Để xuyên qua lớp vỏ, lớp phủ và lõi Trái đất, cần có những mũi khoan làm từ vật liệu chuyên dụng có thể chịu được mức nhiệt và áp suất cực lớn .
Dù con người chưa bao giờ khoan xuyên Trái Đất nhưng các nhà khoa học vẫn có thể đưa ra một số dự đoán về quá trình này dựa trên dữ liệu từ các dự án khoan khác. Đường kính Trái đất là 12.756km. Vì vậy, quá trình khoan xuyên hành tinh đòi hỏi những mũi khoan khổng lồ và hàng chục năm làm việc.
Mô phỏng các lớp của Trái đất. (Ảnh: Bảo tàng Victoria).
Theo Cơ quan Khảo sát Địa chất Mỹ (USGS) , lớp đầu tiên cần được khoan xuyên qua là lớp vỏ Trái đất, dày khoảng 100km . Áp suất khí quyển sẽ tăng lên khi mũi khoan đi sâu hơn vào lòng đất. Theo Doug Wilson, nhà địa vật lý tại Đại học California, Santa Barbara, cứ 3 mét đá tương đương với khoảng 1 áp suất khí quyển – áp suất ở mực nước biển.
Hố nhân tạo sâu nhất hiện nay là hố khoan siêu sâu Kola ở Nga với độ sâu 12,2 km. Ở đáy hố, áp suất lớn gấp 4.000 lần áp suất ở mực nước biển. Các nhà khoa học phải mất gần 20 năm để đạt được độ sâu này và vẫn còn cách lớp tiếp theo của Trái đất, lớp phủ, hơn 80km. Đây là lớp đá dày đặc và sẫm 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 biển sâu để đến được nơi này vào những năm 1950 và 1960 với Dự án Mohole nhưng không thành công.
Một vấn đề mấu chốt là cái lỗ được tạo ra trong nhiệm vụ khoan liên hành tinh sẽ sụp đổ trừ khi dung dịch khoan được bơm liên tục. Khi khoan giếng dầu và vùng biển sâu, dung dịch là bùn chứa các khoáng chất nặng, chẳng hạn như bari. Wilson giải thích, trọng lượng của dung dịch giúp cân bằng áp suất bên trong lỗ với áp suất của đá xung quanh, ngăn không cho lỗ sụp xuống.
Dung dịch khoan còn có hai công dụng khác: Làm sạch mũi khoan để ngăn cát và sỏi dính vào máy móc và giúp giảm nhiệt độ, mặc dù việc giữ cho mũi khoan mát ở các lớp trong cùng của Trái đất là điều gần như không thể. Ví dụ, nhiệt độ trong lớp phủ đạt tới 1.410 độ C. Theo Wilson, thép không gỉ sẽ nóng chảy nên mũi khoan cần phải được làm bằng hợp kim chuyên dụng đắt tiền, chẳng hạn như titan.
Lỗ khoan đã được bịt kín 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 được cấu tạo chủ yếu từ niken và sắt lỏng, cực kỳ nóng ở mức 4.000 – 5.000 độ C, theo Viện Khoa học California. Việc khoan xuyên qua hỗn hợp nóng chảy này sẽ đặc biệt khó khăn.
Damon Teagle, giáo sư địa hóa học tại Đại học Southampton cho biết : “Quá trình này sẽ gây ra một loạt vấn đề” . Lõi ngoài siêu nóng có thể làm chảy mũi khoan, trừ khi bơm nước lạnh xuống. Sau đó, sau 5.000km khoan, mũi khoan sẽ chạm tới lõi bên trong, nơi áp suất rất mạnh nên dù nắng nóng như thiêu đốt, lõi niken và sắt vẫn rắn chắc. Teagle cho biết máy khoan sẽ chịu áp suất khoảng 350 gigapascal, 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. Tại tâm lõi, lực hấp dẫn sẽ giống như trọng lực trên quỹ đạo, dẫn đến trạng thái không trọng lượng. Lý do là lực kéo của khối lượng Trái đất sẽ bằng nhau theo mọi hướng , Wilson giải thích.
Theo Teagle, nếu vượt qua được tất cả những trở ngại trên thì vấn đề lớn nhất khi đến được điểm giữa là vẫn còn một chặng đường dài để đi sang bờ bên kia. Khi mũi khoan tiếp tục hướng về phía bên kia hành tinh, trọng lực sẽ thay đổi tương ứng với vị trí của mũi khoan, kéo nó trở lại lõi. Mũi khoan sẽ phải chống lại trọng lực khi nó hướng lên bề mặt, hướng tới lõi ngoài, lớp phủ và lớp vỏ, thay vì đi xuống.
- Bên dưới “giếng địa ngục” dẫn vào trung tâm Trái đất
- Hố sâu nhất Trái Đất: Được đào 12km sau 24 năm, còn hơn 6300km nữa mới tới tâm Trái Đất
- Cây cổ thụ hồi sinh sau cháy rừng nhờ mầm cây 2.000 năm tuổi
