Perforación científica

La perforación científica de la Tierra es un método que utilizan los científicos para explorar los sedimentos , la corteza y el manto superior terrestres . Además de muestras de roca, la tecnología de perforación permite extraer muestras de fluidos connatos y de la biosfera subterránea , principalmente vida microbiana , conservada en las muestras perforadas. La perforación científica se lleva a cabo en tierra por el Programa Internacional de Perforación Científica Continental (ICDP) y en el mar por el Programa Integrado de Perforación Oceánica (IODP). La perforación científica en los continentes incluye perforar hasta el suelo sólido, así como perforar desde pequeñas embarcaciones en lagos. El muestreo de glaciares y capas de hielo gruesas para obtener núcleos de hielo está relacionado, pero no se describirá aquí.

Al igual que las sondas enviadas al espacio exterior , la perforación científica es una tecnología utilizada para obtener muestras de lugares inaccesibles para los humanos. Se han alcanzado profundidades de hasta 2212 m (7257  pies) en la cueva de Veryovkina , la cueva más profunda conocida del mundo, ubicada en las montañas del Cáucaso , en Georgia . Los mineros de oro en Sudáfrica suelen descender a más de 3400 m de profundidad, pero ningún ser humano ha alcanzado mayores profundidades bajo la superficie terrestre. A medida que aumenta la profundidad, la temperatura y la presión también aumentan. Las temperaturas en la corteza terrestre aumentan aproximadamente 15  °C por kilómetro, lo que imposibilita la existencia de seres humanos a profundidades mayores de varios kilómetros, incluso si de alguna manera fuera posible mantener abiertos los pozos a pesar de la tremenda presión. ^{[ 1 ]}

La perforación científica es interdisciplinaria y de alcance internacional. Por lo general, los científicos no pueden emprender proyectos de perforación científica por sí solos. El trabajo en equipo entre científicos, ingenieros y administradores suele ser fundamental para el éxito en la planificación y ejecución de un proyecto de perforación, el análisis de las muestras y la interpretación y publicación de los resultados en revistas científicas.

La perforación científica se utiliza para abordar una amplia gama de problemas que no pueden resolverse utilizando las rocas expuestas en la superficie o en el lecho marino. El Programa Integrado de Perforación Oceánica tiene un amplio conjunto de objetivos de investigación, que pueden dividirse en tres temas principales:

1. La naturaleza de la biosfera profunda y el subsuelo oceánico
2. Comprender el cambio ambiental, los procesos y los efectos.
3. Ciclos y geodinámica de la Tierra sólida

El ICDP se centra en la perforación científica para abordar las siguientes cuestiones sobre la historia, la química y la física de la Tierra y la biosfera:

1. ¿Cuáles son los procesos físicos y químicos responsables de los terremotos y las erupciones volcánicas , y cuáles son las mejores maneras de minimizar sus efectos?
2. ¿Cómo ha cambiado el clima de la Tierra en el pasado reciente y cuáles son las razones de dichos cambios?
3. ¿Cuáles han sido los efectos de los impactos de meteoritos ( bólidos ) en el clima y las extinciones masivas de especies?
4. ¿Cuál es la naturaleza de la biosfera profunda y su relación con procesos geológicos como la maduración de hidrocarburos , la deposición de minerales y la evolución de la vida en la Tierra ?
5. ¿Cuáles son las formas de eliminar de forma segura los residuos radiactivos y otros materiales tóxicos ?
6. ¿Cómo se originan y evolucionan las cuencas sedimentarias y los recursos de combustibles fósiles ?
7. ¿Cómo se forman los depósitos de minerales y menas metálicas ?
8. ¿Cuáles son los principios físicos fundamentales de la tectónica de placas y la transferencia de calor, masa y fluidos a través de la corteza terrestre?
9. ¿Cómo se pueden interpretar mejor los datos geofísicos utilizados para determinar la estructura y las propiedades de la corteza terrestre?

El pozo superprofundo de Kola, en la península rusa de Kola, alcanzó los 12 262 metros (40 230 pies) y representa la mayor penetración en la superficie sólida de la Tierra. El Programa Alemán de Perforación Profunda Continental (DSDP/ODP/IODP ) , a 9,1 kilómetros (5,7 millas), ha demostrado que la corteza terrestre es mayoritariamente porosa. En el pozo 504B del DSDP / ODP / IODP se lograron perforaciones de hasta 2,1 kilómetros (1,3 millas) de profundidad en el lecho marino . Debido a que la corteza continental tiene un espesor promedio de unos 45 km, mientras que la corteza oceánica tiene entre 6 y 7 km, las perforaciones profundas solo han penetrado el 25-30 % superior de ambas cortezas.     

El buque perforador que se ha utilizado durante los últimos 20 años o más, el JOIDES Resolution , perfora sin tubería ascendente. ^{[ 2 ]} La perforación sin tubería ascendente utiliza agua de mar como fluido de perforación principal, que se bombea a través de la tubería de perforación. Esto limpia y enfría la broca y extrae los recortes del pozo, apilándolos en forma de cono alrededor del mismo. ^{[ 3 ]} El nuevo buque perforador japonés, el Chikyu , utiliza una tubería ascendente para la perforación. El sistema de tubería ascendente incluye una carcasa exterior que rodea la tubería de perforación para proporcionar la recirculación del fluido de perforación y mantener el equilibrio de presión dentro del pozo. Un preventor de reventones (BOP) protege el buque y el medio ambiente de cualquier fuga inesperada de gas y petróleo. Esta tecnología es necesaria para perforar varios miles de metros en la Tierra. ^{[ 3 ]}

• Sitio web oficial del Programa Integrado de Perforación Oceánica
• Programa Internacional de Perforación Científica Continental
• Iniciativa estadounidense DOSECC (Perforación, Observación y Muestreo de la Corteza Continental Terrestre)