Первые опыты глубоководного бурения выдвинули перед специалистами немало сложных технических проблем. Основная трудность связана со спецификой работы в морских условиях. Как защитить судно от штормов и тайфунов? Как удержать его на одном месте, чтобы не погнуть и не оборвать длинную нить буровых труб, спущенных на дно? И главное, как менять изношенный буровой инструмент? Твердые прослои кремней, встречающиеся в толще менее плотных осадков, оказались почти непреодолимым препятствием при глубоководном бурении. Даже наиболее прочные алмазные долота крошатся в пыль при встрече с такими прослоями.
На суше для смены долота приходится извлекать из скважины всю буровую колонну. А как сделать это в океане? Кроме того, замененный буровой инструмент снова нужно вставить в устье скважины, скрытое за многокилометровой толщей океанской воды!
Был предложен ряд технических решений для устранения возникших трудностей. Все они, однако, оказались слишком дорогостоящими. Поэтому в 1966 г. проект «Мохол» отложили в сторону. Несколько позднее его заменили новым проектом — «Джоидес», которым предусматривалось объединить усилия пяти научно-исследовательских учреждений США, занимающихся вопросами морской геологии.
Этим проектом уже не ставилось обязательной задачи — достичь мантии Земли, но зато было намечено планомерное и систематическое изучение донных осадков с помощью бурения.
В 1968–1969 гг. в соответствии с проектом пробурили около 150 скважин в Атлантическом и Тихом океанах на глубинах от 2 до 6 км и получили много новых данных о строении океанского дна. Работы проводились на специальном судне «Гломар Челленджер» водоизмещением около 11 тыс. т, оборудованном по последнему слову техники. Предварительно до начала бурения проводились сейсмические работы, чтобы выбрать наиболее подходящее для этого место. Система электронно-вычислительных машин на борту позволяла определять положение судна в море с точностью до 60 м и автоматически удерживать корабль на одном месте при помощи реактивных водометов. Специальное приспособление — «успокоитель качки» и точные сводки погоды, получаемые со спутников, обеспечивали благоприятные условия для работы. Комплект буровых труб давал возможность проходить 700-метровую толщу осадков при глубине океана до 7 км. Механические «руки» помогали поднять, свинтить и развинтить «свечи» труб. Особое устройство периодически извлекало из скважины керн, не поднимая всю буровую колонну. Но по-прежнему главным препятствием при бурении оставались кремнистые прослои пород, которые в большинстве случаев мешали достичь даже базальтового слоя.
Наиболее древние отложения, вскрытые при глубоководном бурении, обнаружены в северо-западной части Тихого океана на подводной возвышенности Шатского. Они относятся к верхнеюрскому периоду, то есть возникли около 150 млн. лет назад. Возраст же «геофизических базальтов» в тех местах, где они все же были достигнуты глубоководными скважинами, оказался довольно молодым — 30–50 млн. лет. Примерно такого же возраста (эоцен) и большинство кремнистых прослоев, встреченных при бурении в Атлантическом и Тихом океанах.
Морские осадки и приборы для извлечения их со дна
Задолго до первых опытов по глубоководному бурению была разработана детальная классификация морских осадков, составлены подробные грунтовые карты многих районов Мирового океана.
Мы уже говорили о первых исследователях морского дна. Им приходилось иметь дело с оборудованием, куда более примитивным, чем современные установки для бурения в океане. На старом «Челленджере»[31] осадки поднимали при помощи драги, которой соскребали со дна верхний слой грунта. В начале XX в. была изобретена ударная трубка Экмана, некоторые модификации которой используются до сих пор. Она позволяла получать колонки осадков длиной в несколько сантиметров, реже — до одного-полутора метров.
Расширение морских геологических исследований потребовало новых, более совершенных приборов. Нужно было создать достаточно надежный, простой и удобный прибор для взятия колонок осадков без нарушения первоначальной слоистости. Задача оказалась нелегкой, но увлекательной, и за нее взялось множество энтузиастов морской геологии. Было найдено немало интересных конструкторских решений. Но не обошлось и без неудач.
В 1947 г. заканчивали оборудование экспедиционного судна «Витязь», ставшего на долгие годы флагманом советского научного флота. Для оснащения «Витязя» потребовались и грунтоотборные трубки. Один из конструкторов предложил трубку, которая должна была врезаться в осадки при выстреле размещенного над ней пушечного аппарата. Такой принцип к тому времени уже использовался французским ученым Ч. Пиго, работавшим в Америке. Но трубка Пиго позволяла брать сравнительно небольшие колонки осадков — немногим более двух-трех метров. Новая модель была рассчитана на колонку значительно большей длины. Испытания проводились на «Витязе» в Черном море, незадолго до выхода корабля в его первый научный рейс. На борт доставили три первых опытных экземпляра трубок, изготовленных с соблюдением самых высоких технологических требований.
И вот наконец первый спуск, выстрел… Через несколько минут на борт подняли обрывок троса, перебитого взрывом.
Отрегулировали систему подвески, уточнили вес заряда. Новый спуск. Вторая трубка. И снова — оборванный кусок троса.
Уменьшен заряд. Взят новый, более толстый трос. Третья, последняя трубка отправилась на дно. Но снова неудача — трубка попала на камень. Корабль передвинулся на новое место. Очередной спуск. На сей раз удачный — трубка после выстрела глубоко вошла в грунт. Начался подъем. Судорожно задрожал натянутый, как струна, трос. Надсадно взвыла лебедка. Но злополучная трубка никак не хотела выходить из грунта. Корабль делал отчаянные рывки — в одну, в другую сторону. Все безрезультатно. Надежный «якорь» прочно привязал его ко дну. Огорченным испытателям ничего не оставалось, как перерубить трос.
К сожалению, подобные неудачи случались нередко. Даже весьма оригинальные конструкции подчас не выдерживали испытаний. Но поиски продолжались, и сейчас существуют десятки различных приборов для взятия осадков с морского дна. Но почти все они сводятся к двум типам. Это либо дночерпатели (ковш типа грейферного, захватывающий верхний слой), либо грунтоотборные трубки, вырезающие из осадков длинный монолит.
Конструкции трубок различны: прямоточные (ударного действия), поршневые, вибропоршневые, гидростатические, забиваемые, стреляющие, реактивные, вращающиеся, насосные, вдавливаемые, всплывающие. Первые три разновидности наиболее распространены. Однако разнообразие конструкций в данном случае не свидетельствует об их совершенстве. До сих пор морские геологи не имеют в своем распоряжении надежных и удобных приборов, позволяющих получать достаточно длинные колонки осадков. Правда, советскими учеными на «Витязе» была получена рекордная колонка длиной 34,5 м. Сейчас в Институте океанологии разрабатывается конструкция вибротрубки, которая позволит получить колонку до 50 м. Но пока что монолиты обычно не превышают 8—10 м в длину.