¿Cómo podrías cavar un agujero a través del manto fluido de un planeta?

La Cuestión del Túnel a través de un Planeta muele mi mente.

¿Cómo podrías cavar un Agujero a través del manto fluido de un planeta?

¿Sus paredes no se romperían y colapsarían constantemente sobre usted después de los 15-20 km de la corteza?

¿Sería uno recto, en espiral o algo totalmente diferente?

El manto de la Tierra no es fluido. El núcleo interno de la Tierra es fluido.

Respuestas (5)

Tiene varios problemas aquí, supongamos que los logísticos están todos resueltos (como ya lo están para los túneles de larga distancia) y solo concéntrese en los de ingeniería.

Tienes seis problemas con un túnel a través del magma:

  • haciendo el agujero
  • La temperatura
  • Presión
  • Fugas
  • Actividad sísmica
  • Corrientes

haciendo el agujero

En realidad, hacer el agujero es más fácil en el área del líquido, suponiendo que pueda ejercer suficiente fuerza, simplemente puede empujar el manto de líquido fuera del camino y fluirá. El problema es evitar que vuelva a llenarse.

La temperatura

El manto tiene una temperatura que oscila entre los 500°C y los 4000°C. (Algunas investigaciones sugieren que el núcleo puede incluso alcanzar los 6000°C). Incluso el tungsteno se derrite a esas temperaturas. El diamante se derretirá a unos 4000 °C, por lo que podría sobrevivir si hicieras el túnel con diamante puro, pero eso es a la presión atmosférica. Aumente la presión e incluso Diamond se derrite antes de llegar al núcleo, lo que nos lleva a nuestro próximo problema.

Presión

Estás hablando de 140GPa (Gigapascales) de presión. Eso es 10,000,000 veces la presión atmosférica. Las paredes del túnel tendrían que ser increíblemente fuertes para soportar la presión, o el interior del túnel tendría que estar presurizado al mismo nivel, lo que haría que viajar a través del túnel fuera problemático, por decir lo menos.

Fugas

A esas temperaturas y presiones, incluso una pequeña fuga se volvería rápidamente catastrófica y podría perder todo el túnel.

Actividad sísmica

El túnel sería vulnerable a sacudidas y sismos en las zonas superiores antes de llegar al manto mismo. Estas fuerzas actuarían para deformar, torcer o incluso atravesar el túnel.

Corrientes

El manto fluye, la lava se mueve. Este movimiento trataría de arrastrar su túnel con él. Eso proporcionaría mucha tensión al material ya estresado y nuevamente haría que el túnel se flexionara y se moviera a medida que el manto fluía a su alrededor.

Conclusión

No es posible, con ninguna habilidad científica actual, cavar un túnel a través de un planeta similar a la Tierra. Un planeta más pequeño con un núcleo más frío sería un asunto diferente.

La ciencia de los materiales necesaria es increíble, y muy probablemente físicamente imposible. El desarrollo de campos de fuerza y ​​otros refuerzos no materiales podría hacerlo posible en un futuro lejano, pero tales conceptos son, en el mejor de los casos, especulativos.

En Dwarf Fortress, cuando queremos atravesar un acuífero (efectivamente, una capa de agua), colocamos bombas alrededor de un agujero y extraemos el agua lo suficientemente rápido como para hacer un claro para andamios (lol). Cuando las personas llegan a la capa de magma, generalmente cavan a través de ella utilizando nervios/pilares preexistentes que se forman a través de ella (supongo que los mantos reales son todos fluidos). Lo que podría funcionar es enfriar el magma con agua en obsidiana y cavar a través de eso (en el juego). Esta idea estaba en mi cabeza cuando leí esta pregunta. ¿El agua que fluye no enfriaría el magma lentamente para formar un camino, asumiendo soportes?
Es una idea interesante, si enfriases el magma lo suficiente, naturalmente formaría un pilar de piedra alrededor del agujero y ayudaría a sostenerlo. Sin embargo, enfriar esa cantidad de roca desde una temperatura tan alta mientras está rodeado de más roca también a esa temperatura.... eso nuevamente sería un desafío de ingeniería enorme por derecho propio.
Puede que no sea tan simple como dejar que el agua caiga sobre el magma (aunque la realidad puede ser sorprendente por lo fácil que son algunas cosas), pero podría ser posible cortar un disco y luego hundir un recipiente que contenga agua de mar ( a través de la presión y la gravedad), y hacer que el recipiente se desintegre de manera controlada para que el agua sea más efectiva para enfriar el magma. Estoy pensando en exponer el magma al agua en anillos, de arriba hacia abajo y que cada anillo se elimine lentamente a lo largo de su circunferencia. De esa manera, puede evitar los efectos del magma circundante, hasta cierto punto. creo :P
Corres un riesgo real de tener una en.wikipedia.org/wiki/Phreatic_eruption : la explosión de Krakatoa causó un tsunami medido en todo el mundo y mató a 36000 personas. Eso fue magma superficial a "solo" 1000 grados golpeando el agua...
¿Oops? :P Para no restar importancia a esto, pero, según la imagen, parece que el magma ya estaba en erupción y había creado un conducto hacia la superficie antes de que el agua entrara en contacto (aunque podría estar equivocado, por supuesto). Las explosiones son más violentas cuando tienen una presión más alta en comparación con su entorno. ¿Sería esto tan violento en el fondo de un océano? Además, una solución alternativa podría ser llenar/revestir el recipiente con algún material frío pero menos volátil, tal vez oxígeno líquido o nitrógeno (supongo que son menos volátiles cuando se calientan, pero no estoy seguro). Creo que el verdadero problema son las capas de Leidenfrost.
@ivy_lynx: No estoy del todo seguro de si esto no es ya el enfriamiento por agua implícito, pero podría llenar todo el agujero con agua y conectarlo a un océano. Supongo que la convección no es suficiente para enfriar esto, por lo que debe instalar algo que bombee agua a través de ese orificio. Y, por supuesto, aún tendría que construir esta estructura.
@Wrzlprmft, creo que sugerimos más o menos el mismo proceso con diferentes herramientas.
El problema de la temperatura en realidad podría tener solución.
Si el orificio está hecho de una capa gruesa de metal con grafeno agregado para mejorar la conductividad térmica, y luego usa enfriamiento activo. El método más fácil probablemente sería bombear agua y luego usar el vapor en la parte superior para generar energía. El orificio enfriado generaría casi instantáneamente una capa protectora de "magma congelado", por lo que probablemente sería suficiente para protegerlo del calor.
Por supuesto, la cantidad de agua necesaria sería bastante inmensa y requeriría que el orificio fuera MUY ancho, lo que empeoraría los problemas con la presión. Aunque el "magma congelado" ayudaría con eso. Al igual que la presión del agua. La vaina de magma congelado también ayudaría con las fugas. Todavía no creo que los materiales actuales puedan manejar la presión y otras fuerzas mecánicas, por lo que agrego esto como un comentario, no como una respuesta separada. (Como la respuesta fundamental no cambia).
Las aleaciones de carburo de tantalio y hafnio pueden tener un punto de fusión de 3990 C, por lo que podrían resistir el calor, sin embargo, no tengo idea de cuál es su respuesta a la presión y, por supuesto, los otros problemas que menciona aún existirían. El artículo de wiki menciona que en 2015

Me temo que la ciencia convencional te puede fallar aquí. No es técnicamente posible, por ejemplo, realmente "perforar" a través de un líquido, por ejemplo. (Por no hablar del increíble calor y la presión que se encuentran en este escenario).

Sin embargo, este es Worldbuilding SE, no Geophysics SE. Lo que significa que si necesitamos "perforar" a través del manto de un planeta, solo debemos hacerlo plausible en el universo.

Voy a suponer que, por esto, estás en un universo genérico de ciencia ficción suave. Esto le da algunas opciones:

Campos de fuerza

Los muros de fuerza generados y enfocados podrían usarse para "simplemente" empujar la roca fundida y el metal fuera del camino a través del manto. Una configuración como esta probablemente implicaría una serie de generadores en el centro de la cavidad para reforzar el túnel. Este proceso debería requerir cantidades increíbles de energía para hacerlo plausible. (Si eso se hace como un asunto trivial por parte de una civilización ultra tecnológica o como una empresa titánica de una civilización menor, depende del autor/diseñador) Un túnel como este podría flexionarse para resistir cualquier corriente en el mar fundido del manto.

Barcos de magma

Si el objetivo es simplemente viajar y/o recolectar el material líquido del manto, un vehículo avanzado (debidamente protegido) podría "nadar" a través del líquido como si fuera un océano. Esta solución aún necesitaría perforar un agujero a través de la corteza para desplegar estas naves.

Podría seguir realmente, las posibilidades son infinitas. Lo importante aquí es conocer los problemas con lo que está tratando de hacer y luego cómo superar esos problemas de una manera razonable.

Al igual que Tim B, asumiré que la logística está resuelta y me ocuparé únicamente de las paredes del túnel.

Suponiendo que las paredes están hechas de diamante y está disponible en cantidades prácticamente ilimitadas. El diamante comienza a pasar de la forma líquida fundida a la formación de trozos sólidos a 11 millones de atmósferas ( http://news.discovery.com/space/alien-life-exoplanets/diamond-oceans-jupiter-uranus1.htm ).

Supongamos que las paredes del túnel tuvieran un grosor de diamante tal que, al menos temporalmente, se pudiera mantener un núcleo interior sólido mientras se fundían los bordes exteriores de las paredes. Por ejemplo, 100 metros de espesor de diamante. Ahora "simplemente" necesitamos la solución a dos problemas:

  1. Enfriamiento del túnel : Ya hemos asumido que la logística está resuelta, por lo que esto es simplemente una cuestión de enfriamiento a gran escala o quizás una nueva solución de energía geotérmica.
  2. Pérdida de diamante por fusión : el problema más desafiante. El diamante de la pared exterior se dispersará en el material del núcleo fundido. El diamante tendrá que sintetizarse continuamente en la pared interior y migrar lentamente a la pared exterior. Por loco que parezca, los organismos vivos crean estructuras similares a través de un ciclo continuo de crecimiento interior y pérdida exterior.

Algunas ideas, conceptos de ciencia ficción incluidos:

Girar el planeta a lo largo de su eje: aunque solo es posible de polo a polo, girar el planeta lo suficientemente rápido como para reducir la presión, aunque esto solo funcionaría realmente destruyendo la mayor parte del planeta.

Un material maravilloso hecho por nanobots y diseñado por IA: es posible que no sepamos la respuesta, pero pongamos una buena IA inteligente en la tarea y aún puede encontrar una solución, incluso una de fuerza bruta, como el uso de innumerables nanobots para extraer continuamente, enfriar y crear estructuras de soporte, usando un material maravilloso.

Agujero de gusano: aunque se teoriza que los agujeros de gusano existen, pero son extremadamente pequeños y duran solo fracciones de tiempo, aún puede haber tecnología por inventar que permita agujeros de gusano más grandes y de mayor duración. Esto podría evitar el magma por completo.

Antigravedad: si alguien puede crear una fuerza repelente, empujando objetos pesados, es posible mantener un agujero usando muchos generadores antigravedad repelentes. De nuevo, por inventar.

En general, cosas bastante difíciles de inventar todavía. Hace que dar la vuelta al planeta sea mucho más atractivo.

Deja caer un pequeño agujero negro a tus pies. Si cae derecho, caerá hasta el centro de la tierra y recorrerá todo el camino (casi hasta el otro lado del mundo) y luego volverá a caer hasta el centro de la tierra y repetirá esto muchas veces hasta que se estabilice en el centro Estoy ignorando la rotación de la tierra que complicará las cosas.

El agujero negro engullirá magma y dejará un túnel atrás. Desafortunadamente, el túnel se volverá a llenar rápidamente. Por supuesto, el túnel de llenado es el menor de tus problemas. No pasará mucho tiempo antes de que toda la tierra sea engullida.

El agujero negro también podría muy bien hacer un gran kaboom mucho antes de que tenga tiempo de hacer cualquier otra cosa. Pero, por supuesto, no hay nada mágico en ellos .
Desafortunadamente, ninguna de esas dos cosas es probable. Incluso un agujero negro lo suficientemente grande como para tener más de una fracción de un nanómetro emitirá suficiente radiación para vaporizar cualquier materia que se acerque, formando una capa de plasma de baja densidad alrededor del horizonte de eventos. Entonces, además de que el agujero negro es realmente pequeño hasta el punto en que no extraerá una gran cantidad de materia del medio por el que se mueve, su entrada estará más limitada por el hecho de que está eliminando activamente cualquier materia que intente acercarse con un alto flujo de radiación.