Năm 1970, dự án hố khoan siêu sâu Kola được khởi động với tham vọng khám phá những bí mật nằm sâu dưới lớp vỏ Trái Đất. Sau hơn 20 năm, các kỹ sư đã đưa mũi khoan xuống độ sâu 12.262m vào năm 1992, lập kỷ lục hố khoan nhân tạo sâu nhất thế giới.

Tuy nhiên, dự án phải dừng lại khi nhiệt độ dưới đáy hố vượt 180 độ C, cao hơn nhiều so với dự kiến và vượt quá khả năng chịu đựng của thiết bị. Kể từ đó, hố khoan Kola không chỉ trở thành dấu mốc trong lịch sử khoa học mà còn gắn liền với nhiều câu chuyện và giả thuyết bí ẩn nổi tiếng.

Gần 45 năm sau ngày dự án Kola khởi động, Trung Quốc đang chuẩn bị viết tiếp chương mới trong cuộc chinh phục lòng đất với một kế hoạch còn tham vọng hơn tại bồn địa Tarim thuộc khu tự trị Tân Cương.

Các tập đoàn Trung Quốc gồm Sinopec và Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Trung Quốc (CNPC) đặt mục tiêu khoan tới độ sâu 15km nhằm nghiên cứu cấu trúc địa chất và tìm kiếm các nguồn tài nguyên nằm sâu dưới lòng đất.

Thách thức kỹ thuật chưa từng có

Để đạt tới độ sâu 15km, Trung Quốc phải vượt qua những rào cản kỹ thuật từng khiến dự án Kola thất bại.

Các mũi khoan thép truyền thống khó có thể chịu được áp suất và nhiệt độ cực lớn ở độ sâu này. Vì vậy, Trung Quốc dự kiến sử dụng mũi khoan kim cương đa tinh thể (PDC), loại vật liệu có độ bền và khả năng chịu nhiệt cao hơn đáng kể.

Kiểm soát nhiệt độ là một trong những bài toán khó nhất. Các kỹ sư dự kiến bơm dung dịch khoan đặc biệt từ mặt đất xuống với nhiệt độ khoảng - 10 độ C nhằm làm mát thiết bị và đưa các mảnh đá vụn trở lại bề mặt, giúp duy trì sự ổn định của giếng khoan.

Những công nghệ cảm biến và truyền dữ liệu hiện đại, vốn chưa tồn tại vào thời kỳ Kola, sẽ đóng vai trò then chốt. Các thiết bị này phải hoạt động ổn định trong môi trường có nhiệt độ lên tới 250 độ C, đồng thời truyền dữ liệu theo thời gian thực về đặc điểm địa chất và tình trạng giếng khoan.

Công nghệ truyền tín hiệu bằng sóng xung, điện từ kết hợp với cáp quang chịu nhiệt độ cao sẽ giúp các kỹ sư theo dõi quá trình khoan gần như từng mét một.

Dự án của Trung Quốc mang tên Shenditake đã có kinh nghiệm trong các hoạt động khoan sâu, song chưa từng thực hiện ở quy mô như vậy.

Bồn địa Tarim được đánh giá là khu vực có cấu trúc địa chất cực kỳ phức tạp với nhiều lớp đá trầm tích và đá biến chất hình thành từ hàng trăm triệu năm trước.

Mỗi tầng địa chất đều có thể tạo ra những thách thức mới, từ việc duy trì độ ổn định của giếng khoan cho tới phát hiện các vùng áp suất cao. Điều này đòi hỏi phải sử dụng các ống chống bằng kim loại chuyên dụng cùng công nghệ trám xi măng tiên tiến.

Độ chính xác trong điều hướng mũi khoan cũng đặc biệt quan trọng. Chỉ một sai lệch nhỏ cũng có thể làm gia tăng ma sát và nhiệt độ, gây ảnh hưởng đến toàn bộ dự án vốn có thể kéo dài nhiều năm.

Điều gì đang chờ đợi ở độ sâu 15km?

Mục tiêu của dự án không chỉ là lập kỷ lục mới về độ sâu khoan mà còn mở ra cơ hội chưa từng có cho khoa học và ngành năng lượng.

Nếu tiếp cận được những lớp đá nằm gần ranh giới giữa vỏ Trái Đất và lớp phủ, hay còn gọi là mặt gián đoạn Moho, các nhà khoa học có thể hiểu rõ hơn về cấu tạo và cơ chế vận động bên trong hành tinh.

Mẫu vật thu được cũng có thể giúp phát hiện những dạng hydrocarbon đặc biệt, chẳng hạn khí methane phi sinh học - loại khí hình thành từ các quá trình địa chất sâu dưới lòng đất thay vì từ sự phân hủy vật chất hữu cơ.

Nếu được xác nhận, phát hiện này có thể làm thay đổi đáng kể hiểu biết hiện nay về nguồn gốc của dầu mỏ và khí tự nhiên, đồng thời mở ra những hướng thăm dò năng lượng hoàn toàn mới.

Một triển vọng khác là khả năng tìm thấy các vi sinh vật cực hạn (extremophiles) có thể tồn tại trong môi trường nhiệt độ và áp suất cực cao.

Những sinh vật này được kỳ vọng sẽ cung cấp manh mối quan trọng về nguồn gốc sự sống trên Trái Đất, đồng thời hỗ trợ các nghiên cứu liên quan đến khả năng tồn tại sự sống trên những hành tinh khác có điều kiện tương tự.

Bên cạnh đó, việc nghiên cứu các lớp đá sâu còn có thể giúp nâng cao khả năng dự báo động đất và hiểu rõ hơn về các quá trình địa chấn, mang lại giá trị lớn đối với những khu vực thường xuyên chịu tác động của hoạt động kiến tạo.