Projekt Mohole: jak Amerykanie chcieli przewiercić się do wnętrza Ziemi z pokładu statku

Statek bez kotwic i dziura, która miała zawstydzić Sputnika

Wyobraź sobie statek dryfujący nad oceanem głębokim na prawie cztery kilometry, bez jednej kotwicy, próbujący utrzymać pozycję z dokładnością do kilkuset metrów, żeby wiertło nie zerwało się gdzieś w drodze na dno. Brzmi jak zadanie z science fiction, a wydarzyło się naprawdę, wiosną 1961 roku, u wybrzeży meksykańskiej wyspy Guadalupe. Ekipa naukowców i inżynierów pod wodzą Amerykanów próbowała tam zrobić coś, czego nikt wcześniej nie zrobił: przewiercić się przez dno oceanu aż do granicy między skorupą ziemską a płaszczem.

Granica ta nazywa się nieciągłość Mohorovičicia, w skrócie Moho, od nazwiska chorwackiego sejsmologa, który ją odkrył w 1909 roku, analizując zapisy fal trzęsienia ziemi. Projekt, który miał tam dotrzeć, nazwano roboczo Mohole, połączeniem słów Moho i hole (dziura). Nazwa przylgnęła na dobre, mimo że sami pomysłodawcy traktowali ją początkowo jako żart.

Bo cała inicjatywa zaczęła się właśnie od żartu, a raczej od nudy. Historia mówi, że pomysł zrodził się w 1957 roku, gdy grupa naukowców zebrana w luźnym, nieformalnym gremium o wdzięcznej nazwie American Miscellaneous Society, przeglądając kolejny nudny wniosek grantowy, zaczęła się zastanawiać, co mogłoby naprawdę poruszyć wyobraźnię opinii publicznej, tak jak robił to wtedy podbój kosmosu. Projekt miał być ziemskim odpowiednikiem głośnego wtedy wyścigu kosmicznego, bo wiercenie na taką głębokość na lądzie nie było wykonalne, za to na otwartym oceanie mantla leżała dużo bliżej dna morskiego.

Dla porównania, pod kontynentami do Moho trzeba by wiercić dziesiątki kilometrów. Pod oceanem, w odpowiednio wybranym miejscu, wystarczyło kilka. To właśnie ta różnica sprawiła, że pomysł z pokładu statku, choć karkołomny technicznie, wydawał się jedyną realną drogą do wnętrza planety.

Jak w ogóle da się wiercić bez kotwicy na środku oceanu

Największym problemem nie było samo wiercenie, tylko utrzymanie statku w jednym miejscu. Na głębokości blisko czterech kilometrów zwykła kotwica jest bezużyteczna, a każdy metr zboczenia z kursu oznacza złamanie rury wiertniczej ciągnącej się kilometrami w dół. Do testów wybrano barkę CUSS I, nazwaną od konsorcjum firm naftowych, które zbudowały ją w 1956 roku: Continental, Union, Superior i Shell Oil, jako poligon doświadczalny dla raczkującego wtedy przemysłu wiercenia na morzu.

Żeby utrzymać ją w miejscu, inżynierowie z Willardem Bascomem na czele zamontowali na burtach cztery duże silniki zaburtowe sterowane wspólnym drążkiem, a pozycję statku namierzano akustycznie względem boi rozstawionych wokół. Tak powstało to, co dziś znane jest jako pozycjonowanie dynamiczne, dzięki czemu CUSS I mógł utrzymać pozycję w promieniu około 180 metrów, co otworzyło drogę do wiercenia na dużych głębokościach. To rozwiązanie, wymyślone na potrzeby czysto naukowego eksperymentu, zostało później przejęte przez cały przemysł wydobywczy i do dziś jest standardem na platformach wiertniczych działających daleko od brzegu.

Wiosną 1961 roku CUSS I wypłynął z San Diego w stronę wód u wybrzeży Guadalupe. Drilling operacje zaczęły się w wodzie o głębokości 3800 metrów, a diamentowy świder przebił się przez 200 metrów osadów i 14 metrów bazaltu, najgłębszej wtedy pozyskanej skały oceanicznej. Jak na pierwszą taką próbę w historii, był to sukces bez precedensu, mimo że do samej granicy Moho brakowało jeszcze wielu kilometrów.

Osiągnięcie było tym bardziej imponujące, że wcześniej nikt nie wiercił w takich warunkach. Rekord głębokości wody, w jakiej dotąd prowadzono wiercenia przemysłowe, sięgał niespełna 400 stóp, czyli około 120 metrów. Ekipa Mohole zwiększyła tę wartość kilkudziesięciokrotnie, i to z platformy, która nie była do niczego przycumowana.

Steinbeck na pokładzie i telegram od prezydenta

Na pokładzie CUSS I podczas wypraw testowych znalazł się John Steinbeck, wtedy już laureat literackiej Nagrody Nobla, prywatnie pasjonat oceanografii. Jego relacja z rejsu ukazała się w magazynie Life w kwietniu 1961 roku i zamieniła niszowy projekt geologiczny w wydarzenie, o którym mówiła cała Ameryka. Steinbeck pisał o bazalcie wydobytym z rdzenia jako o czymś cenniejszym niż jakikolwiek klejnot, jaki mógłby posiadać, a jego entuzjastyczny, obrazowy styl zrobił dla popularności Mohole więcej niż jakiekolwiek oficjalne komunikaty naukowe.

Wcześniej, przy próbach w pobliżu La Jolla w Kalifornii, Steinbeck rzucił też mniej pochlebny, ale zapadający w pamięć komentarz na temat wyglądu samej barki, porównując jej sylwetkę z wieżą wiertniczą pośrodku do przybudówki stojącej na barce ze śmieciami. Nie przeszkodziło mu to jednak dostrzec w całym przedsięwzięciu czegoś znacznie większego, opisując je jako prawdziwą przygodę w stronę odkrycia nowego świata.

Sukces pierwszej fazy odbił się aż do Białego Domu. Po zakończeniu wierceń u Guadalupe prezydent John F. Kennedy wysłał do zespołu telegram, w którym pisał, że sukces wiercenia w niemal 12 tysiącach stóp wody i przebicie się przez skorupę oceaniczną aż do formacji wulkanicznych stanowi niezwykłe osiągnięcie i historyczny kamień milowy w rozwoju nauki i inżynierii. To nie był kurtuazyjny gest polityka. W czasach, gdy Ameryka gorączkowo nadrabiała stratę do sowieckiego programu kosmicznego, każde takie zwycięstwo naukowe miało też wymiar propagandowy.

Prasa entuzjazmowała się nie mniej. Dziennikarze porównywali projekt do podboju kosmosu, tylko skierowanego w głąb planety zamiast w niebo, a publiczne zainteresowanie osiągnęło szczyt w 1962 roku, gdy Kongres przegłosował dofinansowanie projektu kwotą przekraczającą 40 milionów dolarów. Nikt wtedy nie przypuszczał, że ten sam entuzjazm za kilka lat obróci się przeciwko całemu przedsięwzięciu.

Dlaczego "No Hole" i jak to się skończyło

Im dalej w projekt, tym więcej problemów. Kolejne fazy miały doprowadzić do budowy specjalnego statku zdolnego dotrzeć do właściwej Moho, ale koszty rosły w tempie, które przerażało nawet największych entuzjastów. Pierwotny szacunek komitetu AMSOC dla samej fazy pierwszej wynosił 522 550 dolarów, a ostateczny koszt tej fazy przekroczył go ponad trzykrotnie. To był dopiero początek.

Zarządzanie projektem, rozdzielone między Narodową Akademię Nauk, National Science Foundation i prywatnego wykonawcę Brown & Root, zamieniło się w chaos kompetencyjny, dodatkowo podsycany podejrzeniami o polityczne naciski przy wyborze kontrahenta. Do 1963 roku prasa nie oszczędzała projektu, publikując artykuły z tytułami w rodzaju "Project No Hole" czy "How NSF Got Lost in Mohole". Ludzie, którzy jeszcze niedawno czytali Steinbecka z zapartym tchem, zaczęli traktować Mohole jako synonim marnotrawstwa publicznych pieniędzy.

Ostateczny cios spadł w 1966 roku, choć złożyło się na niego kilka czynników naraz. W lutym tego roku zmarł na raka trzustki kongresmen Thomas, główny polityczny opiekun projektu w Kongresie, a bez jego wsparcia Mohole stracił poparcie komisji. Dodatkowym czynnikiem było to, że w połowie lat 60. priorytetem finansowym stała się wojna w Wietnamie. W momencie zakończenia projektu w 1966 roku wydano na niego łącznie 57 milionów dolarów, a najgłębszy z wywierconych otworów sięgnął zaledwie około 183 metrów pod dnem morskim, czyli ułamek promila drogi do właściwego celu.

Do dziś, mimo kolejnych prób prowadzonych już w ramach międzynarodowych programów wiertniczych, dotarcie do próbki płaszcza Ziemi udało się osiągnąć dopiero w 2023 roku, ponad sześćdziesiąt lat po pierwszych próbach z pokładu CUSS I. Sam Walter Munk, jeden z ojców całego pomysłu, przyznał po latach, że przez dwadzieścia lat próbował o Mohole zapomnieć.

Mohole kontra odwiert kolski, czyli dwa różne sposoby na tę samą górę

Warto zestawić amerykański Mohole z jego sowieckim odpowiednikiem, bo to dwie zupełnie inne filozofie tego samego wyzwania. Amerykanie próbowali iść na skróty, wiercąc na oceanie, gdzie skorupa jest cieńsza, ale za to musieli walczyć z żywiołem wody, brakiem stabilnego oparcia i technologią, której jeszcze nie było. Sowieci poszli w drugą stronę: wybrali ląd, Półwysep Kolski, i drążyli przez grubą skorupę kontynentalną, za to z solidnego, nieruchomego podłoża. Historię tego przedsięwzięcia, jednego z najbardziej fascynujących projektów wiertniczych XX wieku, opisaliśmy szerzej w tekście o odwiercie kolskim, który miał sięgnąć 12 kilometrów w głąb Ziemi.

Sowiecki projekt, rozpoczęty w 1970 roku, a więc już po zamknięciu Mohole, dotarł ostatecznie znacznie głębiej niż Amerykanie kiedykolwiek zdołali. Naukowcy z Instytutu Kolskiego osiągnęli głębokość 12 260 metrów, najgłębszego otworu na świecie, w 1989 roku, zanim ostatecznie porzucili dalsze próby w 1992 roku. To wciąż rekord, choć do granicy Moho pod kontynentami zabrakło im, podobnie jak Amerykanom, bardzo wiele. O tym, co działo się w środku tego otworu, gdy temperatura i ciśnienie zaczęły przekraczać wszelkie prognozy, można przeczytać w tekście o tym, jak odwiert kolski niemal zagotował ziemię.

Ciekawe jest też to, co po obu projektach zostało. Mohole, mimo porażki w realizacji głównego celu, dał światu technologię pozycjonowania dynamicznego, bez której nie istniałoby dzisiejsze wiercenie na głębokich wodach, a jego popiołami stał się program Deep Sea Drilling Project, prekursor dzisiejszych międzynarodowych ekspedycji naukowych na oceanach. Kolski odwiert z kolei dostarczył ogromnej ilości danych o skorupie kontynentalnej i jej historii, w tym o skamieniałościach sprzed setek milionów lat, znalezionych na głębokościach, na których nikt się ich nie spodziewał.

Oba te przedsięwzięcia łączy jeszcze jedno: pokazują, jak niewiele naprawdę wiemy o tym, co dzieje się kilka czy kilkanaście kilometrów pod naszymi stopami. Dla porównania, większość odwiertów wykonywanych dziś na potrzeby gruntowych pomp ciepła sięga zaledwie stu, może stu pięćdziesięciu metrów, czyli promila tego, o co walczyły ekipy Mohole i Kola. Warto o tym pamiętać, planując tegoroczne prace przed sezonem grzewczym, bo pod ziemią panuje tam stała temperatura niezależnie od tego, jak bardzo upał daje się we znaki latem. Więcej o tym, dlaczego głębiej zawsze jest chłodniej, piszemy w tekście o tym, dlaczego pod ziemią panuje wieczny chłód w upalne lato. Jeśli zastanawiasz się, ile kosztowałby taki, dużo skromniejszy, ale w pełni sprawdzony odwiert na własnej działce, można to sprawdzić w kalkulatorze wyceny gruntowej pompy ciepła.

Źródła: Scientific Ocean Drilling, from AMSOC to COMPOST - NCBI Bookshelf, The Quest for the Moho - Woods Hole Oceanographic Institution, Project Mohole - Wikipedia, Benchmarks: March 1961: Project Mohole undertakes the first deep-ocean drilling - EARTH Magazine, 2.4 Project Mohole – Scientific Ocean Drilling: Exploration and Discovery through Time (Penn State)