Điều gì xảy ra nếu đào xuyên từ bên này sang bên kia Trái Đất?

Phó giáo sư khoa học địa chất Andrew Gase (Trường đại học Boise, Mỹ) kể: "Khi tôi còn nhỏ, tôi rất thích đào hố trong sân nhà ở Cincinnati để chơi. Ông tôi nói đùa rằng nếu tôi cứ tiếp tục đào, tôi sẽ đào đến tận Trung Quốc.

Trên thực tế, nếu tôi có thể đào một đường hầm thẳng xuyên qua Trái Đất, tôi sẽ gặp Ấn Độ Dương. Đó là điểm đối diện trên bề mặt Trái Đất tính từ thị trấn nơi tôi ở. Nhưng tôi chỉ có một cái thuổng để đào. Khi gặp phải đá dưới sâu khoảng 1 mét, tôi không thể đào được nữa".

Giáo sư Gase cho biết cấu trúc Trái Đất gồm 3 lớp chính, bao gồm lớp vỏ ngoài cùng là một lớp rất mỏng gồm đá nhẹ.

Độ dày của lớp này so với toàn bộ đường kính Trái Đất thì tương đương với độ dày của vỏ quả táo so với đường kính quả táo. Khi ông đào những cái hố trong sân nhà hồi nhỏ thì chỉ như cào nhẹ vào lớp phủ Trái Đất.

Lớp phủ nằm dưới lớp vỏ thì dày hơn, giống như phần thịt của quả táo. Lớp phủ gồm đá nặng và rắn chắc và mỗi năm lại trồi lên thêm vài xăng-ti-mét vì đá nóng hơn có xu hướng nổi lên trên còn đá lạnh hơn thì chìm sâu xuống.

Phần lõi nằm ở trung tâm Trái Đất là kim loại siêu nóng và lỏng. Nhiệt độ ở đây khoảng 2.500 đến 5.200 độ C.

Các lớp bên ngoài gây áp lực lên các lớp bên trong và càng sâu bên trong càng chịu nhiều lực nén, giống như áp suất lên tai mạnh hơn khi bạn càng lặn sâu xuống nước.

Điều này có ảnh hưởng đến việc đào xuyên qua Trái Đất. Khi bạn đào một cái hố, vách hố chịu áp lực lớn từ lớp đá phía trên, trong khi lòng hố thì rỗng. Hố càng sâu, áp lực lên thành hố càng lớn, và khi áp lực lớn quá thì vách sẽ bị sập, và hố sẽ bị sụp.

Có một cách để ngăn vách hố bị sập là làm cho vách bớt dốc hơn, giống như cạnh của hình nón. Nguyên tắc là làm cho đường kính hố lớn hơn 3 lần so với chiều sâu.

Vách hố không ổn định

Hố lộ thiên nhân tạo sâu nhất trên thế giới là mỏ Bingham Canyon ở Utah, Mỹ. Hố này được đào bằng máy xúc và thuốc nổ vào đầu những năm 1900 để khai thác quặng đồng. Nó sâu 1,2 km và rộng 4 km vuông.

Nhờ tỷ lệ giữa chiều sâu và chiều rộng như vậy nên thành mỏ có độ dốc phù hợp và đứng vững được. Tuy nhiên, vào năm 2013, một trong các sườn dốc của mỏ đã sập, gây ra 2 vụ lở đất lớn khiến 145 triệu tấn đá vụn rơi xuống hố.

Tuy không người nào bị thương nhưng vụ lở đất gây thiệt hại hàng trăm triệu đô-la.

Giả sử bạn đào xuyên qua Trái Đất và kết cấu trong lòng đất hoàn toàn rắn chắc (chúng ta biết không phải như vậy, nhưng đây là giả định đơn giản nhất), độ sâu của một lỗ xuyên suốt hành tinh như vậy sẽ bằng đường kính Trái Đất, và để không bị sập, miệng lỗ phải rộng gấp 3 lần độ sâu.

Rõ ràng việc này là không thể xảy ra và sẽ làm thay đổi hoàn toàn hình dạng của Trái Đất.

Đào so với khoan

Khoan có thể nhanh hơn đào vì không phải vận chuyển nhiều đất đá ra khỏi công trường như đào và diện tích lỗ khoan có thể được thiết kế và gia cố để chịu lực tốt hơn. Các công ty năng lượng thường khoan sâu tới 5 km xuống lòng đất để dò tìm dầu và khí đốt.

Hố nhân tạo sâu nhất thế giới là hố khoan Kola ở Nga, sâu tới 12,2 km, để phục vụ mục đích nghiên cứu về lòng đất, nhưng cuối cùng đã bị bỏ dở do những khó khăn quá lớn trong quá trình khoan, chẳng hạn như nhiệt độ quá cao khiến thiết bị không thể hoạt động.

Bên cạnh đó, việc khoan xuyên qua các lớp vật chất cứng không hề dễ dàng. Kể cả một chiếc máy khoan hiện đại cũng chỉ xuyên qua được vài xăng-ti-mét mỗi phút. Giả sử tiến độ khoan ổn định thì cũng mất hàng trăm năm để khoan xuyên qua Trái Đất.

Áp suất cũng là một vấn đề. Vách lỗ khoan chịu áp lực rất lớn và dễ bị sụp. Chuyển động của lớp vỏ Trái Đất dù chậm nhưng cuối cùng vẫn làm lỗ khoan bị cong lệch và vỡ. Ngoài ra, magma, khí và kim loại lỏng nằm sâu trong lõi Trái Đất, dưới áp suất cực lớn có thể nổ tung qua lỗ khoan và phun trào lên trên.

Như vậy có thể kết luận rằng với công nghệ khoan hiện nay, việc khoan xuyên qua Trái Đất là không thể, nhưng cũng phải nói rằng lỗ khoan siêu sâu Kola và mỏ Bingham Canyon là những thành tựu đáng để nhắc đến cùng với mơ ước chúng ta sẽ có những công trình đạt độ sâu lớn hơn trong tương lai.