Con người đã xuyên sâu tới đâu vào tâm trái đất?

Lỗ khoan siêu sâu Kola.

Trong khi tàu thăm dò Voyager I đã vượt hơn 16,5 tỷ km để tiến ra ngoài rìa hệ Mặt Trời, hành trình xuyên xuống lòng đất của loài người lại khiêm tốn hơn rất nhiều. Thực tế địa chất cho thấy nhân loại chưa từng và với công nghệ hiện tại cũng chưa thể chạm tới lõi hành tinh. Tuy nhiên, những gì đạt được trong hơn nửa thế kỷ qua vẫn được xem là thành tựu mang tính biểu tượng của khoa học hiện đại.

"Giếng địa ngục" với kỷ lục 12.262 m

Ngày 24/5/1970, Liên Xô khởi động dự án Siêu hố khoan Kola (SG-3) tại bán đảo Kola, với mục tiêu thăm dò cấu trúc sâu nhất của vỏ lục địa. Sau gần hai thập niên bền bỉ, đến năm 1989, mũi khoan đạt độ sâu 12.262 m, con số vẫn chưa bị vượt qua về độ sâu thẳng đứng thực tế (TVD).

Theo dữ liệu từ các báo cáo địa chất, đây vẫn là điểm nhân tạo sâu nhất từng được tạo ra trên Trái Đất tính theo phương thẳng đứng. Để so sánh, độ sâu này vượt qua rãnh Mariana (11.034 m) và cao hơn đáng kể so với đỉnh Everest (8.848 m). Dù vậy, ở đáy hố, đường kính chỉ khoảng 23 cm, tương đương một chiếc đĩa ăn.

Không chỉ lập kỷ lục, dự án này còn làm thay đổi nhận thức địa chất. Theo báo cáo của EarthDate, các nhà nghiên cứu bất ngờ khi không tìm thấy tầng đá bazan ở độ sâu 7 km như giả thuyết ban đầu. Thay vào đó, sự thay đổi vận tốc sóng địa chấn được xác định là hệ quả của đá granite biến chất dưới áp suất cực lớn.

Giếng khoan siêu sâu Kola ở Nga là giếng khoan sâu nhất thế giới, sâu hơn rãnh Mariana và sâu hơn cả chiều cao của đỉnh Everest. Ảnh: Simon Kuestenmacher.

Một phát hiện gây chấn động khác là 24 loài vi sinh vật cổ đại, khoảng 2 tỷ năm tuổi, được bảo tồn ở độ sâu 6,7 km. Điều này mở rộng đáng kể giới hạn sinh tồn của sự sống.

Bên cạnh đó, việc tìm thấy nước khoáng nóng trong các khe nứt ở độ sâu 3-6 km cũng khiến giới khoa học kinh ngạc, bởi trước đó người ta tin rằng áp lực lớn khiến đá quá đặc để nước tồn tại.

Ở đáy hố khoan, nhiệt độ thực tế đạt 180°C, cao gần gấp đôi dự tính ban đầu là 100°C. Mức nhiệt này khiến đá trở nên dẻo như nhựa, liên tục bóp nghẹt và làm hỏng thiết bị. Đây cũng là một trong những nguyên nhân khiến dự án phải dừng lại.

Suốt nhiều thập kỷ, kỷ lục của Kola gần như “bất khả xâm phạm”. Tuy nhiên, gần đây Trung Quốc lại nổi lên như một nhân tố mới với các dự án siêu sâu kết hợp giữa nghiên cứu khoa học và thăm dò năng lượng.

Theo hãng tin Tân Hoa Xã, ngày 20/2/2025, hố khoan Shenditake 1 tại sa mạc Taklimakan hoàn tất ở độ sâu 10.910 m. Đây hiện là hố khoan thẳng đứng sâu nhất châu Á và đứng thứ hai thế giới.

Sun Jinsheng, học giả thuộc Học viện Kỹ thuật Trung Quốc, cho rằng độ phức tạp của việc khoan sâu 10.000 m tương đương với các chương trình thám hiểm Mặt Trăng. Ở độ sâu đó, thiết bị phải chịu nhiệt độ vượt 210°C và áp suất trên 145 MPa, lớn hơn cả áp lực tại đáy đại dương.

Thành quả đáng chú ý của Shenditake 1 là mẫu lõi đá 10.000 m đầu tiên của châu Á, có niên đại khoảng 540 triệu năm. Wang Qinghua, giám đốc điều hành dự án, nhận định rằng việc phát hiện dấu hiệu dầu khí ở điều kiện nhiệt độ trên 200°C đã phủ nhận quan điểm trước đây khi cho rằng hydrocarbon không thể tồn tại trong môi trường khắc nghiệt như vậy.

Nhiệt độ và áp suất khắc nghiệt dưới lòng đất đang đặt ra rào cản lớn cho tham vọng đào sâu hơn nữa của nhân loại. Ảnh: Xinhua.

Tham vọng phá vỡ giới hạn

Trong ngành dầu khí, khái niệm “hố khoan sâu nhất” thường bị nhầm lẫn với “hố khoan dài nhất”. Theo phân tích từ Hiệp hội các nhà địa chất dầu khí Mỹ (AAPG), Kola vẫn giữ kỷ lục về độ sâu thẳng đứng.

Ngược lại, những giếng như Z-44 Chayvo (Nga) hay Umm Al Anbar (UAE) đạt chiều dài hơn 15.000 m. Tuy nhiên, phần lớn quãng đường này là khoan ngang dưới đáy biển để tiếp cận mỏ dầu ngoài khơi. Độ sâu thực tế theo phương thẳng đứng thường chỉ vài km.

Các nhà địa chất học giải thích khoan thẳng đứng khó hơn đáng kể vì nhiệt độ tăng nhanh theo chiều sâu. Bài học từ Kola cho thấy dự báo 100°C có thể trở thành 180°C ngoài thực địa, khiến đá biến dạng, gây áp lực lên thành giếng và liên tục phá hủy mũi khoan.

Giàn khoan Shenditake 1 tại sa mạc Taklimakan đạt độ sâu 10.910 m, trở thành hố khoan thẳng đứng sâu nhất châu Á. Ảnh: Xinhua.

Do đó, để tiến xa hơn mốc 12 km, giới khoa học tin rằng cần từ bỏ phương pháp cơ học truyền thống.Trong bối cảnh đó, Quaise Energy, một startup tách ra từ MIT nổi lên như một hiện tượng vì đang phát triển công nghệ khoan bằng sóng milimet.

Thay vì dùng mũi khoan kim cương, hệ thống này sử dụng gyrotron phát ra chùm năng lượng cường độ cao, làm bốc hơi đá tức thì và tạo lớp vỏ thủy tinh bao quanh thành giếng. Cách tiếp cận “không tiếp xúc” này được kỳ vọng giúp vượt qua rào cản nhiệt độ.

Song, khoan sâu không đơn thuần là cuộc đua lập kỷ lục. Các chuyên gia năng lượng nhận định nếu tiếp cận được nguồn nhiệt ở độ sâu 10-20 km, nhân loại có thể khai thác địa nhiệt siêu sâu, nguồn năng lượng sạch, ổn định và gần như vô tận.

Không giống năng lượng gió hay mặt trời phụ thuộc thời tiết, địa nhiệt hoạt động liên tục 24/7 và có thể triển khai ở hầu hết quốc gia. Trong bối cảnh khủng hoảng khí hậu, đây được xem là một trong những giải pháp tiềm năng nhất để giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.

Ngoài ra, việc tiếp cận các tầng sâu còn giúp cải thiện khả năng dự báo động đất và sóng thần. Bằng cách ghi nhận tín hiệu từ các đứt gãy ở độ sâu lớn, giới khoa học có thể hiểu rõ hơn cơ chế tích tụ và giải phóng năng lượng địa chất, yếu tố quyết định sức tàn phá của thảm họa tự nhiên.

12.262 m là thành tựu lớn nhất của nhân loại thực chất chỉ tương đương khoảng 0,2% quãng đường tới tâm Trái Đất. So với bán kính hơn 6.300 km của hành tinh, những gì con người đạt được mới chỉ như một vết xước mỏng trên bề mặt.