20. Назначение проекта "Мохол"

Из чего состоит Земля? Чтобы узнать, нужно осуществить одну из самых сложнейших технических задач, когда-либо стоявших перед исследователями океана. Сквозь слой отложений на дне океана., сквозь саму земную кору, сквозь пограничный между земной корой и мантией слой - раздел Мохоровичича, или Мохо, по названию которого назван проект, - нужно направить бур прямо в земную мантию.

Когда бур окажется на глубине трех или четырех миль под дном океана, ученые, проникнув таким образом в мантию, смогут разрешить одну из основных проблем геофизики - о составе Земли. Ведь мантия - это 84% объема земного шара. Она имеет толщину 1800 миль, что составляет почти половину расстояния до центра Земли. О внешнем ее виде можно только догадываться. Предполагают, что она представляет собой горячую вязкую каменную массу. Поведение ее часто ставит в тупик даже тех специалистов, которые изучают ее уже много лет. По словам лорда Келвина, когда на мантию оказывают внезапное давление, она действует словно стальная пружина, заставляя земной шар содрогаться от землетрясений. В другие времена мантия пластична и податлива, как глина.

Под толщей мантии, на глубине 1800 миль, куда, вероятно, никогда не проникнет человек, начинается ядро Земли - твердая железная сердцевина диаметром около 1800 миль, спрессовавшаяся под очень большим давлением и окруженная слоем расплавленного железа. Гипотеза о жидком и твердом слоях ядра была выдвинута для объяснения силы притяжения Земли и изменений в скорости сейсмических волн при переходе из мантии в ядро.

Если при осуществлении проекта "Мохол? удастся извлечь образцы каменной массы, составляющей мантию, то ученые приблизятся к разгадке многих проблем. Как образовалась Земля? Состоит ли мантия из тех же горных пород, что и метеориты? И если это так, то не может ли этот факт служить доказательством того, что и Земля, и Луна, и другие планеты были когда-то оторваны от Солнца, унесены в пространство и, по мере охлаждения, превратились в твердые каменистые массы?

А может быть, правы те ученые, которые надеются найти в составе мантии доказательство истинности другой гипотезы; что и Земля, и Солнце, и другие планеты образовались путем конденсации облаков пыли и газа, рассеянных, как предполагается, по всей вселенной? А сколько лет Земле? Или в самой мантии, или в толще земной коры должны находиться горные породы, которые значительно старше любых, имеющихся на поверхности Земли (а здесь самым старым 600 миллионов лет) или извлекаемых со дна океана (этим не более 100 миллионов лет). Представители Национального научного фонда утверждают, что если удастся получить образцы более древних пород, то путем измерения радиоактивности содержащихся в них минералов можно будет надежнее и точнее определить возраст Земли. Сегодня многие ученые считают, что этот возраст - около 4,55 миллиарда лет; Институт Карнеги и Геологическое управление США недавно предложили другую цифру - 4,7 миллиарда лет.

А сколько лет океанам и как они наполнились водой?

Когда-то считалось, что океаны наполнились в результате проливных дождей на протяжении многих столетий. Однако сейчас, как сообщается в брошюре Национального научного фонда "Проект Мохол", большинство ученых поддерживают теорию о том, что наполнение океанов произошло за счет воды, оказавшейся внутри Земли при ее образовании, а затем постепенно просочившейся наружу.

Некоторые океанографы придерживаются мнения, что большая часть этой воды в виде вулканического пара пришла в океаны еще на самых ранних этапах истории Земли. Они считают, что океаны примерно в таком виде, как сейчас, существуют уже около двух миллиардов лет и что количество воды, добавившейся за последние 500 миллионов лет, незначительно.

Другие полагают, что с момента образования Земли около 4,5 миллиарда лет назад вода все время просачивается наружу примерно с одинаковой скоростью. Они подсчитали, что если вода на протяжении миллиардов лет поступала в таком же темпе, в каком сегодня она просачивается из вулканов, глубоких расселин, а также в виде горячих источников, то этого было вполне достаточно, чтобы наполнить океаны.

Еще одна группа ученых выдвинула гипотезу, согласно которой между 60 и 100 миллионами лет назад в земной коре произошел огромный сдвиг, в результате которого количество воды в океанах увеличилось сразу на 25%.

Когда в бассейнах Тихого и Атлантического океанов будет собрано достаточное количество образцов нижних слоев отложений и их субстрата, ученые смогут решить, какая из гипотез верна.

Нагревается ли Земля или остывает? Сокращается или возрастает площадь и объем ее ледников? Поднимается или опускается уровень моря? За счет чего образуется внутреннее тепло Земли? Сохранилось ли оно еще со времени образования Земли? Если так, то выходит, что Земля остывает. А может быть, тепло образуется за счет радиоактивного распада в недрах Земли? Тогда Земля может стать и горячее.

Как началась жизнь на Земле? На пути вниз бур, проходя через ил и донные отложения в океане, может наткнуться на окаменелые останки самых ранних форм жизни и взять их образцы. Насколько старыми они окажутся? Некоторые ученые считают, что жизнь на Земле зародилась два или даже три миллиарда лет назад. Древнейшему ископаемому организму (неопилине, крошечному улиткообразному существу, которое и сегодня еще живет в иле на океанском дне) 500 миллионов лет. Бур будет нашим проводником в путешествии на сотни миллионов лет назад, к истокам жизни на Земле и к истокам самой Земли.

Согласно первоначальному проекту, для бурения был выбран участок с координатами 22°22' северной широты и 155°28' западной долготы, в 170 милях на северо-северо-восток от Гонолулу, у Гавайских островов Молокаи и Мауи.

Бурить скважину в океане решили ввиду того, что земная кора под океанским дном значительно тоньше, чем на суше; на суше средняя толщина земной коры около 20 миль, в море же она снижается до трех миль, а это уже преодолимо для бура. При выборе места бурения рассматривались также участки у Пуэрто-Рико и у острова Антигуа в Карибском море, но оба они лежат в зоне ураганов. Участок у острова Мауи находится вне зоны действия тайфунов, недалеко от большой гавани с доками и мастерскими, и расстояние до земной мантии здесь не очень велико: глубина океана на выбранном участке составляет 14 000 футов, а общее расстояние до мантии - от 28 000 до 33 000 футов. Предельным расстоянием для современного уровня техники считается 35 000 футов, или 7 миль. Самая глубокая из выполненных на суше скважин - 25 340 футов, или несколько менее 5 миль. На бурение этой скважины, расположенной в западном Техасе, понадобилось два года и двадцать дней, причем половина этого срока ушла на преодоление последних 6000 футов. Ни нефти, ни газа получено так и не было.

В копях Южной Африки, где добывают алмазы, люди, используя установку для кондиционирования воздуха стоимостью в полмиллиона долларов, опускаются под землю на глубину до двух миль. При этом каждые 1000 футов температура возрастает на 15° по Фаренгейту.

Проект "Мохол" начался с шутки. В 1952 году несколько ведущих ученых США образовали группу AMSOC, название которой расшифровывалось как "Американское общество всякой всячины". "Всякая всячина" была выбрана в пику различным чересчур специализированным научным обществам.

AMSOC не имело ни устава, ни официальных должностей, ни печатных изданий, ни формального членства. Для совещаний Общества, происходивших обычно за коктейлями, два человека считались кворумом. Первые научные связи Общества были установлены с подобными шуточными объединениями, например с Комитетом по сотрудничеству с пришельцами из космоса.

Однажды во время завтрака Общества (состоявшегося в Сан-Диего где-то поблизости от института Скриппса) зашел разговор о глубоком бурении - сначала в шутку, а затем всерьез. Пятеро из присутствующих были действительными членами Национальной академии наук, поэтому академия заинтересовалась идеями Общества и взяла дело в свои руки. А Обществу, чтобы получить фонды на выполнение проекта, пришлось официально организоваться.

Инициаторами создания Общества и разработки проекта были: Гордон Лилл, тогда работавший в Управлении научных исследований ВМФ и назначенный Национальным научным фондом директором проекта "Мохол"; доктор Уильям Героу, гвблог; доктор Гарри Лэд, палеонтолог; доктор Артур Максвелл, геофизик из Управления научных исследований ВМФ; профессор Роджер Ревелл, впоследствии директор Океанографического института Скриппса; профессор Уолтер Мунк, геофизик из института Скриппса; доктор Уильям Руби из ' Геологического управления США; доктор Джошуа Трейси, геолог; Уиллард Бэском, президент одной из фирм по производству оборудования для подводных работ; Морис Юинг, океанолог из Колумбийского университета, и доктор Гарри Гесс, профессор кафедры геологии в Принстонском университете. Гесс во время второй мировой войны был офицером ВМФ; с помощью эхолота собственной конструкции он открыл впадину у мыса Джонсона и гайоты - подводные горы с плоскими вершинами, напоминающие затонувшие острова; они названы так по имени Арнольда Гайо, профессора, преподававшего в девятнадцатом веке геологию в Принстонском университете.

Члены общества AMSOC задали себе вопрос, который и сами считали довольно праздным: какой эксперимент дал бы больше всего информации о природе Земли? И как ответ на этот вопрос зародился проект Мохо Они были уверены, что проект этот - воздушный замок, журавль в облаках, несбыточная фантазия. И лишь ввиду необычайной важности такого проекта он не был тут же похоронен. Еще в 1930-х годах доктор Т. А. Джеггер с Гавайской станции наблюдения за вулканами предлагал пробурить в различных районах океана 1000 скважин глубиной 1000 футов каждая, чтобы геология субокеанских пластов "не основывалась на одних лишь предположениях". Одно из первых опубликованных в печати предложений о бурении сквозь земную кору в мантию было выдвинуто доктором Фрэнком Истабруком в 1956 году. Один образец мантии, этого материала, составляющего пять шестых объема Земли, сыграл бы для науки о Земле такую же роль, как утверждает Томас Уоллас Доннели с кафедры геологии университета Райса в Хьюстоне, как и расщепление атомного ядра для физики,

Выполнение проекта "Мохол" Даже сейчас, когда появились новые технические средства, в частности электронные вычислительные машины, представляется делом чрезвычайно трудным. Бурение предполагается производить с плавучей платформы. Глубина на гавайском участке слишком велика, чтобы поставить эту платформу на якорь. Ничем не закрепленная платформа, однако, не должна отходить от выбранной точки более чем на 850 футов. Никаких береговых ориентиров для определения своего положения в пределах видимости не будет. Нахождение платформы в заданной точке будет корректироваться электронной вычислительной машиной. Электронный мозг, получив информацию от радиолокатора, гидролокатора и других приборов, произведет расчеты, необходимые для автоматического управления шестью 750-сильными подвесными моторами, расположенными по периметру плавучей платформы. Эта система управления разработана фирмами "Ханиуэлл" и "Дженерал моторе рисерч".

С помощью ЭВМ производилось также испытание бурильной платформы. Еще в конце 1963 года фирма "Дженерал электрик" в Скенектади (штат Нью-Йорк) начала исследования с помощью ЭВМ влияния ветров со скоростями до 160 миль в час (с порывами до 250 мйль в час), волн и течений на платформу. ЭВМ учитывала влияние таких факторов, как подъем платформы на волне, килевая качка, бортовая качка, боковой снос, рыскание и продольный снос. Задача была настолько сложной даже для ЭВМ, что фирме пришлось разрабатывать специальную дополнительную систему. В результате с помощью единственного возможного здесь языка - математики - эта задача была решена, и фирме "Дженерал электрик" удалось определить все движения, которые будет делать платформа, и силы, которые будут вызывать эти движения в различных направлениях. После этого были изготовлены модели платформы, которые испытывались в Опытовом бассейне Дэвида Тэйлора (ВМФ), в бассейнах Мичиганского университета и Технологического института Стивенса.

Главным подрядчиком, ответственным за бурение скважины по проекту "Мохол", стала известная в стране фирма тяжелого машиностроения "Браун энд Рут" в Хьюстоне. Эта фирма во время второй мировой войны построила 500 военных кораблей и впоследствии спроектировала в Хьюстоне Центр управления полетами космических кораблей с человеком на борту. Фирма приобрела себе репутацию "ночной смены": иногда ее инженеры всю ночь проводят в самолете, чтобы к 7 утра быть на месте вызова. Уже с 1956 года фирма занимается бурением с плавучих установок в районе Мексиканского залива и у побережья штата Мэн. Она имеет контракты на разведку нефти в Мексиканском заливе, в Атлантике, в Средиземном море и в Персидском заливе. При проектировании плавучей платформы фирма "Браун энд Рут" обратилась за помощью к фирме "Гибз энд Кокс", нью-йоркской консультативной организации в области кораблестроения, которая, помимо прочего, проектировала быстроходный пассажирский лайнер "Юнайтед стейтс" с большим количеством алюминиевых конструкций, предназначенный для трансатлантической линии.

На основе эскизного проекта фирма "Гибз энд Кокс" подготовила чертежи и технические условия на постройку невиданной ранее платформы. Это целое плавучее "футбольное поле": длина 280 футов, ширина 235 футов; высота от спаренных килей до верхней палубы 135 футов, а до вершины буровой вышки 240 футов. Платформа превосходит все предыдущие и сложностью конструкции. Ее поддерживают два погруженных в воду корпуса, напоминающие подводные лодки; диаметр каждого 35 футов, длина 390 футов - значительно длиннее большинства подводных лодок. Главные двигатели обеспечат передвижение платформы к выбранному участку со скоростью от 8 до 10 узлов; движителями являются гребные винты, установленные в кормовой оконечности обоих корпусов.

По подсчетам ученых, чтобы пробурить в земной коре скважину, достигающую мантии, может понадобиться три года. Все это время платформа должна выдерживать вес длинного ряда стальных буровых штанг и самого бура.

Тот факт, что для проекта "Мохол" была выбрана именно платформа, а не судно, объясняется опытом использования морских буровых, приобретенным за последние годы. В этой области были достигнуты выдающиеся успехи. В 1963 году одна из плавучих платформ в Мексиканском заливе имела всего лишь семь дней простоя из-за погоды, хотя 79 дней в году высота волн была от 10 до 29 футов. Бортовая и килевая качка платформы превышала 2° только при высоте волн свыше 20 футов. У одной из платформ высота подъема на волне достигала 10 дюймов только при высоте волны свыше 25 футов и при скорости ветра свыше 80 миль в час.

Все механизмы, жилые помещения, лаборатории и буровое оборудование станции будут размещаться или на верхней палубе, или непосредственно под ней. В подводных корпусах будет содержаться топливо, балласт и буровой раствор, используемый для доставки на поверхность грунта, который "выгрызается" буром. Буровая вышка будет помещаться в самом центре верхней палубы, где наименее сказываются перемещения платформы.

В процессе осуществления проекта придется решать сотни проблем. Как пробурить требуемую скважину? "Чтобы представить себе все трудности, - говорит доктор Доннели из университета Райса, - вообразите себя на маленьком вертолете над "Шемрок-хилтоном" (18-этажная гостиница в Хьюстоне). Вас болтает во все стороны. Спустите с вертолета тонкую проволоку (диаметром около ¹/₁₆ дюйма) со сверлом на конце и попробуйте просверлить отверстие в бетоне на глубину, почти равную высоте парения вертолета". Бур нужно время от времени вынимать для осмотра. А как его потом вставить обратно? Ведь диаметр отверстия всего около 10 дюймов.

А чем поддерживать 330-тонные буровые трубы длиной почти 7 миль? Такая колонна может разорваться от собственной тяжести. А ведь на ту часть ее - длиной 2,5 мили, - которая проходит сквозь толщу воды, будут оказывать давление переменчивые морские течения. Существуют ли материалы, достаточно прочные, чтобы выдержать эту нагрузку?

Вполне возможно, что существуют. Новая установка в Леона-Вэлли в Техасе недавно прогнала кернователь сквозь слой твердого базальта; предполагают, что примерно такие же слои залегают и под дном океана. Базальтовый грунт был выбран для испытания буров Мохо - более твердых пород пока не встречалось. Буровая головка с алмазными наконечниками при бурении базальта прослужила гораздо дольше, чем ожидалось. Турбо-кернователь для работ по проекту "Мохол" был разработан в результате двухлетних совместных усилий научного персонала этого проекта и фирмы "Дрессер индастриз". Скважина в базальтовом грунте была выполнена фирмой "Филд дриллинг" (Сан-Антонио, штат Техас).

В 1960 году были пробурены первые экспериментальные скважины в морском дне с целью определения выполнимости проекта "Мохол". Бурение производилось с баржи CUSS-I. Она была установлена у мексиканского острова Гуадалупе в 220 милях к югу от Сан-Диего. Здесь на глубине 11700 футов были пробурены пять скважин, самая глубокая из которых была 601 фут. В полученных из этих скважин кернах были обнаружены некоторые окаменелости, свидетельствующие о том, что в позднем и среднем миоценовом периоде (от 15 до 20 миллионов лет назад) морская фауна и флора острова Гуадалупе была весьма разнообразной. Керны донного ила, бравшиеся почти непрерывно на протяжении 500 футов, показали, что по сравнению с более ранними периодами этот район океана сейчас - просто пустыня.

При бурении двух из упоминавшихся выше скважин у острова Гуадалупе впервые в истории удалось проникнуть во второй слой земной коры. Выяснилось, что по крайней мере верхняя часть этого второго слоя у Гуадалупе состоит из базальта, то есть застывшей лавы.

В ноябре 1962 года на другом участке, у западного побережья Пуэрто-Рико, был получен керн длиной 1000 футов. Он состоял из серпентина - горной породы, которая как предполагается залегает под дном океана в более глубокой части земной коры.

После этого для окончательного бурения был выбран участок в районе острова Мауи (Гавайские острова).

Помимо основной скважины, по проекту "Мохол" в Тихом океане с целью изучения отложений, а по ним - истории Земли и жизни на ней, предполагается пробурить еще несколько скважин: на откосе Мендосино к северо-западу от Сан-Франциско, к западу от Сиэтла, к востоку от подводной горы Кобба, в глубоководной долине Каскадиа, в подводном каньоне у Сан-Диего, в области подводной горной цепи Кокос-Ридж к юго-западу от Панамы, к северу и к югу от острова Мауи.

Вопрос о том, что находится в центре Земли, волнует американскую общественность с начала прошлого столетия. В 1800-х годах ученые считали, что земной шар в центре полый. В Конгрессе даже предлагались билли о посылке военно-морской экспедиции к центру Земли: предполагалось, что где-то в районе Антарктиды есть отверстие, через которое можно проникнуть внутрь.

Как и следовало ожидать, против проекта Мохо было выдвинуто много возражений. В 1965 году Фрэнк Кэри из "Ассошиэйтед пресс" подытожил некоторые из них, наиболее распространенные среди широкой публики:

- Если просверлить глубокую дыру в дне океана, то через нее вытечет вся вода - это все равно, что вынуть пробку в ванне.

- Если внутри планета раскалена, то вода, попав туда, образует такое количество пара, что нашу планету разнесет вдребезги.

- Под корой Земля полая, как большая вакуумная камера, и если проделать дыру в эту камеру, то всю кору втянет туда - произойдет взрыв, обращенный внутрь.

- Там, внизу, - ад, и если вы, господа хорошие, просверлите вашу дыру, то пламень ада вырвется наружу - не говоря уже о всех чертях.

Ученые считают все эти возражения беспочвенными. И они ожидают, что помимо сведений об истории Земли и о том, из чего состоит земной шар, проект Мохо позволит хотя бы частично раскрыть многие другие тайны Земли: как начинаются землетрясения, как происходят извержения вулканов, что представляет собой поверхность Луны (некоторые считают, что, достигнув земной мантии, мы наткнемся на нечто, напоминающее поверхность Луны). Интересно также выяснить, имеется ли нефть и природный газ в океанском дне на больших глубинах (хотя сама скважина не рассчитана на добычу нефти), и если да, то как их лучше отыскивать.

Выполнение работ на больших глубинах уже само по себе даст очень ценный опыт, который пригодится при последующем освоении океана, а объем таких работ по проекту "Мохол" очень и очень велик.

Однако есть одно возражение, с которым приходится считаться. А обязательно ли сверлить земную кору, чтобы узнать кое-что о мантии? Может быть, мы и так узнаем, из чего состоит мантия. Может быть, мы видим ее уже давно. Ведь что такое метеориты? Не то ли самое, что мантия? А каменная масса, извергаемая вулканами? Ведь вулканы простираются глубоко внутрь Земли. А ранее неизвестные породы - тяжелые, как железо, черные и зеленые камни, которые русские подняли с помощью драги со стальными зубьями со дна Индийского океана в 1966 году? Русские считают, что эти породы - образцы верхних слоев мантии, попавшие на поверхность дна океана через глубокие расселины в подводных хребтах, опоясывающих земной шар.

Не исключено также, что мрачные скалы островов Сент-Питер и Сент-Пол в Атлантике у самого экватора, где начала и закончила свое кругосветное плавание атомная подводная лодка "Тритон", состоят из материала, вытесненного из мантии. По утверждению журнала "Си франтиэрз", их структура не похожа ни на один из других островов в Атлантике. Есть определенные доводы в пользу того, что они представляют собой образец мантии, и в семимильной скважине, таким образом, необходимости нет. Но пока все эти соображения - гипотезы. Подтвердить их может только выполнение проекта "Мохол"^*.

^* (В 1966 году правительство США прекратило финансирование этих работ, и проект "Мохол" остался незавершенным. Основным доводом противников проекта была малая вероятность успеха предприятия при нынешнем уровне технического развития и огромная его стоимость: с первоначальной суммы 5 миллионов долларов она возросла к 1966 году до 127 миллионов.- Ред.)