لایو ساینس در گزارشی که در این رابطه منتشر کرده، می نویسد که به دلیل فشارها و دمای شدید داخل زمین، سفر به لایه های زمین و ترک آن سوی آن تنها در داستان های علمی تخیلی امکان پذیر است. با این حال، دانشمندان بر اساس تجربیاتی که از طریق پروژه‌های حفاری به دست آورده‌اند، ایده‌ای تقریبی از این دارند که وقتی زمین را حفاری می‌کنیم، چه شگفتی‌هایی در انتظار ماست.
بر اساس بهترین گزارش ها قطر زمین 12 هزار و 756 کیلومتر است. بنابراین، حداقل در تئوری و روی کاغذ، ما به یک مته بسیار بزرگ برای حفاری در عمق زمین نیاز خواهیم داشت و چندین دهه طول می کشد.
طبق گزارش سازمان زمین شناسی ایالات متحده، اولین لایه ای که در حفاری با آن مواجه می شویم، پوسته زمین است که حدود 100 کیلومتر ضخامت دارد.
اولین نکته این است که با حرکت مته به عمق زمین، فشار اتمسفر افزایش می یابد. داگ ویلسون، ژئوفیزیکدان دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا، به LiveScience گفت که هر سه متر سنگ معادل حدود یک فشار اتمسفر است، یعنی فشار در سطح دریا.
او می گوید: «وقتی از عمق چند کیلومتری صحبت می کنید، این افزایش فشار خیلی سریع اتفاق می افتد. عمیق ترین حفره دست ساز چاه فوق عمیق کولا در روسیه است که عمق آن 12.2 کیلومتر است و فشار در عمق آن چهار هزار برابر فشار در سطح دریا است.
گزارش جهانی اطلس نشان می دهد که رسیدن دانشمندان به این عمق 20 سال طول می کشد و طبق اعلام سازمان زمین شناسی آمریکا، این عمق هنوز 80 کیلومتر با لایه بعدی یعنی گوشته فاصله دارد. گوشته زمین لایه ای از سنگ تیره و متراکم به ضخامت 2800 کیلومتر است که زمین ساخت صفحه ای را به حرکت در می آورد.
مرز بین گوشته و هسته موهو نامیده می شود که از اصطلاح ناپیوستگی موهورویچیک گرفته شده است. دانشمندان برای اولین بار در دهه 50 و 60 در قالب پروژه “موهول” سعی کردند زمین را از بستر دریا کاوش کنند، اما تلاش آنها ناکام ماند.
سوراخی که در تلاش برای حفاری در زمین ایجاد می شود، فرو می ریزد مگر اینکه مایع حفاری را به طور مداوم به داخل سوراخ پمپ کنیم. در حفاری های عمیق دریا و چاه های نفت، این سیال مخلوطی از گل و به عبارتی حاوی مواد معدنی سنگین مانند باریم است.
به گفته ویلسون، در واقع وزن سیال، فشار داخل حفره را با فشار سنگ اطراف متعادل می کند و از فروریختن حفره جلوگیری می کند. در عین حال، مایع حفاری دو نقش دیگر نیز ایفا می کند: مته را تمیز می کند تا شن و ماسه به ماشین آلات نچسبد و به کاهش دما کمک می کند. اگرچه خنک نگه داشتن مته در درونی ترین لایه های زمین تقریبا غیرممکن است.
دمای گوشته حدود 1410 درجه سانتیگراد است که در این دما فولاد ضد زنگ نیز ذوب می شود. بنابراین مته مورد استفاده برای این کار باید از آلیاژ گران قیمت خاصی مانند تیتانیوم ساخته شود.
مته پس از عبور از گوشته، در نهایت در عمق حدود 2896 کیلومتری به هسته زمین می رسد. به گفته آکادمی علوم کالیفرنیا، هسته خارجی زمین عمدتاً از آهن مایع و نیکل ساخته شده و بسیار داغ است و دمای آن به حدود چهار تا پنج هزار درجه سانتیگراد می رسد. بنابراین، حفاری داخل این مخلوط داغ و مذاب آهن و نیکل بسیار دشوار خواهد بود.
دیمون تیگل، استاد ژئوشیمی در دانشگاه ساوتهمپتون در بریتانیا، به LiveScience می گوید که این مشکلات بسیاری را ایجاد می کند. هسته بیرونی داغ کار حفاری را شبیه به حفاری در مایع می کند. مایعی که احتمالاً مته را ذوب می کند مگر اینکه آب سرد به پایین پمپ شود.
علاوه بر این، با رسیدن به عمق پنج هزار کیلومتری، مته ما به هسته داخلی خواهد رسید. جایی که فشار آنقدر شدید است که با وجود دمای سوزان، هسته نیکل-آهن جامد باقی می ماند. به گفته تیگل، فشار آنقدر زیاد است که تصورش سخت است. چیزی حدود 350 گیگا پاسکال یا به عبارتی 350 میلیون برابر فشار اتمسفر.
گرانش زمین در تمام این مدت مته را به سمت هسته پایین می کشد. در واقع، گرانش در مرکز هسته مشابه حضور در فضا خواهد بود. به عبارت دیگر حالتی شبیه بی وزنی. به گفته ویلسون، دلیل این امر این است که در این صورت، گرانش جرم زمین در همه جهات برابر خواهد بود.
سپس با ادامه حرکت مته به سمت دیگر زمین، کشش گرانش نسبت به موقعیت مته تغییر می کند و در واقع آن را به سمت هسته و پایین می کشد. از اینجا به بعد، مته باید در برابر جاذبه مقاومت کند و در مسیر خود به سطح زمین از هسته خارجی، گوشته و پوسته عبور کند. از این رو، رسیدن به مرکز هسته زمین تنها نیمی از داستان است. بزرگترین مشکل زمانی شروع می شود که فرض کنیم می خواهیم به حفاری ادامه دهیم تا به آن سوی زمین برسیم.