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¿Por qué científicos rusos perforaron el pozo más profundo de la Antártida?

Антарктида
© Форпост Северо-Запад

El 2020 marca 200 años desde el descubrimiento de la Antártida por marineros rusos. Los dos siglos que han transcurrido desde el inicio del desarrollo del sexto continente por el hombre han transcurrido bajo el signo de una intensa rivalidad entre Estados que deseaban hacerse con la propiedad de esta tierra nevada. Sin embargo, podemos recordar ejemplos de cooperación exitosa que permitió, por ejemplo, establecer la naturaleza cíclica del cambio climático en la Tierra. "Forpost" decidió averiguar cómo los científicos lograron hacer esto y si la ciencia rusa realmente sigue siendo el líder en la investigación polar.

¿Quién descubrió la Antártida y qué secretos guarda?

Los barcos rusos "Vostok" y "Mirny" bajo el liderazgo de Thaddeus Bellingshausen y Mikhail Lazarev se acercaron a las plataformas de hielo del continente más austral del planeta el 28 de enero de 1820. Unos días después, los extranjeros navegaron allí, lo que les dio motivos para desafiar nuestra palma. Sin embargo, durante mucho tiempo, hasta mediados del siglo XX, la identificación de quién puso un pie en el hielo de la Antártida fue lenta.

Todo esto cambió en 1948, cuando Estados Unidos comenzó a trabajar para crear un régimen legal internacional para la administración de la región. La Unión Soviética no fue invitada al diálogo, pero declaró firmemente que no sería posible dividir el continente sin su participación. Para demostrar su determinación a Occidente, la URSS abrió posteriormente unas veinte bases científicas allí, tanto que ninguna otra potencia podía permitirse.

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Algunos de ellos siguen vigentes. Por ejemplo, la estación Vostok ubicada en uno de los lugares más fríos del planeta. En 1983, se registró allí una temperatura mínima récord en toda la historia de las observaciones meteorológicas: menos 89,2°C. Incluso en verano, que en el hemisferio sur cae entre diciembre y febrero, el termómetro en esta área rara vez sube por encima de menos veinte grados.

La estación fue fundada en 1957, durante la segunda expedición antártica soviética. Y siete años más tarde, el famoso geomorfólogo Andrei Kapitsa, que realizó un sondeo sísmico de la capa de hielo, sugirió que hay un gran lago debajo de él. Esta teoría fue finalmente confirmada a finales de los años ochenta, tras lo cual especialistas rusos, franceses y estadounidenses iniciaron la perforación conjunta de un pozo, que se suponía revelaría los secretos del yacimiento, aislado de la atmósfera terrestre durante millones de años (su superficie se encuentra en una profundidad de 3769 metros).

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Los fanáticos de la ciencia ficción argumentaron seriamente que allí podrían existir especies de animales previamente desconocidas. Sin embargo, los científicos estaban interesados ​​en algo completamente diferente: la oportunidad de aprender sobre los eventos que tuvieron lugar en la Tierra hace cientos de miles de años.

Era de hielo

El hecho es que la cubierta de la Antártida está compuesta por el llamado hielo atmosférico, que se formó a partir de una precipitación sólida: cristales de nieve que caen en forma sólida desde el cielo. Debido a las constantes temperaturas negativas, no se derriten, lo que significa que se acumulan año tras año, se condensan en firn y luego se convierten en hielo, que se extiende gradualmente desde el centro del continente hasta sus bordes.

Es fácil entender que el hielo que se encuentra en la superficie es moderno y cuanto más bajo es, más viejo es. Y si, por ejemplo, obtiene un núcleo desde una profundidad de 3200 metros, entonces su edad será de 400 a 430 mil años. En condiciones de laboratorio, se puede estudiar en detalle su composición gaseosa e isotópica y averiguar qué eventos ocurrieron en el momento de su formación en la atmósfera terrestre y qué consecuencias llevaron.

Tecnología de perforación

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© Форпост Северо-Запад

La perforación de pozos para estudiar los procesos asociados con el cambio climático comenzó en la estación de Vostok en 1970. Todo el equipo necesario para esto fue creado por científicos del Instituto de Minería de Leningrado (ahora la Universidad de Minería de San Petersburgo) bajo el liderazgo de Boris Kudryashov, quien fue el autor de la teoría de la perforación de rocas por fusión, así como la termo-mecánica destrucción del hielo. La construcción del actual pozo 5G (el quinto de profundidad), que se suponía que daría como resultado exactamente la penetración en el lago, comenzó en 1990.

“En el Instituto de Minería se crearon las bases de la teoría de la destrucción térmica y mecánica del hielo; métodos para calcular parámetros tecnológicos de perforación; se fundamenta la elección de la formulación del fluido de perforación no congelante, que es necesaria para evitar el estrechamiento del pozo bajo la influencia de la presión y temperatura de la roca. También se desarrolló fundamentalmente nuevas plataformas de perforación electrotérmicas y electromecánicas semiautónomas sobre un cable portador, complejos de equipos de perforación fijos y móviles, sistemas de control y control de procesos automatizados. La eficiencia y confiabilidad de las tecnologías desarrolladas se puede juzgar por la estabilidad con la que se llevó a cabo la perforación” dijo Nikolai Vasiliev, profesor de la Universidad de Minería, quien durante mucho tiempo, hasta 2015, dirigió los trabajos de perforación en la estación Vostok.

La construcción del pozo a una profundidad de 2200 metros se realizó utilizando tecnología de fusión de hielo, es decir, con un taladro térmico. Además, se utilizó un método mecánico, mejorado por científicos de la Universidad de Minería de San Petersburgo. El hielo se cortó con cuchillos unidos al extremo del tubo hueco. Se adentraba más en el glaciar y quedaba un núcleo en su interior, que luego se elevaba.

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En la foto: La broca de perforación térmica para perforar agujeros profundos en hielo se desarrolló en el Departamento de Perforación de la Universidad de Minería de San Petersburgo y se fabricó en los talleres de producción experimental de la universidad. Ahora almacenado en el Museo de la Minería.

Hasta 1998, los especialistas rusos trabajaron en la Antártida en cooperación con sus colegas franceses y estadounidenses. El primero brindó apoyo tecnológico al proyecto, proporcionando a la expedición el equipo auxiliar necesario, mientras que el segundo se encargó de organizar la entrega de exploradores polares a la estación de Vostok. En el contexto de la crisis económica de la década de los noventa, que entonces asolaba Rusia, fue muy oportuna y relevante.

Hacia fines del siglo pasado, los socios extranjeros se trasladaron a otras bases. Los estadounidenses, sin embargo, continuaron brindando servicios de transporte para nuestros científicos, pero lo hicieron con una "pequeña advertencia": según los términos del acuerdo, los rusos solo podían participar en investigaciones glaciológicas en la Antártida, pero no en perforaciones. El caso es que en ese momento las voces de quienes acusaron a Rusia de utilizar tecnologías "sucias" que podrían dañar el ecosistema único del lago comenzaron a escucharse desde el exterior cada vez con más frecuencia. En particular, en aplicación para crear un líquido anticongelante de queroseno, freón y etilenglicol.

Los expertos todavía no pueden responder con confianza a la pregunta de qué había más en estas declaraciones: sentimientos sinceros por la pureza del proyecto o envidia de nuestra ciencia, que una vez más buscó demostrar su superioridad. De hecho, a fines de los noventa, finalmente quedó claro que las innovaciones, gracias a las cuales es posible perforar un pozo de tal profundidad y obtener muestras de un reservorio relicto, en los próximos años, nadie excepto los rusos podrá crear.

Sea como fuere, en 1999, la perforación sobre el lago subglacial más grande del planeta se suspendió aproximadamente a 120 metros de su superficie prevista. Y en la Universidad de Minería se comenzó a trabajar en la creación de un nuevo tipo de fluido de perforación, que se completó en 2003.

Восток
© Форпост Северо-Запад

En 2015, un grupo de científicos de la Universidad de Minería, así como del Instituto del Ártico y la Antártida fue galardonado con el Premio del Gobierno de Rusia en el campo de la ciencia y la tecnología "por el desarrollo de los fundamentos teóricos de tecnologías y medios técnicos de perforación amigables con el medio ambiente, así como su implementación en las condiciones de los glaciares de la Antártida". En ese momento, habían logrado penetrar el lago dos veces y obtener las apreciadas muestras de agua antigua.

Resultados científicos y perspectivas de uso de la tecnología

"Los resultados de los estudios isotópicos y glaciológicos de los núcleos de hielo de la Antártida tienen una importancia puramente práctica. Por ejemplo, logramos por primera vez establecer la naturaleza cíclica del cambio climático en la Tierra, para rastrear cuatro períodos de hielo e interglaciares. Además, al nivel de descubrimiento científico, la duración de la anabiosis de microorganismos ha sido probada durante más de 200 mil años. Por primera vez para la parte central de la Antártida, se obtuvieron datos sobre el régimen de temperatura de la capa de hielo, que formaron la base para el modelado matemático de los procesos de transferencia de calor y masa en el glaciar. Y los resultados de la perforación de pozos tanto por métodos térmicos como mecánicos permitieron a nuestro país tomar una posición de liderazgo en el mundo en el campo de la perforación de hielo profundo"dice el profesor asociado de la Universidad de Minería Andrei Dmitriev, quien formó parte de la "64a Expedición Antártida Rusa 2018/19".

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© Форпост Северо-Запад / Данил Сербин

Las perspectivas de utilizar la tecnología son mucho más amplias. Por ejemplo, los expertos de la NASA creen que estudiar los núcleos de la Antártida es el primer paso para encontrar rastros de vida en Marte, Plutón, la luna de Júpiter y otros cuerpos celestes, donde también se encuentran los glaciares, bajo los cuales se esconden cuerpos de agua.

También hay una versión más realista de donde se pueden utilizar plataformas de perforación y equipos auxiliares únicos, que se "prueban a la fuerza" en las duras condiciones de la Antártida. No es ningún secreto que en el otro lado de la Tierra, en las profundidades del Ártico, según las estimaciones más conservadoras, hay alrededor de 412 mil millones de barriles de petróleo equivalente. Rusia, Estados Unidos y Dinamarca comparten la mayor parte de estos recursos, que poseen más del 88% de la riqueza de la región.

La perforación de pozos en el Ártico también se asocia con el trabajo en condiciones de permafrost y un clima desfavorable para las personas. Al mismo tiempo, los expertos son inequívocos en sus conclusiones: en las próximas décadas, los principales impulsores del desarrollo de la industria del petróleo y el gas serán precisamente los campos ubicados en la plataforma del Océano Ártico o en la zona costera adyacente. Esto significa que la preservación del liderazgo de nuestro país en el campo de la producción de hidrocarburos dependerá en gran medida de la disponibilidad de tecnologías nacionales, en particular, las que se utilizan hoy en la estación Vostok.