона показана на карті чорним кольором.
Є деякі цікаві збіги. Наприклад, майже всі жителі Аргентини та Чилі викопають тунель до Китаю чи Монголії, а жителі Португалії до Нової Зеландії. У Росії також є невелика територія поряд із Байкалом, тунель їх якої приведе вас на Фолклендські острови.
Наступне логічне питання: а що буде, якщо в цей тунель почне заливатись вода зі Світового Океану?
Вона переллється і заллє все довкола? Ні, навіть якщо взяти для спрощення, що температура в центрі тунелю буде кімнатною, вода почне туди заливатись і падати з прискоренням. Якщо тунель досить широкий, то за принципом судин, що сполучаються, рівні води стануть однаковими тоді, коли буде однаковий тиск, у нашому випадку R1=R2. Оскільки майже вся суша лежить вище рівня світового океану, тунель заповнений водою буде майже як колодязь без дна. Але тунель швидше за все виявиться надто вузьким і вода не дійде навіть до середини. ЇЇ видавить величезним тиском.
А що буде, якщо стрибнути в тунель?
Для інтересу припустимо, що тунель твердий на всьому протязі (крізь розплавлене ядро прокладена неплавка труба) і що ти нечутливий ні до температури, ні до тиску. Інакше все скінчиться вже на глибині кілька десятків кілометрів:-)
Ти розганятимешся. Трохи згодом коріолісова сила притисне тебе до стінки, і будеш по ній ковзати як з гірки. Через тертя до зворотного боку планети ти так і не дістанешся. Щоб цього не відбувалося, тунель потрібно свердлити або від полюса до полюса, або криволінійно - вийде дуга, через що ти жодним чином не зможеш потрапити на протилежну точку планети.
Якщо тунель має правильну кривизну, тоді ти падатимеш у нього з нормальним (спочатку) прискоренням і відчуватимемо повноцінну невагомість. Тим часом, прискорення поступово слабшатиме, і пролітаючи в точці максимальної близькості до центру Землі, ти матимеш швидкість близько 7 км/сек. Якщо тунель проходить по осі планети і прямолінійний, тоді максимальна швидкість буде точно дорівнює першої комічної для тієї точки, звідки ти почав падіння. Після проходу цієї точки прискорення стає негативним і ти гальмуєшся все активніше (як і раніше відчуваючи повну невагомість. Нарешті, твоя швидкість звертається в нуль точно на виході з тунелю. Протягом однієї секунди ти можеш бачити Австраллійський ландшафт, і швиденько помахати ручкою, після чого починаєш падати назад, і так літаєш туди-назад нескінченно.
Якщо тунель пролягає по осі Землі і, отже, має форму дуги, тоді зворотного польоту знадобиться другий тунель — з вигином в інший бік. Природно, що цей другий тунель уже не приведе тебе до точки відправлення, так що для нескінченних польотів туди-назад тобі доведеться всю планету вирити тунелями, які, можливо, так і не зможуть замкнутися на свій початок. Це треба порахувати.
Ну, а якщо повітря все-таки в тунелі залишатиметься, тоді ти зможеш розігнатися максимум до 200 км/год, і звичайно, твоєї інерції не вистачить, щоб досягти зворотного боку планети. Похитаєшся кілька разів на великій глибині і зупинишся поблизу центру в невагомості. Фініта!
Науковий журнал American Journal of Physics (AJP) вважав за необхідне опублікувати статтю Олександра Клотца (Alexander Klotz) - випускника канадського університету Макгілла (McGill University in Montreal, Canada) - в якій той підрахував, за скільки хвилин можна пролетіти Землю наскрізь.
Йдеться, звичайно ж, про гіпотетичну подорож крізь тунель-колодязь, яка починається, наприклад, у Лондоні, проходить через центр планети і закінчується на іншому боці. Якби такий тунель-колодязь існував насправді, його вихід розташовувався б на острові Антиподів, що знаходяться неподалік Нової Зеландії. Це якраз навпроти Лондона у перпендикулярному напрямку.
Якщо вірити попереднім розрахункам, виконаним ще в минулому столітті, то людина, яка стрибнула в тунель-колодязь у Лондоні, вилетіла б з нього на острові Антиподів через 42 хвилини 12 секунд. А за Клотцем вийшло, що стрибун опиниться на виході через 38 хвилин 11 секунд.
Як пояснив випускник, колишні дослідники не врахували, що щільність Землі змінюється з глибиною — набирали певного усередненого значення. У надрах - особливо в районі металевого ядра - планета набагато щільніша. Гравітація там сильніша. Відповідно і прискорення, створюване з допомогою гравітаційних сил, вище.
Клотц вніс поправки, користуючись даними про щільність надр на різній глибині, отримані недавно за рахунок зондування сейсмічного. І визначив: до центру Землі стрибун підлетить швидше, ніж уважалося раніше. Пронесеться зі швидкістю 29 тисяч кілометрів на годину. Далі почне гальмувати, наближаючись до виходу. Але зрештою, все одно дістанеться до острова Антиподів швидше — майже на 4 хвилини.
Острів Антиподів - найбільший у групі островів Антиподів, розташованих поряд із Новою Зеландією. Саме там вилетить мандрівник, який стартував із Лондона.
Хто ще що додасть на цю гіпотетичну тему?
До речі, з приводу першої фотографії читайте ось тут , а от Оригінал статті знаходиться на сайті ІнфоГлаз.рфПосилання на статтю, з якою зроблена ця копія -
Весела частина теоретичної фізики (а на думку деяких, найкраща її частина) полягає в тому, що ви можете поставити дурне питання та розрахувати відповідь (іноді теж дурну). Наприклад, що буде, якщо ви пробурите отвір через центр Землі та стрибнете через нього? «Та хто взагалі може зробити таку дурість?» - Запитайте ви. Очевидно, що ніхто. Такий вчинок уб'є вас дуже витончено і розщепить мільйони разів. Але. Припустімо, що якийсь сміливець зважився на це заради науки? Що може статися теоретично?
По-перше, давайте констатуємо очевидне: ви не можете просвердлити отвір через центр Землі. Сказати, що нам не вистачить технічних можливостей, щоб здійснити цю знаменну дію, буде дуже великим перебільшенням. Але, звичайно, ми можемо свердлити дірки у Землі в принципі. Як глибоко ми зайшли?
На сьогоднішній день найглибшим отвором на планеті є Кольська надглибока свердловина. Її буріння почалося в 1970-х і закінчилося приблизно через 20 років, коли бурильники досягли глибини 12 262 метрів. Це приблизно 12 кілометрів. Але це навіть не волосина в порівнянні з діаметром Землі. Чому ми зупинились? У міру наближення до центру Землі все відчутно нагрівається. Це тому, що ядро Землі складається з рідкого металу та розігріте до 5400 градусів за Цельсієм. І вже на глибині 12 кілометрів бурильники зіткнулися з температурою 170 градусів за Цельсієм.
Думаю, вам відомо, що за такої температури ви довго не проживете.
Але якщо вам вдасться якимось чином поринути ще глибше, на глибині 48 кілометрів ви знайдете магму. У цей момент ви будете спопелені.
І навіть якщо припустити, що вам вдалося подолати цю незручну незручність, якщо ви розробили якусь трубу, яка дозволяє вам безпечно проходити через пекучу магму, вас уб'є саме повітря. Точніше, тиск повітря. Так само, як ви відчуваєте тиск, занурюючись глибоко у воду, ви відчуваєте тиск, коли над вами багато повітря (тому товста атмосфера Венери сплющить вас у корж). На нашій власній планеті вам потрібно поринути на глибину 50 кілометрів, перш ніж тиск у трубі стане таким самим високим, як на дні океану.
Тому, якщо ваша мета полягає не в самознищенні, не варто перебувати на таких глибинах.
Але навіть якщо вам удалося зробити трубу, яка дозволила вам проникнути через магму, вирішити питання з повітрям і скафандр полегшив вам долю, залишаються проблеми. Наприклад, обертання планети. На півдорозі до центру Землі ви рухатиметеся убік приблизно на 2400 кілометрів на годину швидше, ніж стінки вашої труби. Це не дуже добре для вашого здоров'я. Ви можете вдаритися об стінку труби, та й померти, виходить.
Добре, якщо це питання ми теж вирішили (і кілька інших, про які навіть не згадували), якщо змогли стрибнути через Землю, ваш імпульс дозволить вам рухатися і по інший бік ядра. Як довго це триватиме?
- Це відповідь на всі запитання, як нам відомо. 42 хвилини.
Але на цій веселощі не закінчується. Через потужну гравітацію Землі та вашого потужного імпульсу, як тільки ви опинитеся на іншій стороні, ви знову почнете падати на Землю. І зробите весь шлях спочатку. Ви вагатиметеся туди і назад по синусоїді, як таке собі йо-йо.
Завдання проекту Chikyu – пробурити земну кору наскрізь. Досі це нікому не вдавалося. Проект японських учених уже встигли порівняти із польотом на Місяць.
Поблизу Японських островів збираються здійснити експеримент, який уже встигли порівняти із польотом на Місяць. Експеримент, втім, передбачає подорож на скромніші відстані - трохи більше десятка кілометрів, причому всі живі учасники проекту залишатимуться на своїх місцях, а "брудною" роботою займеться техніка. Так чи інакше, група фахівців збирається заглибитися далі, ніж будь-хто інший, у земну кору: на дні океану просвердлять найглибшу свердловину. У свердловині однаково зацікавлені геологи, біологи та геофізики. На відміну від астронавтів, здатних попередньо подивитися на місце майбутньої висадки в телескоп, тут вчені змушені діяти здебільшого наосліп. У їхньому розпорядженні - дані про проходження крізь Землю сейсмічних хвиль та досить скромні результати попередніх спроб. А вони показують, що "підземні" прогнози, на відміну від "небесних", рідко виявляються вірними.
Найглибша (досі) свердловина була викопана на Кольському півострові радянськими дослідниками. Роботи розпочалися ще 1970 року. На той момент земну кору все ще уявляли як "просту" двошарову структуру - спочатку граніти, потім базальт. Нижче, згідно з розрахунками, розташовувалась межа рідкого та твердого - "поверхня Мохоровичича", або "Мохо". Ще нижче - мантія, тобто розплавлений шар, який припадає більшість маси планети. Просунувшись за 22 роки на 12 з невеликим кілометрів, копати перестали - не в останню чергу через те, що очікування не виправдовувалися. Бури так і не змогли дістатися мантії, а виміри температури показували, що досягти цього наявними засобами не вдасться зовсім. Обладнання неодноразово ламалося, через що у земній корі довелося зробити набагато більше дірок, ніж було заплановано.
Як це буде
Японські дослідники пішли іншим шляхом – підводним. Під материками межа мантії розташована глибше за 30 кілометрів, а на дні океану земна кора набагато тонша. Ці міркування лежали в основі першого проекту надглибокої свердловини, придуманого в 1957 році і відомого під назвою Mohole (Mohorovicic hole - "дірка Мохоровичіча"). Тоді вдалося зробити всього 5 невеликих отворів на дні біля узбережжя Мексики. Незважаючи на перспективний задум, надприродних висот (точніше, глибин) у його здійсненні не досяг ніхто: найдовша свердловина йде зараз всього на 2111 метрів нижче рівня дна. Її пробурив американський корабель JOIDES Resolution, переобладнаний із нафтовидобувного судна на сході Тихого океану. Донедавна він був єдиним інструментом для вирішення таких завдань. "Розстановку сил" змінив побудований в Японії Chikyu.
Корабель водотоннажністю 57 тисяч тонн і завдовжки 210 метрів на третину більший за свого попередника. На Chikyu є посадковий майданчик для вертольота, що вміщує 30 осіб, та власна "залізниця", щоб підвозити обладнання до 121-метрової вежі. Саме вона й здійснюватиме головну роботу – буритиме океанічне дно. Під час цього процесу корабель повинен залишатися "прив'язаним" до осі свердловини, тому йому наказується уточнювати своє положення за допомогою кількох GPS-супутників. З дном океану корабель з'єднуватимуть, крім свердлів, 4 кілометри товстих труб - система, якою не користувалися раніше. Передбачається, що з цим обладнанням на борту він встигне пройти семикілометровий отвір в океанічному дні приблизно за півроку-рік.
Весь цей час корабель із 150 членами екіпажу проведе за 60 кілометрів від узбережжя Японії, а допоміжні судна доставлятимуть туди матеріали, воду та їжу. Проте головні складнощі пов'язані не з цим. Чим ближче підходитиме свердло до поверхні Мохоровичича, тим більше будуть розігріватися прилади. Температури кілька сотень градусів Цельсія достатньо, щоб вивести з ладу електроніку. Крім того, на глибині тисячі метрів тиск досягає тисяч атмосфер. Тому труби вирішили заповнювати зсередини "штучним брудом": за рахунок циркуляції вона охолоджуватиме свердла та датчики, підтримуватиме "баланс сил", а заодно - вимиватиме уламки породи.
Навіщо це потрібно
З погляду геологів, головна мета експерименту – добути речовину мантії та доставити її на поверхню. Крім вулканів, які (у вигляді лави) виводять його з надр, жодних інших пристроїв для його видобутку досі не було. (Важливо відзначити, що магма, тобто майбутня вулканічна лава, взагалі кажучи, не збігається за складом з речовиною мантії - вона може складатися з мінералів кори, розплавлених під дією високих температур.) Деякі небезпідставно зіставили це з "місячним проектом Apollo" - хоча правильніше було б згадати доставку на землю перших місячних мінералів радянським апаратом "Луна-16".
Зрозуміло, вчених цікавить і багато з того, що може зустрітися на шляху до мантії. Зокрема, вони не виключають, що натраплять на родовище нафти або газу, хоча про це йдеться скоріше як про небезпечну для процедури буріння перспективу. Втім, коментатори сходяться на думці, що у ресурсозалежній Японії нафту навряд чи сприймуть як неприємний сюрприз. Проте дослідження має й інші практичні мети. "Вузьке місце" земної кори за 600 кілометрів від Токіо, куди направлять корабель, лежить на межі двох тектонічних плит - Філіппінської та Євроазіатської. Це означає, що саме там виникають землетруси - а за підрахунками сейсмологів, на околицях Японії трапляється кожен п'ятий із сильних землетрусів. Сучасні теорії пояснюють більшу частину катаклізмів механічними напругами, що накопичилися на краях плит, "зняття" яких змушує плити зрушуватися. Однак виміряти напруги віддалено практично неможливо, і тепер за ними хочуть подивитися поблизу.
Ще одна обставина зближує підземну місію з космічними: біологи мають намір знайти під океанічним дном життя. Насамперед було прийнято думати, що мікроорганізми населяють тонкий шар підводного ґрунту, однак у колишніх свердловинах вдавалося виявити бактерій на глибині більше кілометра. Усіх їх, зважаючи на екзотичні умови проживання - надмірну температуру і тиск, відносять до екстремофілів. Відомо, що білки, виділені з перших таких організмів, виявилося можливо "прищепити" рослинам, щоб зробити їх стійкішим. Вчених, втім, цікавлять не лише додатки. Глибина, на якій виявлять останню живу істоту, автоматично вважатиметься нижньою межею біосфери - а зі зсувом кордону мають змінитися і оцінки кількості біоматерії на планеті.
Як і спроби освоїти космос, надглибокі дослідження не залишають байдужими і людей, традиційно далеких від науки. Ряд релігійних сайтів називає це наміром "розкопати пекло". Так, з посиланням на радянського вченого Аццакова (ймовірно, при перекладі на англійську прізвище спотворили), який "взяв участь у створенні свердловини в Сибіру" (мається на увазі Кольська свердловина), вони повідомляють про "крики та стогнання", зафіксовані мікрофонами на глибині.
"Розкопки пекла" японський корабель розпочне у вересні 2007 року. На початку грудня він зібрав перші спроби та продемонстрував, що працездатний. Чи буде "повнорозмірний" експеримент вдалим і скільки він протриває - сказати з упевненістю не можна. Однак такий спосіб "докопатися до суті" свою спроможність уже довів.
Як повідомила Lenta.Ru, успішно завершився перший етап наймасштабнішого проекту глибокого буріння земної кори, повідомило Японське агентство морських та наземних досліджень та технологій (JAMSTEC) у своєму прес-релізі.
Завдання експерименту Chikyu – пробурити земну кору наскрізь (досі це нікому не вдавалося), пробуривши шести-семикілометрову свердловину.
Японські вчені вирішили бурити морське дно: незважаючи на додаткові складності підводного буріння, це загалом полегшує завдання: земна кора на дні океану набагато тонша. Основним інструментом проекту є судно Chikyu, яке з'єднується з дном системою бурильних інструментів та труб. Проект має відразу кілька цілей: видобути речовину мантії і доставити її на поверхню, розвідати поклади корисних копалин, виміряти напругу на межі тектонічних плит біля Японії, що часто призводить до землетрусів, уточнити нижню межу біосфери.
З 21 вересня до 15 листопада велося буріння дна Нанкайської западини (на глибинах від двох до чотирьох кілометрів). Усього було пробурено 12 свердловин на шістьох ділянках. Роботи ускладнювало сильний перебіг Куросіо (швидкість до чотирьох вузлів) та особливості регіону буріння: сильна деформація структур на стиках плит. Нижня частина однієї з бурильних установок несподівано відламалася, внаслідок чого було втрачено бурову коронку та вимірювальну апаратуру.
Вчені застосовували метод каротажу під час буріння, проводячи потрібні вимірювання безпосередньо під час просування долота у свердловині, тому вже отримано цінні геологічні дані. Незважаючи на складнощі, перший етап проекту завершився успішно. 16 листопада негайно розпочався другий.
Розглянемо падіння з погляду фізики. Нехтуємо опором повітря (і його існуванням) та тертям про стінки тунелю. Вважатимемо щільність Землі однорідною, хоча насправді це, звичайно, не так)
Ми з'ясували, що ваше падіння буде подібним до руху в гармонійному маятнику і вирахували час, за який ви пролетите Землю. Зрозуміло, потім вам доведеться це робити знову і знову. Хоча через опір повітря і стін і неоднорідності Землі коли-небудь ваше падіння припиниться, і ви застрягнете біля центру Землі.
Тепер про те, що ви побачите та відчуєте. Припустимо, що під час цієї невеликої подорожі ви не помрете від температури, тиску або перевантажень і зможете стежити за зміною навколишнього середовища. Картинка сильно залежить від точки, де ви почали падати. Ймовірно, ви перебували на континенті. У такому разі спочатку ви пролітаєте приблизно 30 км земної кори. Тут слід зазначити, що, в принципі, всі наші знання про будову Землі та її глибинні умови є гіпотетичними і заснованими на геофізичних даних, на кшталт зміни швидкості проходження хвиль через різні шари. Так ось. Товщина континентальної кори залежатиме від тектонічних умов. Найбільшою вона буде в горах (до 70-75 км), найменшою - на територіях, розтягнутих, на океанічних околицях і в западинах морів. Насамперед ви пролетите шар, що складається з опадів та осадових порід, якщо він присутній. Потім йде шар із гнейсів та інших метаморфічних порід. У них помітні граніти, що впровадилися. Під цим шаром будуть сильно метаморфізовані базальти, що перетворилися на амфіболіти та гранулити. Весь цей час тиск і температура неухильно зростатимуть. Тут можна згадати про таку штуку, як геотермічний градієнт, який показує, як температура зростає з глибиною. Він дуже залежить від тектонічних умов і буде максимальним під горами.
Якщо ви з якоїсь причини почали падіння з океанічного острова або океану, то спочатку ви пройдете осадові шари, потім - базальтові подушечні лави і дайки, що підводять до них. Їх підстилають інтрузії габро. Нарешті, ви доходите до мантії. Товщина океанічної кори складатиме кілометрів сім. Взагалі, побачена вами картина може бути незвичайною і залежить від тектонічного регіону, в якому ви пробурили дірку.
Розділом мантії та кори служить кордон Мохо. Мантія складається з перидотитів, що містять олівін (Mg, Fe)2SiO4 та піроксен (Mg, Fe)2Si2O6. При зануренні вони переходитимуть у стійкіші поліморфні модифікації. Це буде помітно на глибинах близько 410 та 660 км. Рухаючись вниз від кордону Мохо через досить тверду мантію, ви досягнете шару, який здасться вам більш в'язким та плинним. Справа в тому, що матеріал цього шару, астеносфери, піддається частковому плавленню. Плавиться приблизно 1-5% речовини (кількість залежить від тектонічних умов). Повністю розплавитися йому заважає високий тиск, що створюється шарами, що лежать вище. Розплав, що вийшов, обволікає зерна мінералів і забезпечує плинність речовини. Тут же можуть утворюватися осередки основної та ультраосновної магми, що піднімається нагору. Всі ті відносно тверді та пружні шари вищі за астеносферу - це літосфера. Розділена на плити, що нагадують кавунові кірки, вона ковзає по астеносфері і робить вертикальні рухи, плаваючи на поверхні цього в'язкого шару. Нижче астеносфери і кордоном 410 км виділяється більш в'язка мезосфера. На цій відмітці олівін переходить у модифікацію зі структурою шпинелі.
З глибини 660 км починається нижня мантія. Ймовірно, вона складена мінералами зі структурою перовскіту (Mg, Fe) SiO3 та магнезіовюститом. У нижній мантії у складі мінералів містяться великі запаси води. Вся мантія, через яку ви проходили, була твердою, тому що поряд з високими температурами піддавалася і високим тискам. Конвективні струми в мантії мають дуже малу швидкість, щоб їх помітити.
Нарешті, ви доходите до межі Гутенберга, що розділяє ядро та нижню мантію. Від поверхні вас відокремлюють 2900 км. Цей кордон покриває цвинтар гір літосферних плит, що занурилися і частково розплавилися.
З 2900 до 5120 км ви занурюєтеся крізь рідке зовнішнє ядро, що складається із залізо-нікелевого сплаву з домішками сірки, водню та деяких інших елементів. Тут відбувається інтенсивне перемішування речовини, що створюють магнітне поле Землі, але через малу швидкість ви навряд чи його побачите. До глибини 6370 км простягається тверде внутрішнє ядро, продукт поступового охолодження та затвердіння зовнішнього. Воно має схожий склад і складене залізом, сіркою та нікелем.
