Quando ero bambino, mi divertivo a scavare buche nel giardino di casa mia a Cincinnati. Mio nonno scherzava dicendo che, se avessi continuato a scavare, sarei finito in Cina. In realtà, se fossi riuscito a scavare dritto attraverso il pianeta, sarei emerso nell’Oceano Indiano, a circa 1.800 chilometri a ovest dell’Australia. Questo è l’antipodo, o il punto opposto sulla superficie terrestre, rispetto alla mia città.
La Struttura della Terra
La Crosta Terrestre
La crosta terrestre è la parte più esterna del nostro pianeta, una sottile pellicola di roccia leggera. La sua sottigliezza, rispetto al diametro della Terra, è paragonabile a quella della buccia di una mela rispetto al suo diametro. Da bambino, quando scavavo nel giardino, stavo semplicemente grattando la parte superiore della crosta terrestre.
Il Mantello
Sotto la crosta si trova il mantello, uno strato molto più spesso, simile alla polpa di una mela. È composto da roccia pesante e resistente che si muove lentamente, fino a pochi centimetri all’anno. Le rocce più calde si allontanano dal centro della Terra, mentre quelle più fredde vi si avvicinano.
Il Nucleo
Al centro della Terra si trova il nucleo, composto da metallo liquido e solido estremamente caldo. Le temperature qui variano tra 2.500 e 5.200 gradi Celsius. Gli strati esterni della Terra esercitano una pressione enorme su quelli sottostanti, e queste forze aumentano costantemente con la profondità, proprio come accade nell’oceano, dove la pressione nelle orecchie diventa più forte man mano che si scende in profondità.
Sfide e Tecniche di Scavo
Pressione e Stabilità
Quando si scava un buco, le pareti laterali sono sottoposte a una pressione tremenda dalla roccia sovrastante e sono instabili a causa dello spazio vuoto accanto a loro. Le rocce più resistenti possono sopportare forze maggiori, ma tutte le rocce possono cedere se la pressione è sufficiente. Un modo per evitare che le pareti di una fossa crollino verso l’interno sotto pressione è renderle meno ripide, in modo che si inclinino verso l’esterno come i lati di un cono. Una buona regola pratica è fare il buco tre volte più largo della sua profondità.
Esempi di Scavi Profondi
La fossa aperta più profonda sulla Terra è la miniera di Bingham Canyon nello Utah, scavata con escavatori ed esplosivi all’inizio del 1900 per estrarre rame. La fossa della miniera è profonda 1,2 chilometri e larga 4 chilometri. Poiché la miniera è più di tre volte più larga che profonda e le pareti sono inclinate, le pareti della fossa non sono troppo ripide o instabili. Tuttavia, nel 2013, una delle pendenze è crollata, causando due enormi frane che hanno rilasciato 145 milioni di tonnellate di roccia frantumata sul fondo della fossa. Fortunatamente, nessuno è rimasto ferito, ma le frane hanno causato danni per centinaia di milioni di dollari.
Scavare Versus Perforare
Tecniche di Perforazione
La perforazione può raggiungere profondità maggiori più rapidamente rispetto allo scavo, poiché è necessario spostare meno materiale, e la superficie più piccola di un foro di perforazione può essere progettata per resistere a forze maggiori. Le compagnie energetiche perforano regolarmente fino a 5 chilometri sotto la superficie per trovare petrolio e gas.
Il Foro Superprofondo di Kola
Il foro più profondo sulla Terra è il foro superprofondo di Kola nella Russia nordoccidentale, che si estende per 12,2 chilometri di profondità. Fori di perforazione così profondi possono fornire agli scienziati molte informazioni sull’interno della Terra. Tuttavia, il progetto Kola è stato infine abbandonato a causa delle sfide della perforazione, come temperature troppo elevate per il funzionamento delle attrezzature, guasti delle apparecchiature e costi elevati.
La perforazione è un processo tedioso. Una punta di trapano rotante all’estremità di un tubo cavo riempito di fango macina la roccia, penetrando solo pochi centimetri al minuto per le rocce molto dure. Supponendo un progresso costante a questo ritmo, ci vorrebbero centinaia di anni per perforare attraverso la Terra.
Limiti delle Tecnologie Attuali
Sfide Tecnologiche
Man mano che la punta del trapano perfora più in profondità, ci vuole più tempo per sostituire le parti rotte. E i chilometri di tubo di perforazione possono diventare così pesanti che non possono essere ruotati o estratti dal foro. La pressione è anche un problema. Le pareti del foro di perforazione sono sottoposte a una pressione tremenda e tendono a cedere. Il lento movimento del mantello terrestre alla fine causerebbe la piegatura e il collasso di un foro di perforazione. Magma, gas e metallo liquido in profondità nella Terra, sotto una pressione enorme, potrebbero esplodere verso l’alto attraverso il foro di perforazione verso la superficie.
Le tecnologie di perforazione attuali non sono abbastanza veloci o resistenti per perforare attraverso il mantello e il nucleo della Terra. Tuttavia, possiamo ancora meravigliarci di realizzazioni come il foro superprofondo di Kola e la miniera di Bingham Canyon e sognare di estrarre rocce da profondità ancora maggiori.
