Буріння льоду
Верстат для буріння БУР-50:
У наш час важко знайти людину, яка б, ні, пов'язувала свої плани відпочинку з рибалкою, особливо зимовою.
Знмий кожен рибалок мимоволі перетворюється на буровика, що свердлає нескінченні лунки в пошуках заповітного містечка, де «клює», щонайменше, не гірше, ніж у сусідів.
Спостерігаючи роботу рибалки-буровики, не втомлюєшся дивуватися його винахідливості. Як тільки їх конструкцій буравів тут не зустрінеш! Саморобні, фабричні, покращені та вдосконалені, фірмові та закордонні. Але мало хто уявляє собі, що буріння льоду — одна зі спеціальних галузей наукових досліджень, від результатів яких залежать наші знання про вічну мерзлоту, про льодовики у високих горах, про льодовики Гренландії, Антарктиди, а в майбутньому — про крижані поверхні ядер комет та супутників планет – гігантів Сонячної системи.
Найбільший обсяг бурових робіт зараз виконується в Антарктиді-найзагадковішому континенті Землі. Колись на його рівнинах і схилах гір, прихованих тепер панцирним шаром льоду завтовшки до чотирьох кілометрів, росли гігантські папороті та могутні тропічні дерева. Крізь нетрі цих рослин пробиралися ящіри та багато інших стародавніх тварин. Вугільні товщі, виявлені в долині льодовика Бнрдмора, досі зберігають скам'янілі залишки тваринного та рослинного світу колись континенту.
Зараз більшість поверхні континенту зайнята крижаним покривом. Льодовики не розтопиш, а якщо навіть людство колись стане здатним вирішити таке складне технічне завдання, навряд чи воно ризикне добровільно на всесвітній потоп. Єдиним засобом проникнути в товщу льоду, пробити крижаний панцир залишається буріння свердловин.
Практика буріння льоду після майже 20-річнихІнтенсивних досліджень Антарктиди дала науку чимало оригінальних технічних рішень, у тому числі термобуріння. Тільки за останні 2 роки глибина свердловин у льодах зросла від кількох десятків метрів до кілометра і більше. І все ж таки до заснування льоду, що лежить на гірських породах центральної частини материка, досі нікому дістатися не вдалося. Тут приходять на допомогу лише непрямі геофізичні методи дослідження крижаних товщ.
Електротермічне буріння спроектовано співробітниками Ленінградського арктичного та антарктичного інституту. Воно засноване на тепловому впливі бурового наконечника на масив льоду в свердловині з одночасним одержанням стовпчика проби льоду. Електротермобуровий снаряд може бурити свердловини діаметром до 110 мм зі швидкістю 6 м/год. Електробуровий пристрій для плавлення льоду показано на рис. 18.
Пристрій включає буровий наконечник конусного перерізу. Усередині конуса укріплені та виведені назовні кільця з міді, що має високу теплопровідність. Між кільцями розташований нагрівальний елемент. Він живиться електроенергією з проводів. При роботі термобур знаходиться в свердловині, заповненій спеціальною рідиною, яка не замерзає при температурі навколишнього льоду.
Різновид конструкції, так звана термоголка, при бурінні неглибоких свердловин показали ще більш високі швидкості буріння, а точніше, плавлення. Устаткування пристосоване для вер-
толітного транспортування. За останніми відомостями про буріння льоду описаним способом, на станції «Схід» найбільша глибина свердловини становила 950 м-коду.
Отримано безцінні наукові результати. Важливими вони є не лише тому, що взяті у маловивченому районі. Крижаний купол Антарктиди — сховище відомостей про умови розвитку природи за багато тисячоліть.Вчені мають матеріали про багаторічні коливання температури льоду та його фізичні властивості. Так, зміна концентрації ізотопів водню та кисню у льоду вказала на аномальне похолодання в Антарктиді, що трапилося 75—100 тис. років тому.
Мікробіологи завдяки бурінню обзавелися повою та несподіваною інформацією. Проби льоду, стерильно запаяні в колби, у спеціально створеній мікробіологічній буровій лабораторії показали можливість збереження охолоджених мікроорганізмів на глибині кілька сотень метрів протягом останніх 8 тис. років. І все це отримано не десь у звичних для нас умовах, а на полюсі холоду! Хто знає, можливо, десь на Марсі Або на інших планетах заморожені, але загиблі мікроорганізми, що зберігають у стані анабіозу сенсаційну інформацію про золотий вік Марса, терпляче чекають на своїх дослідників. Знову вченим знадобиться буріння.
У районі шельфового льодовика Росса, що за 800 км від Південного полюса, американські вчені пробурили 400-метрову свердловину. У неї було опущено телевізійну камеру та спеціальний пристрій для вилучення проб води. На екрані телевізора та в пастці виявилися живі істоти та водорості, поховані у воді понад 120 тис. років тому.
Буріння арктичного льоду набагато швидше складна справа, ніж це уявляється людині, яка раніше з такою справою не стикається. Звичайні гірські породи легше бурити: там кріплення стовбура свердловини потрібно лише у виняткових або особливих випадках. Тут же на буровика чекають найнеприємніші сюрпризи. Наприклад, на станції Новолазаревська під час буріння однієї зі свердловин довелося зустрітися з 200-метровим шаром важкої морської води, переохолодженої до мінус 2,01 °С. Як тільки свердловина розкрила таку товщу, вода кинулась у крижаний ствол, заповнила його ізамерзла, знищивши всі плоди попередньої роботи.
З цієї і з низки інших причин термобуріння не завжди справляється з руйнуванням льоду, і тут приходять на виручку Інші методи буріння, наприклад з продуванням стовбура свердловини охолодженим повітрям. Щоправда, конструкція бурової установки стає більш громіздкою, але й тут інженери знаходять прийнятний вихід із скрутного становища. Нещодавно буріння льоду проводилося звичною буровою технікою з борту одного з науково-дослідних кораблів.
Корабель став не лише буровою установкою, а й упорядкованим житлом для буровиків та потужним джерелом енергії для двигунів бурового агрегату. Умови роботи різко змінилися на краще, оскільки автономна бурова у льодах вимагає найсуворішої економії енергії та палива.
Популярність бурової техніки у наукових дослідженнях не залишила байдужим до неї навіть такого знаменитого французького дослідника-підводника, як Жак-Ів Кусто. Його не здивуєш сучасними новинками дослідницької техніки, проте в запланованій експедиції на Північний полюс він має намір пробурити багатометрову товщу льоду і опуститися в глибини Північного Льодовитого океану.