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\6q 6'o5n pozzo più profondo

del mondoLa perforazione del pozzo di Kola, giunta ora a 12 000 metri, ha rivelatola causa di una discontinuità sismica e ha contribuito allo sviluppo dinuove tecniche per I'esplorazione profonda della crosta della Terra

T\ al 1970. nelle nude rocce dellaI t Penisola diKola,250chilometriIJ a nord del circolo polare artico,nella regione sovietica di Murmansk, unatorre di trivellazione alta come un edificiodi 27 piani, sta perforando un pozzo nelloscudo continentale baltico. La punta dellatrivella (o scalpello) che è avanzata perpiù di meta percorso in rocce cristalline, èarrivata ora a una profondita di oltre12 000 metri, cosicché il pozzo di Kola è ilpiù profondo del mondo. Supera di granlunga i pozzi, profondi da 1500 a 7000ms1ri, ulilizzsti di solito per I'esplorazio-ne o per I'estrazione di pefolio, carbone,ferro, metalli non ferrosi, diamanti o altrepreziose risorse della Terra,

Il primo obiettivo importante del pozzodi Kola è la comprensione della strutturaprofonda della crosta continentale e delleforze che I'hanno modellata nel corso diquattro miliardi di anni di storia geologica.Le conoscenze attuali derivano in granparte dallo studio di rocce che effioranoqua e la e che nel complesso riguardanocirca 15 000 metri dello spessore totaledella crosta che è in media di 30000 metri.Molte altre informazioni sulla natura dellacrosta n:§costa sono fomite dalla velocitadelle onde sismiche, che aumenta con laprofondita, ma che varia con la composi-zione della roccia attraverso cui Ie onde sipropagano, e dai dati raccolti da strumentia bordo di aerei e di satelliti, che rilevano ilcampo gravitazionate ed elettromagneticodella Terra. Tuttavia nulla può sostituireI'osserya"ione diretta in profondita delestrutture e dei processi che vi hanno luogo.

llpono di Kola ha attraversato 1,4 mi-liardi di anni di storia della Terra, passan-do da rocce del Proterozoico a rocce del-I'Archeano di eta compresa tra 2,5 e 2,7miliardi di anni. Esso ha messo allo scoper-to diversi cicli di formazione della crostaattraverso i quali nuova roccia ignea (ossiaformata per consolidamento di magma) èstata portata nella crosta dal mantello fusosottostante, poi frantumata dall'azionedegli agenti atmosferici e dalle glaciazioni,quindi divisa e ridistribuita in strati sedi-mentari e, infine, riconsolidata in roccia

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di Ye. A. Kozlovsky

cr-istellina per metamorfismo, dovuto alcalore e alla pressione derivanti da succes-sive intrusioni di roccia ignea. I campionidi roccia, portati in superficie con sempremaggiore difficolta aU'aumentare dellaprofondita del pozzo, hanno fornito unmodello termico generale O"r'.r61rrzionedella crosta nell'intervallo di tempo in cuisi sono delineate le principali configura-zioni degli scudi continentali della Terra.la docrmentazione raccolta permette distabilire, per lo meno, che la crosta primi-tiva della Penisola di Kola è granodiorite,una roccia intrusiva con uo contenuto inquarzo un poco inferiore al granito.

Uno dei principali obiettivi del pozzo diKola era quello di attraversare lo strato dicrosta superiore di granito e di arrivare alsottostante basamento roccioao di com-posizione basaltica. I basalti non si trova-no frequentemente in superficie e il pre-sunto basamento basaltico, poi, non sitrova mai sui continenti. Si ritiene che ilpassaggio tra i due tipi di crosta sia indica-to da un brusco aumento della velocitadelle onde sismiche, osservato in tutto ilmondo a profondita intermedie della cro-sta; questa variazione di velocita, nellaPenisola di Kola, awieue a 9000 metri diprofondita. Tuttavia il pozzo di Kola, cheè stato il primo a superare tale limite, al disotto non ha incontrato basalto.

f I pozzo ha invece raggiunto la base di unaL zona anomala di rocce metamorfchedis$egate che aveva incontrato per la pri-ma volta a 4500 metri. Penetrando in que-sta zona il pozo ha incontrato flussi diacqua calda fortemente mineralizzata, sor-prendentemente abbondanti. Quest'acqua(detta «acqua di cristallizzazione») derivadai minerali costituenti le rocce cristalline,viene liberata quando i componenti dellerocce sono §oggetti a fusione e a rictistal-litz^none durante i processi metamorfici esvolge un ruolo fondamentale nella genesidei giacimenti minerari. Di solito que-st'acqua fluisce via dalla formazione me-tamorfica e va a depositare iI suo carico diminerali in una zona più superficiale della6osta. A Kola I'acqua è stata confinata

nello stesso punto in cui è stata liberata dastrati sowastanti impermeabili di rocceigrree spessi 2000 metri. Per risoopingereI'acqua nella roccia sarebbe necessaria unapressione molto elevata che si ha solo amaggiori profondita nella crosta o nelmantello superiore. Poiché la resistenzadella roccia alla fratnrra è solo una frazionedi questa pressione idraulica,; Ia disidrata-zione della roccia è stata accompagnata dauna microfratturazione. Questo fenomenodi disgregazione idrautca della rocciarqetamorfica, mai osservato in precedenza,può avere una funzione significativa nellastruttura dei continenti.

I flussi di acqua mineralizzata rinvenutinella zona di disgregazione, le sottili e bendefinite formazioni sottostanti e la sco-perta di depositi di minerali ad altri |ivellidelpozzo di Kola dimostrano che I'uomo,nella ricerca mineraria, ha appena scalfitola superficie terrestre: immense risorsegiacciono in profondità in attesa di essereraggiunte dalla tecnologia umana.

[-a perforazione del pozzo ha inoltre evi-denziato flussi di gas a tutti i Iivelli. Tra i gasidentificati vi sono elio, idrogeno, amlo,metano e altri idrocarburi, infine anidridecarbonica. Gli elementi leggeri presenti inessi sono derivati della stnrttura cristallinadella roccia in seguito agli stessi processimetamorfici che hanno liberato I'acqua. Lacomposizione isotopica del carbonio sugge-risce tuttavia che le fonti di anidride carboni-ca siano state due, di cui una biogena @nnes-sa alla presenza di microrganismi fossili nellerocce del Proterozoico che risalgono a centi-naia di milioni di anni fa.

f a perforazione del pozzo di Kola harJ inaugurato, in territorio sovietico, unprogramma a lungo termine di sondaggisistematici della struttura profonda dellacrosta terestne, che proseguira nel prossi-mo secolo. Nel 1962, sotto gìi auspici delConsiglio interdipartimentale per lo studiodell'interno della Terra e per le perforazio-ni a grande profondita, geologi e ingegneriminerari hanno cominciato a sviluppare latecnologia per la perforazione e Io studiodei pozzi profondi. Nel 1970 hanno avuto

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Yrcino alla testa del pozzo di Kola sono pronte le aste di perforazio.ne inlegr di altuminio rnoito resistente, cùe verranno a meno r mxno tltilizzs'tel La fotogr*64 è stata ripresa sll'interno delle torr€ di trivellazione,uns stntftu:re dta ckca E6 metri, che si innalza el di sopra della

testa del pozzo e che sostiene la batteria di perforazione, con una capa'cità di cahco di 400 tonnellate. II gruppo motore che è situato al fondodel pozzo è costituito da una turbina che viene azionata dal llusso*d aita pressione del fango di perforazione pompato dalla superlicie.

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.']r:'!La costruzione che ospita la torre di trivellazione si innalza come un edificio di 30 piani nellatundra della Penisola di Kola, 250 chilometri a nord del circolo polare artico. h coperturaprotegge la testa del pozzo dal gelo, permettendo il funzionarnento dell'impianto per tutto ltanno.

I siti scelti per Ia perforazione, destinata a uno studio di vasla portata della crosta lerrestre,punteggiano il territorio dell'Unione Sovietica. Grazie alla tecnologia rnessa a punto nella perfo-razione del pozzo di Kola, profondo 12 000 metri, e del pozzo di §aatly, profo&do 8500 metri,sul Mar Caspio, yerranno perforati tre nuovi pozzi profondi più di 7000 nnefri nelle localita in-dicate nella cartina. Contemporaneamente yerranno perforati pozzi meno profe*rii nei siti indi-cati dai pallini in colore privi di nome. Tutti i pozzi si trovano nei punti d'intersezione di prolilisismici recenti e seryiranno a comprendere la genesi dei depositi di minerali e di idrocarburi.

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inizio le perforazioni a Kola e a Saatly, neldistretto petrolifero di Baku sul Mar Ca-spio, dove 1l pozzo ha raggiunto gli 8500metri. Nel frattempo una prospezione si-smica profonda del territorio sovietico hacontribuito alla scelta dei siti per altri pozziprofondi e superprofondi.

Una migliore conoscenza dela strutturaprofonda della crosta servirà a rovare i me-todi perindividuare ed esplorare depositi diminerali e campi di idrocarburi aprofonditamolto maggiori di quelle raggiunte finora.Infatti, come ha dimostrato il pozzo di Kola,risorse minerarie possono trovarsi anche agrandi profondita. Un obiettivo fondamen-tale di questa impresa di ricerca è quindiquello di sviluppare la tecnologia che per-metta di penetrare nell'interno della Terrafino a 10000-15000 metri.

Q ulla scala gJobale la crosta terrestre èt J piuttosto sottile: solo 35 chilometri suun raggio di 6000 chilometri. Sembra che idati sismici e altri dati di tipo indirettoconfermino l'ipotesi, avaru.ata nel 1926dal geofisico inglese Harold Jeffreys, se-condo la quale la crosta continentale sa-rebbe divisa in tre strati: sedimentario,granitico e basaltico, La correlezione tradensita dei campioni di roccia misurata inlaboratorio e velocità de[e onde sismicheosservata nelle prospezioni, da per le roccesedimentarie, una densità di 1,8-2,5grammi per centimetro cubo e una velocitadi circa cinque chilometri al secondo. Den-sita e velocita aumentano rispettivamentea un valore tra 2,5 e 2,75 gramm percentimetro cubo e tra cinque e sei chilome-tri al secondo nelle rocce granitiche. Incorrispondenza della discontinuita di Con-rad la velocita defle onde sismiche rag-giunge i sei - sette chilometri al secondo;questo valore è stato preso per indicare latransizione allo strato basaltico in cui ladensita è di 2.75-3 grammi per centimetrocubo. Lo strato granitico, costituito daelementi più leggeri, come ossigeno, silicioe alluminio, fu messo in posto nell'Ar-cheano ed è ampiamente sviluppato sullasuperEcie dei continenti. Mentre la crostacontinentale può raegiungere uno spessoredt 70-75 chilometri sotto le catene mon-tuose, la crosta oceanica ha uno spessorecompreso tra i cinque e i 10 chilometri e sipensa che sia costituita dallo strato basalti-co ricoperto da depositi sedimentari.

Si suppone che sotto Ia crosta continenta-le e quella oceanica Ia discontinuita diMohorovièié nella velocita dele onde si-smiche segni la sommità del mantello. Que-stavelocitasale bruscamente a T,8chilome-tri al secondo e aumenta in modoirregolarefino a 1 3,6 chilometri al secondo proceden-do verso il basso attraverso il mantello su-periore (dai 35 ai 300 chilometri), medio(dai 300 ai 950 chilometri) e inferiore (dai950 ai 2900 chilometri). Analogamente ladensita delle rocce del mantello passa da3,3 a 5,9 grammi per centimetro cubo. Inbase a prove dirette,fomite dalle roccevul-caniche, o indirette, fornite dalle meteoritie dai dati geofisici e astronomici, si pemache il rnantello sia costituito da silicati diferro e magnesio fino a 1100 chilometri diprofondita. A profondita maggiori preval-

POZZO OtANASTASTEVSKO- B.TROITSKAYA

. POZZO VICINO AL CASPIO

Pozzo rJ 2 *DI SAATLYJV V,

gono i solfilri e gli ossidi di ferro, rame, zin-co, piombo, mercurio, antimonio e bismu-to, come pure selenio, tellurio, oro, argentoe altri metalli più pesanti. Nel mantellosuperiore la temperaturavada 1000 a I 500gradi centigradi e a quelle profondita laprmsione raggiunge le 100 000 atmosfere.

Per verificare e ampliare la raftrgurazio-ne della crosta della Terra ottenuta con datiindiretti, i geologi aspirano a eseguire per-forazioni che raggiungano la discontinuitadi Conrad e, ancora più in basso, quella diMohoroviéié. La Penisola di Kola è statascelta perché in questa regione lo scudobaltico è rappresentativo delle antiche zollecontinentali granitiche di India, Americasettentrionale, Africa meridionaie, Austra-Iia occidentale. Antartide e Groenlandia. Ilsito si trova inoltre nella regione minerariadi Pechenga dove vi sono giacimenti dirame e di nichel: si sperava che un pozzo inquella zona avrebbe chiarito la genesi diquei giacimenti. La regione, soggetta percentinaia di milioni di anni aglaciazioni e adalterrzione dor.uta agli agenti atmosferici,ha perso per erosione 5000-15000 metridella parte superiore, di strato granitico.Perciò la sezione geologica di 12 000 metriattraversata dal pozzo corrisponde a unostrato continentale «medio» che general-mente si trova tra 8000 e 20000 metri al disotto della super§cie.

I a perforazione del pozzo di Kola hal-r apportato significative innovazionialla tecnologia di trivellazione. Sotto i10000 metri la trivellazione a rotazioneconvenzionale, che fa girare Ia punta dellatrivella ruotando I'intera batteria di perfo-razione, incontra difficoltà insormontabi-li. Il peso di 800-900 tonnellate dell'in-sieme di aste d'acciaio dà origine in super-ficie a sollecitazioni enormi e amplifica leforze che si oppongono alla rotazione dellabatteria. Nel pozzo di Kola una turbina nelfondo, azionata dal flusso del fango diperforazione, fa girare lo scalpello. La ro-tazione della batteria è totalmente elimi-nata o ridotta a pochi giri al minuto quandooccorre potenziare la rotazione dello scal-pello ottenuta con la turbina.

In un pozzo comune il fango di perfora-zione viene pompato dentro la batteria diperforazione per raffreddare lo scalpello easportare i detriti; risale quindi in superficieatEaverso l'intercapedine tra la batteria e laparete del pozo, che contribuisce a mante-nere integra. Nel pozzo di Kola il fango vienepompato verso la rurbina con una pressionedi 250 atmosfere. Un ingranaggio posto sot-to la turbina riduce la velocità di rotazionedello scalpello di tre o quattrovolte rispetto aquella delle trivelle dei normali pozzi, fino aottenere iI valore ottimale di 80-150 giri alminuto, e in corrispondenza aumenta ilmomento di rotazione. Nel sistema di pom-paggio una linea idraulica a retro2done,trt§mettendo gli sbalzi di pressione del fangodi perforazione allavelocità di 1500 metri alsemndo, controlla la rotazione della turbinae della batteria e quindi la velocita e il mo-mento della punta della trivella. Fiitri anti-rumore di un modello particolare garanti-scono un controllo attendibile a una profon-dità di 12000 metri.

La batteria di perforazione, in lega dialluminio molto resistente, pesa solo 400--500 tonnellate e ciò è un grande vantaggioperché, per la sostituzione degli scalpelliconsumati o per recuperare le carote, è ne-cessario estrare e far ridiscendere al fondoI'intera batteria centinaia di volte. Per rag-giungere gli 11000 metri del pozzo di Kola,lasomma delle lunghezze delle aste di trivel-lazione, moltiplicata per tutte le volte cheesse sono passate dalla bocca del pozzo inquesti viaggi di andata e ritorno, ha superatoi 25 milioni di metri. A prescindere dallariduzione del carico che àeve sostenere latorre di trivellazione, il minor peso dellabatteria riduce I'usura della batteria stessa,dellatubazione del rivestimento e della pare-te del pozzo, provocata dall'attrito. L'usurapuò essere notevole perché la perforazionenon procede mai perfettamente verticale. Ilpercorso del pozzo di Kola ha deviato dallaverticale di un valore medio di 5 gradi fino aun massimo di 17 gradi tra 10000 e 10500metri; a questa profondita lo scostamentoIaterale dello scalpello rispetto alla testa delpozzo era di 840 meti (si veda I'ilhstazionea destra nella pagina successiva).

Ilprogetto stesso delpozzo di Koladovevaadeguarsi agli imprevedibili cambiamenti dicondizieni incontrati a mano a mano che loscalpello avarvava verso il basso. Mentre iprimi due chilometri di pozzo vennero rive-stiti (si veda l'iJlustrazione a sinistra nellapagina successiva) fu evidente che a maggio-ri profondità era necessaria una maggioreflessibilita operativa. Perciò, sotto i 2000metri, I'intero pozo fu perforato senza alcunrivestimento.

Agni campione di roccia estratto dalle\-7 profondita deUa Terra ha il suo valore.A mano a mano che il pozzo di Kola siapprofondiva, diventava sempre più diffici-le portare le carote in superficie. Normal-mente una carota di forma cilindrica, con undiametro di 60-80 millimetri, entra nel ca-rotiere a mano a mano che la punta dellatrivella erode l'anello di roccia del fondo; lacarota rimane nel tubo portacarota fino aquando la batteria di perforazione non vie-ne estratta. Tuttavia, a una certa profondi-ta, la roccia «scoppia» per la liberazione diforze interne quando lo scalpello elimina lapressione esercitata dagli strati di rocciasovrastanti, che genera appunto tali forze.Se a questa profondita venisse usata per ilcarotaggio una normale attrezzattra, iframmenti di carota bloccherebbero l'en-trata del tubo portacarota e il 90-95 percento della carota verrebbe frantumato edentrerebbe nel fango di perforazione. Unnuovo dispositivo per il prelevamento delle

I poni, compresi quelli minerari, variano inprofondita a seconda dei giacimenti cercati.Nell'istogramme vengono confrontate le pro-fondità medie (rn grigio) e massime (in colore)raggiunte dai vari tipi di pozzo con quelle delpozzo di Kola e del pozo di Bertha Rogersnell'Oklahoma, Quest'ultimo, che è il secondopozo del rnondo in ordine di profondià, servi-vs a estrarre gag ma Ia perforazione venne ar-restata a 9674 metri di profonditA quando lapunta delh trivella incontrò zolfo rllo stxlo ftrso.

=É.Fl!3tozoIoÉL

POZZODI BERTHA ROGERS,USA

POZZO DI KOLA,UBSS

RISORSE

a PETROLIO E GAS(TERRESTRIE MARINI)

b IDROTERMALI

c CARBONE

d FERRO

e METALLINON FERBOSI

, METALLI NOBILIE DIAMANTI

9 ACOUA DOLCE

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[,o schema mostra iI progressivo restringi-mento del pozzo. fìno a 40 metri fu impiegatouno scalpello con un diametro di quasi unmetro e Ia parete fu rivestita con une tubazio-ne di 720 millimetri di diametro. La perfora-zione proseguì con uno scalpello di 214 milli-metri di diametro. I primi 2000 metri furonopoi allargati e rivestiti con una tubazione di325 millimetri di diametro. A maggior pro-fondita il foro non è rivestito, ma sostenutodalla pressione del fango di perforazione chescorre yerso il basso nelle aste di perfora-zione e risale in super{icie tra aste e parete.

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K_-- 840 M ETRI

--------ll.a traiettoria del pozzo, vista di prcfilo (in alto)e come deviazione orizontale rispetto alla te'sta del pozo (lz 6cssa), si ellontana dalla verti-cale per un massimo di 840 metri a una profon-di& di l0 Sfi) metri. Una certa deviazione delforo di perforazione è inevitabile, ma aurnental'attrito quando le batteria di perforazione vie-ne calatr nel foro o viene fatta risalire per recu-perare le carote o per sostituire gli scatpelticonsumati. §ono stati urilizrsti sensori dotaÉi digiroscopi e di fili a piombo per misurare I'incli-nazione del fom e per manovrare Io scalpelloallo scopo di cercare di ridurre Ia deviazione.

carote, che devia una parte del flusso di fan-go nel tubo portacarota, raccoglie i fram-menti della carota « esplosa» e Ii trasporta inuna speciale «camera», mantenendo cosìlibera I'entrata per altri campioni.

La tecnologia dimostratasi valida nelpozzo di Kola apre la possibilita di effettua-re perforazioni fino a 15 000- 17 000 metri.Tuttavia vanno presi in considerazione altriproblemi. Le normali leghe di alluminioperdono la loro resistenza a temperafurecomprese tra i 1 10 e i 150 gradi centigradi.Noi siamo riusciti a produrre leghe cheresistono fino a temperanrre comprese tra230 e 250 gradi centigradi. Si prevede che lametallurgia delle polveri consentira di rea-lizzareleg§,e di alluminio stabili fino a unatemperatura compresa ta270 e 300 gradic€ntigradi, le quali devono venire prepara-te mano a mano che aumenta la profonditadei pozzi. Per resistere a temperature di 400gradi, riscontrabili a profondita ancoramaggiori, si possono costruire aste di perfo-razione in lega di titanio.' Oltre a risolvere i problemi connessialle temperature elevate, la ricerca tecno-logica per la perforazione profooda deveanche prendere in considerazione pres-sioni che raggiungono le 3000 atmosfere,gli effetti chimici corrosivi di acque for-temente mineralizzate intrappolate nellaroccia, la perdita di stabilta de[a massarocciosa intorno alpozzo e la deviazionedelpozzo dalla verticale. Il recupero dellecarote diventa sempre più probtematico.Per risolvere questo problema è necessa-rio progettare un sistema di carotaggio edi trasporto in super§cie dei campioni diroccia in contenitori a chiusura ermeticache mantengano le condizioni esistenti alfondo del pozzo, compresa Ia saturazionedi acqua e di gas della roccia. Attualmen-te si sta preparando in laboratorio unacamera pressurizzata per simulare le con-dizioni esistenti a 15000-20000 metri diprofondita, cioè temperature compresetra 300 e 400 gradi centigradi e pressionicomprese tra 2000 e 3000 atmosfere.

[,a «storia della Terra» rivelata dal poz-zo di Kola va letta, naturalmente, dal bassoverso l'alto. Nel complesso dell'Archeano,che va dai 12000 ai 6842 metri, il primostadio vede I'accumulo di spessi strati se-dimentari dovuti all'alterazione da agentiatmosferici dei graniti originari, ripetuta-mente intercalati da intrusioni di granitiplutonici. Che questi graniti fossero ricchidi ferro e di titanio è provato dalla concen-trazione di minerali di magnetite e di ilme-nite, che raggiunge il 40-50 per cento dellaroccia a 8711 metri di profondita. Nel se-condo stadio la roccia è stata sottoposta a

ripiegamenti, metamorfismo e ultrameta-morfismo a temPerature comprese tra 750e 900 gradi centigradi e a Pressioni com-prese tra 5000 e 11 000 atmosfere.

Doiché le rocce registrano con elevataI sensibiIta temperatura e pressione, igeologi possono ricostruire attraversoqueste la loro storia. Dallo stesso materia-le proveniente dal mantello, le rocce me-tamorfiche sviluppano una grande varietàdi caratteristiche distintive, ossia «fa-cies», che possono includere comPosizio-

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TUBAZIONE DIRIVESTIMENTOlil ACC{AIO(325 mm DlDIAMETRO)

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INGRANAGGI

ni chiniichdelementari diverse a secondadella pressione e della temperatura almomento della loro formazione.

In generale, il metamorfismo da originea rocce più dense, con un contenuto mi-nore di acqua chimicamente legata, q par-tire da rocce piir idrate . Gli elementi chenon entrano a far parte delle nuove fasicristalline si disciolgono nell'acqua cheviene liberata.

Nelta Penisola di Kola la datrTione conil carbonio radioattivo fissa il culmine delmetamorfismo dell'Archeano tra 2,7 e2,8 miliardi di anni fa; seguirono una pro-fonda erosione provocata dall'acqua e unaccumulo di sedimenti derivati dall'alte-rarione della crosta, dovuta agli agentiatmosferici, in depressioni isolate. In al-cune regioni, soprattutto in Sud Africa,immensi depositi di conglomerati metalli-feri sono associati a tali sedimenti.

Il complesso del Proterozoico, che siestende da 6842 metri di profondita alasuperficie, ha iniziato a formarsi sul basa-mento dell'Archeano 1,1 miliardi di annifa. In questo arco di tempo le rocce regi-srano quattro fasi principali nella forma-zione della crosta continentale. Durante laprima fase, sul basamento dell'Archeano sidepositò materiale wlcanico sedimenta-rio. Gli strati ghiaiosi mostrano bruschicambiamenti di spessore, indice di unadeposizione fluviale in antiche valli. Segui-rono due cicli di plutonismo, il primo deiquali provocò I'intrusione di corpi graniti-ci, privi di elementi metallici, nelle rocceprecedentemente formatesi, che subironodi conseguenza un metamorfismo a bassatemperatura. Nel secondo ciclo il mantellofomì rocce ricche di elementi metallici.Queste intrusioni metallifere diedero luo-go ai giacimenti di solfuro di rame e di ni-chel che affiorano nella regione di Pechen-ga. Nel pozzo di Kola questi depositi sonostati trovati a intervalli, fino a una profon-dità di 1500-1800 metri. Nella quarta faseebbe luogo I'anomalo episodio di meta-morfismo «chiuso» che portò alla disgre-gazione idraulica delle rocce metamorfi-che osservata per la prima volta nel pozodi Kola, nella zona spessa 4500 metri cheattraversra il basamento dell'Archeano.

T e carote mostrano che il contenuto diI- ""qu"

chimicamente legata rimanecostante, intorno al 4 percento, fino a4500metri di profondita. Esso diminuisce quindipiuttosto bruscamentefinoal 2,1 per cento.A questa profondita inizia la zona di disgre-gazione idraulica in cui la microfratturazio-ne provoca un aumento della porosita de[aroccia di tre o quattro volte rispetto allaporosita osservata nelle rocce sowastanti e,di conseguenza, una diminuzione delladensita dela massa rocciosa da 3,1 a 2,9grammi per centimetro cubo. Si calcola cheI'acqua liberata, intrappolata negli intersti-zi della roccia hatturata, abbia fatto au-mentare dell'l,7 per cento il volume totaleiniziale occupato dalla roccia e dall'acqua.L'enorme pressione idraulica esercitata hacausato così la microfratturazione dellaroeia che inizialmente deve aver determi-nato un aumento della porosita di 10 volterispetto a quella degli strati sowastanti.

SEZIONI TRASVEFSALIPREVISTE

=(Eh smo

=Fo6 rcooLo(r.L

8000

12 000200 s00 600 700

SEZIONE TBASVERSALE DEL POZZO (MILLIMETBI)

L,s sezione tresversale del pozzo cambia con la profondità, sebbene il diemetro dello scalpello sia

Émasto costanle. L'istogrammr (a desta) ripoÉa il calibro del foro e diverse profonditl riferitoalt'asse maggiore; la corvr rlppresent! I'endamento medio dei velori. l,r formr Senerrlmenteellittice del foro è dowta r forze compressive diseguali che egiscono nella roccia oriunontrlmente;t'esse minore del fom corrisponde alla direzione in cui h forze è mrggiore. Ir mccir § è frrn.tumate ed è

"scoppieta» lungo l'asse di minore foza, ampliando di conseguenze il foro e produ-

cendo frammenti che sono stgti poi portati in superficie dal frngo di perforezione. La dimen§onedell'efretto prodotto è stata diverse s seconde della pressione esercitrta e del tipo di roccir.

Il limite inferiore di questa zona, a spiegare la natura geologica delle discon-9000 metri, è segnato da un aumento di tinuita evidenziate dai cambiamenti divelocita delle onde sismiche, che non velocita e di riflessione delle onde elasti-evidenzia, quindi, la prevista discontinui- che osservati in tutto il mondo nella parteta di Conrad tra il granito e il basalto, ma superiore della crosta (fino a 15-20 chi-segna semplicemente la fine della zona di lometri di profondita). Inoltre questodisgregazione con il ritorno a rocce di fenomeno porta un cambiamento sostan-densita normale e la cess."ione dell'af- ziale nelle teorie sulla circolazione del-flusso di acque termali nel pozzo. I'acqua nella crosta continentale e sulla

Il valore di uno sguardo diretto all'in- natura dell'idrosfera sotterranea.ternodellaTerraèampiamentedimostra- L'elevato contenuto di minerali delleto da questa scoperta. La disgregazione acque interstiziali e la presenza di gas nelidraulica delle rocce metamorfiche può pozzo dimostrano che nelle rocce cristal-

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POZZO Ot KOLAline a grandi profondita hanno luogo atti-vi processi tra gas e acqua. Di conseguen-za aumentano le possibilita di scoprirenuovi depositi di minerali a quelle pro-fondita. Nella zona di fratturazione che siincontra nel pozzo di Kola i frammenti diroccia sono cementati fra loro da solfuri dirame, nichel, ferro, zinco e cobalto. Latemperatura di formazione relativamentebassa di questi solfuri e la composizioneisotopica dello zolfo, che assomiglia aquella delle meteoriti, suggeriscono chequesti solfuri abbiano avuto origine nelmantello. Quindi in uno spessore notevo-le di crosta continentale vi sono condizio-ni favorevoli alla formazione di giacimen-ti minerari idrotermali.

la misurazione diretta delle temperaturercl pozzn obbliga a rivedere le teorie sulladistribuzione e sul flusso del calore all'inter-no della Terra. Si suppone che in una regionetettonicamente stabile, come lo scudo balti-co, Ia temperatura aumenti con la profonditasolo lentamente, raggiungendo i 50 gradicentigradi a 7000 metri e forse i 100 gradi a10 000 metri. In realtà il gradiente termicomisurato coincide con I'aumento previsto diun grado ogni 100 metri solo fino a unaprofondita di 3000 metri; al di sotto, latemperaturainizia ad aumentaredi 2,5 gradiogni 100 metri e a 10000 metri raggiunge iI 80 gradi. Centinaia di metri cubi di fango diperforazione freddo, pompati nel pozzo,sono tomati in superficie riscaldati a 45 gra-di. Poiché la radioattivita dele rocce attra-versate dal pozo contribuisce solo in modoinsignificante a questo flusso termico, essodeve chiaramente provenire dal mantellosottostante.

Il successo ottenuto con il pozzo di Kola hainfuso nuovoottimismoperquantoriguardala perforazione sistematica profonda e se-miprofonda della crosta terrestre entro iconfini dell'Unione Sovietica (si veda l'illu-strazione.in basso a pagina 76). I siti in cuiperforare i pozi sono stati scelti nei punti diintersezione di una rete di profili sismici.utitizzando i risultati di un vasto programmadi prospezione sismica profonda realizzatonel decennio scorso.

] a perforazione dei pozzi servira, a suar-r volta. a migliorare I'interpretazionedei dati sismici. L'osservazione direttadelle condizioni e lo studio delle caroteprelevate dalpozzo serviranno a stabilire

Gli strati geologici attraversati dal pozzo rb-bracciano 1,4 miliardi di anni di sloria dellaTerra. [,e rocce sedimentarie e vulcanichelrovale fino a 6800 metri di profondità (ingrigio) risalgono al Proterozoico, che iniziò2,4 miliardi di anni fa. Gli strati granitici piùprofondi (in colore) si formarono 2'7 miliardidi anni fa nell'Archeano, il periodo più anticodel lempo geologico. Si pensava che intorno ai9000 metri di profondità, dove si registra unabrusca variazione di velocita defle onde sismi-che, il pozzo passasse da rocce granitiche a unbasamento basaltico. Invece si è scoperto cheil cambiamento di velocità segna il limite infe.riore di una zonr, spessa 4500 metri, di roccedisgregate dalla pressione dell'acqua liberatada minersli cristallini in processi melamorlici'

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PRESSIONE LITOSTATICA(CHILOGHAMMI PER CENTIMETRO OUADRATO)

La pressione litostatica, come risulla dalle mi.surazioni della velocita de[e onde acusticheche attraversano la roccia in vicinanza del foro,spesso non presenla un incremento lineare conla profondità (linea tratteggiala) come è pre.vedibile per un materiale omogeneo. La zonadi pressione anormalmente alta a 3200 metri diprofondità riflette I'elevata densità di stratirocciosi impermeabili. Le pressioni spropor-zionalmente basse tra 4000 e 9000 metri cor-rispondono a una zona di roccia fratturata.

correlazioni esatte tra Ie discontinuitàgeodinamiche della crosta e del mantellosuperiore e le discontinuita e i contattidi struttura e di composizione osservati.Questo lavoro servirà anche a migliorarela risoluzione e la precisione delle regi-strazioni sismiche e quindi ad aumentarela quantità di informazioni che si possonoottenere da osservazioni geofisiche indi-rette. Le anomalie nella propagazione enella velocita delle onde sismiche noncorrelate con dati strutturali raccolti neipozzi possono rappresentare nuovi eimportanti problemi da risolvere.

La perforazione continuera nei pozzi diKola e di Saatly, che saranno utilizzaticome laboratori per studi intensivi sia sul-la dinamica sia sulla struttura della crostain quei siti. I prossimi trepozzi superpro-fondi (più di 7000 metri) verranno perfo-rati a Muruntan, Anastasievsko-Troit-skaya e vicino al mar Caspio. Contempo-raneamente si procederà alla perforazio-ne di sei pozzi profondi (più di 4000 me-tri), tre dei quali in zone ricche di idrocar-buri e gli altri tre in zone ricche di minera-li. In tal modo, oltre a rispondere a fon-damentali quesiti sulla struttura della cro-sta continentale, i profili sismici profondi,combinati con I'osservazione diretta inpozzi profondi e superprofondi, permet.teranno di valutare i principali elementigeotettonici dell'Unione Sovietica, rite-nuti sedi di importanti risorse.

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