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为什么俄罗斯科学家在南极洲打了最深的井

Антарктида
© Форпост Северо-Запад

2020 年是俄罗斯水手发现南极洲 200 周年。自从人类开始开发第六大陆以来,两个世纪过去了,国家之间为了获得这片白雪覆盖的土地的所有权而展开激烈竞争。然而,我们可以回忆起成功合作的例子,例如,这使得确定地球上气候变化的周期性成为可能。 “前哨Фарпост”决定找出科学家是如何做到这一点的,以及俄罗斯科学是否真的仍然是极地研究的领导者。

谁发现了南极洲,它隐藏了些什么秘密?

1820 年 1 月 28 日,在撒迪厄斯·贝林斯豪森 (Thaddeus Bellingshausen) 和米哈伊尔·拉扎列夫 (Mikhail Lazarev) 的带领下,俄罗斯船只“东方号”和“米尔尼”号驶近了地球最南端大陆的冰架。几天后,外国人航行到那里,这让他们有理由挑战我们的手掌。然而,很长一段时间,直到二十世纪中叶,对于谁的脚真正踏上南极冰层的鉴定一直进展缓慢。

这一切在 1948 年发生了变化,当时美国开始着手为该地区的管理建立国际法律制度。苏联没有被邀请参加对话,但坚定地宣称,没有它的参与,就不可能分裂大陆。为了向西方表明它的决心,苏联随后在那里开设了大约 20 个科学基地——这是其他任何国家都负担不起的。

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© Форпост Северо-Запад

其中一些仍然有效。例如,东方站位于地球上最冷的地方之一。 1983 年,那里记录了整个气象观测历史上创纪录的低温——零下 89.2°C。即使在南半球 12 月至 2 月的夏季,该地区的温度计也很少升至零下 20 度以上。

该站于 1957 年在第二次苏联南极科考期间建立。七年后,著名地貌学家安德烈·卡皮察(Andrei Kapitsa)对冰盖进行了地震探测,提出冰盖下面有一个巨大的湖泊。这一理论最终在八十年代末得到证实,此后俄罗斯、法国和美国的专家开始联合钻探一口井,本应揭示一个与地球大气层隔绝数百万年的水源的秘密(其表面处于深度 3769 米)。

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科幻小说的粉丝们认真地认为,那里可能存在以前未知的动物种类。然而,科学家们对完全未知的东西十分感兴趣——有机会了解数十万年前地球上发生了什么事件。

冰盖

事实是,南极洲的覆盖层是由所谓的大气冰组成的,它是由固体降水形成的——从天空中以固体形式落下的雪晶。由于恒定的负温度,它们不会融化,这意味着它们年复一年地积累,凝结成冰,然后变成冰,从大陆的中心逐渐扩散到边缘。

很容易理解,地表的冰是现代的,越低越老。例如,如果你从 3200 米深处得到一个地核,那么它​​的年龄将是 400 到 43 万年。在实验室条件下,您可以详细研究它的气体和同位素组成,并找出它在地球大气层中形成时发生的事件及其导致的后果。

钻孔技术

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早在 1970 年,东方站就开始钻探与气候变化相关的过程。为此所需的所有设备均由列宁格勒矿业学院(现为圣彼得堡矿业大学)的科学家在鲍里斯·库德里亚绍夫 (Boris Kudryashov) 的领导下创建,鲍里斯·库德里亚绍夫是岩石熔钻理论以及热力学和机械学理论的作者。冰的破坏。目前的 5G 井(第五口井)的建设始于 1990 年,该井原本应该能够准确地渗透入湖中。

“在矿业学院,冰的热力和机械破坏理论奠定了基础;钻井工艺参数的计算方法;证实了抗冻钻井液配方的选择,这是为了防止井筒在岩石压力和温度的影响下变窄。它还开发了全新的半自主电热和机电钻机,在承载电缆上,固定和移动钻井设备的综合体,控制系统和自动化过程控制。开发技术的效率和可靠性可以通过钻探进行的稳定性来判断,“矿业大学教授尼古拉·瓦西里耶夫说,他在很长一段时间内,直到 2015 年,领导了 Vostok 的钻探工作车站。

该井的施工深度为 2200 米,采用融冰技术,即使用热钻。此外,使用了一种机械方法,由圣彼得堡大学的科学家改进。用连接到空心管末端的刀具切割冰块。它深入冰川,里面有一个核心,然后向上上升。

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照片中:用于在冰上钻深孔的热钻取芯钻由圣彼得堡矿业大学钻探系开发,并在该大学的实验生产车间制造。现收藏于矿业博物馆

直到 1998 年,俄罗斯专家与他们的法国和美国同事合作在南极洲工作。前者为该项目提供技术支持,为探险队提供必要的辅助设备,而后者则自行组织极地探险者到东方站的运送。在 90 年代的经济危机,然后在俄罗斯肆虐的情况下,这是非常及时和相关的。

上世纪末,外国合作伙伴转移到其他基地。然而,美国人继续为我们的科学家提供运输服务,但他们做了一项“小警告”:根据协议条款,俄罗斯人只能在南极洲从事冰川学研究,而不能进行钻探。事实是,到那时,那些指责俄罗斯使用可能破坏该湖独特生态系统的“肮脏”技术的人的声音开始越来越多地从国外听到。尤其是用于制造煤油、氟利昂和乙二醇的防冻液。

专家们仍然无法自信地回答这些陈述中的更多内容——对项目纯洁性的真诚感受或对我们科学的嫉妒,这再次试图证明其优越性。事实上,到 90 年代末,人们终于清楚地认识到,在未来几年内,除了俄罗斯人之外,没有人能够钻出如此深度的井并从废弃油藏中获取样品。

尽管如此,在 1999 年,地球上最大的冰下湖的钻探被悬挂在距其预定表面约 120 米处。在矿业大学,开始研制一种新型钻井液,并于 2003 年完成。

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© Форпост Северо-Запад

2015年,矿业大学以及北极和南极研究所的一批科学家因开发环保技术的理论基础和技术手段而获得RF科学技术领域政府奖钻探,以及它们在南极冰川条件下的实施。”到那时,他们已经成功地两次渗入湖中,获得了珍贵的古水样本。

科学成果和技术应用前景

“南极冰芯的同位素和冰川学研究结果具有纯粹的实际意义。例如,我们首次设法确定了地球气候变化的周期性,追踪了四个冰期和间冰期。此外,在科学发现层面,微生物的复苏持续时间已被证明超过20万年。首次在南极洲中部获得了冰盖温度状态的数据,为冰川传热传质过程的数学建模奠定了基础。使用热法和机械法钻井的结果使我国在深冰钻探领域处于世界领先地位,”矿业大学副教授安德烈·德米特里耶夫说,他是第 64 届俄罗斯南极探险队 2018/19年。

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© Форпост Северо-Запад / Данил Сербин

使用该技术的前景要广阔得多。例如,美国宇航局专家认为,研究南极洲的岩心是在火星、冥王星、木星的卫星木卫二和其他天体上寻找生命痕迹的第一步,这些天体也有冰川,水体隐藏在这些天体之下。

还有一个为成熟的版本,可以使用独特的钻机和辅助设备,它们在南极洲的恶劣条件下经过“强制测试”。众所周知,在地球的另一边,北极深处,据最保守的估计,大约有4120亿桶石油当量。这些资源的最大份额由俄罗斯、美国和丹麦共享,它们拥有该地区 88% 以上的财富。

在北极钻探井还与在永久冻土条件和对人们不利的气候条件下工作有关。与此同时,专家们的结论也毫不含糊——未来几十年,石油和天然气行业发展的主要驱动力将恰恰是位于北冰洋大陆架或其附近沿海地区的油田。 .这意味着我国在油气生产领域的领先地位的保持将在很大程度上取决于国内技术的可用性,特别是今天在东方站使用的技术。