El pozo más profundo de la Tierra

El pozo más profundo de la Tierra

En la península de Kola, cerca de la frontera con Noruega, se encuentra el pozo más profundo perforado jamás por el hombre. El objetivo inicial de los soviéticos era llegar hasta los 15.000 metros de profundidad tomando muestras y realizando mediciones que permitieran entender un poco más la naturaleza de la corteza terrestre. Años más tarde, no sería de estos resultados de los que se harían eco los tabloides, sino del supuesto descubrimiento del mismísimo infierno.

Exterior del pozo

Aunque es posible dibujar una sección detallada de la Tierra, esta está basada puramente en métodos geofísicos indirectos, en su mayoría métodos sísmicos. Mientras no se puedan realizar comprobaciones directas, siempre quedará un cierto grado de incertidumbre. En cierta manera, el conocimiento del interior de la Tierra es similar al que podríamos tener del cuerpo humano si todo su estudio se hubiera limitado a su observación a través de rayos X, pero jamás se hubiera examinado su interior.

Se sabe que las aéreas continentales de la corteza terrestre tienen un grosor medio de unos 30 km, grosor que se reduce a entre los 5 y 10 km bajo los océanos. En ambos casos, la corteza se encuentra situada sobre otra capa llamada manto, que puede ser detectada porque transmite las ondas sísmicas a una velocidad mucho mayor que la corteza. Si bien esa velocidad también varía dentro de la misma corteza.

Los soviéticos escogieron para la perforación de su pozo superprofundo un lugar en la inhóspita península de Kola, cerca de una explotación minera de níquel próxima a la superficie. En parte, el lugar se escogió para comprobar si existían otras vetas de ese mineral a profundidades mayores, como así fue. El 24 de mayo de 1970 comenzó la perforación. Mientras, se construía en torno al pozo una especie de colonia industrial para los trabajadores e ingenieros, todo para mantener la perforación activa las 24 horas del día.

El objetivo inicial era ambicioso, alcanzar los 15.000 metros de profundidad. Paradójicamente, aunque pueda parecer una gran profundidad, no dejaba de ser poco menos de un 1% de la distancia al centro de la Tierra. Los primeros cuatro años, la perforación avanzó rápidamente y el pozo alcanzó los 7.263 metros. En dos años más ya se habían superado los 9.583 metros, la profundidad del pozo que era hasta esa fecha el más profundo, el Bertha Rogers, en Oklahoma.

La broca de 4 conos, también las había de 6

Conceptualmente, perforar la tierra es fácil. Un taladro rotatorio es colocado dentro de un pozo y va destruyendo el fondo del agujero y así el pozo se va haciendo más y más profundo. Diferentes fluidos se hacen circular por el taladro con el fin de refrigerarlo. Cuando el taladro se gasta, se cambia. Aunque lo esencial era bien conocido, la perforación a grandes profundidades lo complicaba todo.

Hasta los 7.000 metros, los soviéticos pudieron emplear equipos estándar provenientes de la industria petrolífera y gasística. A partir de ese punto, al no existir ningún referente anterior de perforación a esas profundidades, se tuvieron que desarrollar nuevas técnicas y maquinaría, utilizando el método de prueba y error. Los soviéticos tuvieron que afrontar numerosas dificultades, aunque el principal problema que se encontraron fueron las altas temperaturas a las que tenía que trabajar la broca, lo que hizo que se tuvieran que idear sistemas de refrigeración y brocas capaces de trabajar a más de 300 grados.

Para continuar con la perforación, se tuvo que diseñar una nueva perforadora, la Uralmash 15000, especialmente ideada para la perforación a altas profundidades. Se trataba de una turbo perforadora (turbodrill, en inglés) , un invento perfeccionado por los soviéticos a finales de la década de 1940. A diferencia de las perforadoras tradicionales de rotación, en este sistema la columna de perforación se mantiene inmóvil y sólo gira la broca montada en el extremo inferior, reduciéndose así la tensión a la que es sometida toda la columna. Un mecanismo hidráulico hace girar la broca por la acción del lodo bentonítico a presión que circula a través de ella y que es bombeado desde la superficie.

Sala de control de la perforación

Sin embargo, el sistema también tiene desventajas. La más importante es el desgaste que sufren las brocas, que giran a más revoluciones que en un sistema rotatorio. Este desgaste, unido a la menor calidad de los materiales que solían usar los soviéticos, hacía que el tiempo dedicado a la substitución de las brocas y otras tareas de mantenimiento redujera el tiempo efectivo de perforación y, en definitiva, fue uno de los factores principales que hizo que la mayoría de perforaciones soviéticas fueran mucho más lentas que las occidentales.

Otro problema que se encontraron los ingenieros de Kola, en este caso debido a la gran profundidad del pozo, fue el del propio peso de la columna de perforación. Pese a utilizarse aleaciones ligeras de aluminio, la columna, de 147mm de diámetro, junto con el lodo de perforación pesaba más de 200 toneladas. En el caso del pozo de Kola, se utilizaron tres tipos diferentes de aleaciones de aluminio, para la sección más profunda, una adecuada para las altas temperaturas, mientras que la de la parte superior otra que primaba la resistencia.

Otro avance que se empleó en la perforación del pozo fueron las brocas retráctiles. Un sistema que permite cambiar de broca ya sea para adecuarse a la dureza de la roca o cuando se desgastan, sin necesidad de extraer toda la columna de perforación. Lo cual permitía reducir substancialmente el tiempo necesario para este tipo de operaciones.

Los ingenieros de Kola también tuvieron que idear aparatos especiales para realizar mediciones físicas directamente en el fondo del agujero, antes de que las muestras de roca (los “cores”) fueran subidas a la superficie. De manera similar a como ocurre con los peces que viven a grandes profundidades, que cuando son subidos a la superficie tienden a explotar, cuando las muestras de roca eran sacadas a la superficie se deformaban debido a sus elevadas presiones internas.

Secciones de tubería de la columna de perforación

Cuando ya se llevaba casi 13 años de trabajos, en 1983, la perforación alcanzó los 12.000 metros, pero los trabajos se detuvieron. Se aproximaba el Congreso Internacional de Geología, que ese año tocaba celebrar en Moscú. El congreso dedicó un monográfico al pozo de Kola, durante el que se hicieron públicos algunos de sus descubrimientos. La pausa duró todo el año y parece ser que contribuyó a la fatídica avería del 27 de setiembre de 1984. Ese día, durante la maniobra de retirada de la corona del taladro, este se atascó, presumiblemente, porque la columna de perforación quedó atrapada en una sección elíptica del agujero. Todos los intentos para resolver el atasco tratando de subir la columna resultaron inútiles.

Al final, la tensión a la que se vio sometida la tubería acabó provocando su rotura a los 7.000 metros de profundidad. La rotura ocurrió en una parte cavernosa (zonas en las que el diámetro del pozo es muy superior al diámetro nominal del taladro) del agujero y la parte superior de la columna se desvió. Los intentos para volver a conectar con la sección perdida de la tubería resultaron infructuosos. Se habían perdido 5 años de trabajo, 5.000 metros de tuberías habían quedado atrapados en el fondo del pozo.

Ante esta situación, se decidió que antes de continuar con la perforación era necesario hacer el agujero más ancho y colocar un “envoltorio”, una tubería exterior, para estabilizar las secciones cavernosas de la parte superior del pozo, que eran las más inestables. El diámetro del pozo se amplió hasta los295mm de diámetro y se colocó una tubería exterior de 245mm hasta los 8.000 o 9.000 metros de profundidad. Durante la operación para hacer más ancho el pozo, a la profundidad de 7.000 metros, el taladro se desvió de su anterior trayectoria y se continuó perforando un nuevo pozo lateral de 295mm de diámetro. Una vez se acabó de colocar la tubería exterior, la perforación siguió con un diámetro de 215.9mm.

Se tardarían casi 5 años en llegar a la profundidad anterior a la rotura, pero en 1989 se llegó a los 12.262 metros. Durante ese año, se esperaba que el pozo pudiera alcanzar los 13.500 y en otros cuatro años más, los 15.000. Sin embargo, las temperaturas que se estaban encontrando durante la perforación eran muy diferentes de las esperadas. A diferencia de lo ocurrido durante los primeros 3 kilómetros de perforación, en los que la temperatura coincidía con las predicciones (apenas un grado de incremento por cada 100 metros), a partir de esa profundidad, el incremento de la temperatura empezó a ser mucho más rápido.

Broca retráctil en modo funcionamiento y en modo de “transporte”. Foto original Aquatic Company

A los 10.000 la temperatura alcanzaba ya los 180 grados, mucho más de los 100 que se habían pronosticado. De seguir así la progresión, la temperatura a 15.000 metros de profundidad hubiera sido de unos 300, lo cual hubiera impedido al taladro trabajar. Con estos datos se consideró imposible continuar con la perforación y en 1992 se decidió detener los trabajos.

En otras perforaciones de alta profundidad también habían aparecido discrepancias entre temperaturas esperadas y encontradas. Este había sido el caso de una perforación llevada a cabo en Azerbaiyán, también por los soviéticos. Aunque, en ese otro caso, las divergencias se produjeron a la baja, a 7.500 metros de profundidad la temperatura era de 133, por debajo de los 150 previstos, aunque, en esa ocasión, los científicos achacaron las diferencias a la ausencia de actividad magmática en la zona.

Pese a todo, la perforación de Kola se podía considerar un éxito. Se había atravesado un tercio de la corteza continental báltica, que se supone que es de unos 35 kilómetros de grosor, y había permitido sacar a la luz piedras de 2.700 millones años de antigüedad. Los científicos habían llevado a cabo numerosos estudios geofísicos sobre la estructura profunda de la placa báltica, las discontinuidades sísmicas y el régimen termal de la corteza terrestre.

Pero uno de los descubrimientos más fascinantes fue el hecho de no encontrar cambio de velocidades sísmicas en la hipotética transición entre granito y basalto dentro de la corteza. Este hecho tiró por tierra la teoría del geofísico Harold Jeffreys, y que hasta la fecha era aceptada como hipótesis de trabajo por la mayoría de geólogos. Según la teoría del británico, el “salto” de velocidad de propagación sísmica dentro de la corteza se debía al paso del granito al mucho más denso basalto.

Sorprendentemente, a esa profundidad se encontró una capa de roca metamórfica, que se extendía entre los 5 y 10 kilómetros de profundidad. Era precisamente en el fondo de esta capa donde se producía el esperado cambio de velocidad de propagación. Además, las rocas de esta capa se encontraban muy fracturadas y saturadas de agua. Encontrar agua a esas profundidades también resultó del todo inesperado. Los geólogos creyeron que ese agua, a diferencia del agua superficial, debía provenir de minerales de las capas más profundas de la corteza, pero que le había resultado imposible llegar a la superficie por culpa de alguna capa de roca impermeable.

Otro descubrimiento inesperado fue la gran cantidad de hidrógeno, que contenían los lodos extraídos. Los lodos parecían hervir por el hidrógeno que se escapaba de ellos. También resultó sorprendente comprobar que la densidad de las rocas bajaba a grandes profundidades. Cerca de la superficie, la densidad tiende a crecer con la profundidad, pero a una profundidad de unos 4.500 metros se registró un repentino descenso de la densidad y un incremento de su porosidad y permeabilidad.

Sello soviético conmemorativo del Pozo Superprofundo de Kola, 1987

Según Yuri Yakolev, un geólogo que trabajó en Kola, no se esperaba encontrar pruebas de vida a grandes profundidades. Sin embargo, a medida que la broca iba penetrando a través de capas alternativas de rocas ígneas, se encontraron, aparte del agua, acumulaciones de gas y algunas sales de iodo y bromo. Incluso cuando se alcanzaron los 6.000 metros se encontraron fósiles microscópicos, entre los que se identificaron 24 especies distintas de plancton.

Sin quitar importancia a estos descubrimientos, resulta un tanto paradójico que pese a todo el esfuerzo y los años de perforación decicados, muy a menudo la mayoría de geólogos occidentales no usen ni hagan referencia a los datos y mediciones de Kola, sino que prefieren los del pozo alemán KTB, de sólo 9.121 metros. Tal vez, porque los resultados de Kola no fueron nunca presentados de manera sistemática a los científicos occidentales. Tal vez, porque la principal razón para la construcción del pozo no era ningún objetivo científico en particular, sino el triunfo de conseguirlo.

En la actualidad, el pozo es gestionado por una empresa estatal rusa, que mantiene operativo un laboratorio geológico profundo, a 8.578 metros de profundidad y 214 mm de diámetro. Su futuro no está del todo claro y parece ser que se ha barajado su destrucción.

PS: Parece ser que el pozo de Kola sirvió de inspiración para la leyenda urbana de “El Pozo al Infierno”. En 1989 la Trinity Broadcasting Network, una red de televisión americana de inspiración cristiana, se basó en informaciones aparecidas en periódicos finlandeses para informar de la existencia de una perforación en el Óblast de Murmansk (el mismo en el que se encuentra la península de Kola), tan profunda que durante su perforación habían llegado al mismísimo infierno.

Según la leyenda, los rusos habían perforado un agujero de 14.5km de profundidad antes de encontrarse con una cavidad. Intrigados por el extraño descubrimiento, decidieron bajar unos micrófonos muy resistentes al calor hasta la caverna. La temperatura allí abajo era de 1.100 grados y entre las llamas se podían escuchar voces humanas chillando.

Fotos originales (excepto la del sello y el taladro retráctil): Kola Institute, via wired.com

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+info:

- Pozo Superprofundo Kola en es.wikipedia.org en.wikipedia.org

- Russians plan dramatic expansion of effort in Earth drilling in The New York Times

- Advanced drilling solutions By Yakov A. Gelfgat, Mikhail Y. Gelfgat, Yuri S. Lopatin in googlebooks

- Horizonte de Pilar Benejam en googlebooks

- Technology and Soviet Energy Availability (PDF) by Congress of the United States

- The World's Deepest Hole by Larry Gedney in Alaska Science Forum

- The Deepest Hole in Damn Interesting