Gotovo 20 godina trajao je jedan od najambicioznijih znanstvenih projekata bivšeg Sovjetskog Saveza. Cilj nije bio samo probiti rekord u dubini bušenja. Projekt je bio dio šireg nadmetanja Sjedinjenih Američkih Država i tadašnjeg SSSR-a, dviju supersila koje su svoju tehnološku i znanstvenu snagu desetljećima odmjeravale na različitim područjima – od istraživanja svemira i razvoja nuklearnog naoružanja pa sve do pokušaja prodiranja što dublje u Zemljinu unutrašnjost.

Sovjeti su 1970. godine započeli projekt Kolske superduboke bušotine na poluotoku Kola, na krajnjem sjeverozapadu Rusije. Bušenje je tijekom godina dosegnulo dubinu od 12.262 metra, čime je projekt postao najdublja umjetno napravljena točka u Zemljinoj kori prema vertikalnoj dubini. Ipak, ljudi su se približili tek sićušnom dijelu puta prema središtu planeta.

Projekt je na kraju napušten jer su ekstremni uvjeti duboko ispod površine učinili daljnje bušenje iznimno teškim. Pokazalo se da je pokušaj prodiranja u Zemlju daleko složeniji nego što se u početku moglo očekivati.

Čovječanstvo je tek zagrebalo površinu planeta

Na satovima prirode i geografije učimo da Zemlja nije homogena kugla. Naša planeta sastoji se od nekoliko velikih slojeva: kore, plašta, vanjske jezgre i unutarnje jezgre.

Međutim, njihova stvarna dubina teško je zamisliva.

Prosječni polumjer Zemlje iznosi oko 6371 kilometar, što znači da je Kolska superduboka bušotina prodrla tek oko 0,2 posto puta do središta planeta. Na tu je činjenicu u edukativnom videu objavljenom na YouTubeu ukazala znanstvena edukatorica Cleo Abram, objašnjavajući koliko je čovjek zapravo malo uspio prodrijeti u Zemljinu unutrašnjost.

Drugim riječima, iako se više od 12 kilometara čini nevjerojatnom dubinom, u usporedbi s udaljenošću do središta Zemlje riječ je tek o vrlo tankom površinskom sloju.

Temperatura je jedan od najvećih neprijatelja

Jedan od glavnih problema kod pokušaja bušenja prema središtu Zemlje nije samo udaljenost, nego temperatura.

Što se dublje spuštamo, temperatura postaje sve viša. Prema podacima koje navodi National Geographic, temperatura u unutarnjoj jezgri Zemlje doseže približno 5200 °C. To je dovoljno da se gotovo svaki konvencionalni alat suoči s ekstremnim ograničenjima.

Kako bi se moglo nastaviti bušenje prema središtu planeta, bila bi potrebna tehnologija sposobna raditi u uvjetima temperature koja je usporediva s temperaturom na površini Sunca. Upravo je toplina bila jedan od ključnih razloga zbog kojih se sovjetski projekt nije mogao jednostavno nastaviti sve dublje.

Kada su bušači prodirali u Zemlju, nailazili su na sve više temperature, a stijene su se pod ekstremnim uvjetima ponašale drukčije nego pri površinskim uvjetima.

Ni pritisak nije ništa manje ozbiljan problem

Osim temperature, s dubinom dramatično raste i tlak.

Svaki alat koji bi se koristio za prodiranje prema središtu planeta morao bi izdržati golemu težinu stijena koje ga okružuju sa svih strana. HowStuffWorks taj je problem opisao kroz procjenu od čak 6,6 sekstilijuna tona stijena koje bi pritiskale prema unutra.

U takvim uvjetima nije dovoljno napraviti samo iznimno čvrstu bušilicu. Potrebno je osmisliti čitav sustav koji može funkcionirati pri temperaturama i tlakovima kakve ljudska tehnologija u takvim dubinama još nije sposobna podnijeti.

Upravo zbog toga put do središta Zemlje nije samo pitanje izrade dulje bušaće cijevi. Riječ je o problemu koji istodobno uključuje geologiju, fiziku materijala, termodinamiku i ekstremne tlakove.

Što bi se dogodilo kada bismo ipak uspjeli doći do središta?

Cleo Abram u svom je edukativnom videu ponudila i hipotetski scenarij. Zamislimo da čovječanstvo jednog dana razvije alat koji može izdržati sve navedene uvjete i da je moguće neometano prodrijeti sve do središta Zemlje.

Prvi veliki sloj kroz koji bismo morali proći bila bi Zemljina kora. Ona je najtanji od glavnih unutarnjih slojeva planeta, ali njezina debljina nije svugdje ista.

Nakon kore slijedi plašt. On se proteže gotovo 2900 kilometara u dubinu i čini najveći dio Zemljine unutarnje strukture. Zbog kombinacije goleme temperature i pritiska materijal u plaštu ne ponaša se kao obična čvrsta stijena koju poznajemo na površini.

Nakon plašta stigli bismo do vanjske jezgre.

Abram je vanjsku jezgru slikovito opisala kao „tekuću juhu metala“. Riječ je o sloju koji se nalazi na velikim dubinama, a temperature u njemu dosežu nekoliko tisuća stupnjeva. Vanjska jezgra sastavljena je uglavnom od tekućeg željeza i nikla.

Upravo gibanje električki vodljivog materijala u vanjskoj jezgri igra ključnu ulogu u stvaranju Zemljina magnetskog polja. To magnetsko polje štiti naš planet od velikog dijela štetnog Sunčevog i kozmičkog zračenja.

Još dublje nalazi se unutarnja jezgra.

Iako su temperature ondje ekstremne, unutarnja jezgra nije tekuća. Ogroman tlak koji vlada u samom središtu Zemlje drži materijal u čvrstom stanju. Željezo ondje, unatoč iznimno visokoj temperaturi, ne može jednostavno prijeći u tekuće stanje jer ga ekstremni tlak sprječava u tome.

Kada bismo, dakle, nekako uspjeli napraviti bušilicu koja bi izdržala sve te uvjete i prodrijeti do središta planeta, stigli bismo na mjesto na kojem nijedan čovjek nikada nije bio.

Zemlja nije savršena kugla

Da bismo razumjeli veličinu problema, potrebno je najprije razumjeti kakav je zapravo oblik Zemlje.

Naš planet nije savršena kugla. Njegov se oblik u geofizici opisuje kao geoid, odnosno kao oblik koji približno odgovara srednjoj razini svjetskih mora i odražava utjecaj Zemljine gravitacije i rotacije.

Zbog rotacije Zemlje planet je nešto širi na ekvatoru nego od pola do pola. Razlika između ekvatorijalnog i polarnog promjera iznosi približno 43 kilometra, dok je razlika između ekvatorijalnog i polarnog polumjera oko 21 kilometar.

To je vrlo malo odstupanje u odnosu na planet čiji je promjer veći od 12.700 kilometara, ali dovoljno da Zemlju ne možemo opisati kao savršenu kuglu.

Kora nije svugdje jednako debela

Najpovršinskiji sloj planeta je Zemljina kora, odnosno sloj na kojem živimo.

Ona se značajno razlikuje ispod kontinenata i ispod oceana. Kontinentalna kora može dosegnuti debljinu od približno 70 kilometara, dok je oceanska kora mnogo tanja i u prosjeku je debela oko 7 do 10 kilometara.

Kora je pritom tek početak mnogo veće unutarnje strukture. Temperatura raste s dubinom, a u najdubljim dijelovima kore može doseći vrlo visoke vrijednosti, iako su ekstremne temperature od nekoliko tisuća stupnjeva karakteristične tek za mnogo dublje dijelove Zemlje.

Ispod kore nalazi se plašt, koji je podijeljen na gornji i donji plašt. Gornji plašt proteže se od područja ispod kore do nekoliko stotina kilometara dubine, dok se donji plašt proteže sve do granice s jezgrom na približno 2900 kilometara dubine.

S porastom dubine raste i gustoća materijala. Prosječna gustoća Zemljine kore kreće se oko 2,7 grama po kubičnom centimetru, dok je prosječna gustoća cijele Zemlje približno 5,5 grama po kubičnom centimetru. U dubljim dijelovima planeta tlak i temperatura postaju sve ekstremniji.

U samom središtu nalazi se čvrsta jezgra

Nakon plašta dolazi jezgra, koja je podijeljena na vanjsku i unutarnju jezgru.

Vanjska jezgra počinje na dubini od približno 2900 kilometara i proteže se do oko 5150 kilometara dubine. U njoj vladaju temperature od nekoliko tisuća stupnjeva, a zbog kombinacije visoke temperature i tlaka materijal je u tekućem stanju. Gustoća je ondje znatno veća nego u kori i plaštu.

Unutarnja jezgra nalazi se ispod otprilike 5150 kilometara dubine i proteže se do samog središta Zemlje, na oko 6371 kilometar od površine. Temperature se ondje približavaju vrijednostima od oko 5000 do 6000 °C, dok je gustoća materijala još veća.

Ipak, za razliku od vanjske jezgre, unutarnja je jezgra čvrsta.

Razlog je upravo golem tlak. On je toliko velik da atomi željeza ostaju zbijeni u čvrstoj strukturi čak i pri temperaturama koje bi na površini Zemlje bile dovoljne za njegovo taljenje.

Kolsku bušotinu zaustavili su uvjeti koje je čovjek jedva mogao kontrolirati

Sovjetski pokušaj dubokog bušenja pokazao je koliko je malo Zemljine unutrašnjosti čovječanstvo zapravo istražilo izravnim putem.

Kolska superduboka bušotina dosegnula je 12.262 metra, ali projekt nije mogao nastaviti prema središtu planeta. Što su dublje bušili, uvjeti su postajali sve ekstremniji, a stijene i oprema ponašali su se drukčije nego što se očekivalo.

Projekt je nakon gotovo dva desetljeća postupno napušten. Njegov rezultat ipak je ostao iznimno važan za znanost jer je omogućio istraživačima da izravno proučavaju uzorke iz duboke Zemljine kore i bolje razumiju uvjete koji vladaju ispod površine.

Istodobno je postalo jasno koliko je teško fizički dosegnuti čak i mali dio puta prema središtu planeta.

Sve što znamo o dubokoj Zemlji nije dobiveno bušenjem

Zbog toga je važno naglasiti da prikaz Zemljine unutrašnjosti nije jednostavno rezultat čovjekova fizičkog prodiranja u dubinu.

Najdublja bušotina koju smo napravili doseže tek mali dio Zemljine kore. O velikoj većini unutrašnjosti planeta znanstvenici zato zaključuju posredno, prije svega proučavanjem seizmičkih valova, gravitacije, Zemljina magnetskog polja i ponašanja materijala pri visokim tlakovima i temperaturama.

Zbog toga se modeli unutarnje strukture Zemlje ne bi trebali shvaćati kao da je čovjek osobno promatrao svaki od tih slojeva. Oni predstavljaju znanstvene modele temeljene na brojnim neovisnim opažanjima i mjerenjima.

Naša slika Zemljine unutrašnjosti stoga se i dalje može poboljšavati kako dolazimo do novih podataka.

Zemlja je mnogo više od svojih unutarnjih slojeva

Kada unutarnjim slojevima planeta dodamo atmosferu, odnosno njegov plinoviti omotač, hidrosferu koja obuhvaća vodu na Zemlji te biosferu u kojoj postoji život, dobivamo iznimno složen prirodni sustav.

Upravo ta povezanost različitih dijelova planeta pokazuje koliko je Zemlja osjetljiv sustav.

Iako se njezinih više od 12.000 kilometara dubine mogu činiti kao nedostižna granica, još je važnija činjenica da čovječanstvo i dalje poznaje samo vrlo mali dio onoga što se nalazi ispod naših nogu.

Kolska superduboka bušotina zato nije bila samo utrka u postavljanju rekorda. Ona je postala jedan od najupečatljivijih podsjetnika na granice ljudske tehnologije i na to koliko je Zemlja, čak i na vlastitom planetu, još uvijek velikim dijelom nepoznata.