Wie läuft der Bohrvorgang durch die Erde ab?

Wissenschaftler haben einige Vorhersagen über den Prozess des Bohrens in die Erde gemacht, der für Menschen bisher unmöglich war. Die Vorhersagen basieren auf Daten aus anderen Bohrprojekten. Um die Erde mit einem Durchmesser von 12.756 km zu durchbohren, wären riesige Bohrer und jahrzehntelange Arbeit erforderlich.

Die etwa 100 km dicke Erdkruste ist die erste Schicht, die durchbohrt wird. Je tiefer der Bohrer in den Untergrund vordringt, desto höher ist der Luftdruck. Pro drei Meter Gesteinsschicht steigt der Druck um etwa eine Atmosphäre.

Das Kola-Supertiefbohrloch in Russland ist mit 12,2 Kilometern Tiefe das tiefste jemals von Menschenhand gebohrte Bohrloch. Fast 20 Jahre dauerte es, bis es erreicht wurde. Der Druck am Boden des Bohrlochs ist 4.000-mal höher als auf Meereshöhe. Von dort bis zur nächsten Erdschicht, dem Erdmantel, dem 2.800 Kilometer dicken, dichten, dunklen Gestein, das die tektonischen Platten bildet, sind es noch über 80 Kilometer.

In den 1950er und 1960er Jahren versuchten Wissenschaftler, in die Tiefsee zu bohren, um die als „Moho“ bekannte Grenze zwischen Erdmantel und Erdkruste zu erreichen, scheiterten jedoch.

Ein weiteres großes Problem besteht darin, dass das durch die Bohrung entstandene Loch einstürzt, wenn nicht kontinuierlich Bohrflüssigkeit gepumpt wird, um den Druck im Bohrloch an den Druck des umgebenden Gesteins anzupassen. Die bei Ölbohrungen und Tiefseebohrungen verwendete Flüssigkeit ist eine Schlammmischung aus Schwermineralien.

Bohrflüssigkeit reinigt außerdem den Bohrer, um zu verhindern, dass Sand und Kies an der Maschinerie haften bleiben, und trägt zur Temperatursenkung bei, obwohl dies in den innersten Schichten der Erde nicht möglich ist. Beispielsweise erreichen die Temperaturen im Erdmantel 1.410 Grad Celsius, sodass Bohrer aus rostfreiem Stahl schmelzen würden. Daher sind teure Speziallegierungen wie Titan erforderlich.

Der Erdkern ist etwa 2.900 km tief. Der äußere Kern besteht hauptsächlich aus Nickel und flüssigem Eisen und ist mit einer Temperatur von 4.000 bis 5.000 Grad Celsius extrem heiß. Daher verursacht das Bohren durch diese geschmolzene Mischung eine Reihe von Problemen, beispielsweise das Schmelzen des Bohrers durch extrem hohe Temperaturen.

Nach einer Bohrstrecke von 5.000 Kilometern erreicht der Bohrer den inneren Kern, wo der Druck so stark ist, dass er dem 350-Millionenfachen des atmosphärischen Drucks entspricht. Der Bohrer muss einem Druck von etwa 350 Gigapascal standhalten.

Der Bohrer wird während des gesamten Vorgangs durch die Erdanziehungskraft in den Kern gezogen. Da die Erdanziehungskraft in alle Richtungen gleich ist, ähnelt die Gravitationskraft im Kern der Erdumlaufbahn, was zu einem Zustand der Schwerelosigkeit führt.

Selbst wenn der Bohrer die Mitte erreicht, hat er noch einen weiten Weg bis zur anderen Seite vor sich. Die Schwerkraft verändert sich je nach Position des Bohrers, während er sich weiter zur anderen Seite des Planeten bewegt und ihn zurück zum Kern zieht. Umgekehrt muss der Bohrer beim Abstieg gegen die Schwerkraft ankämpfen, während er sich Richtung Oberfläche, zum äußeren Kern, Mantel und zur Kruste bewegt.