科学掘削

地球の科学的掘削は、科学者が地球の堆積物、地殻、上部マントルを調査する方法です。掘削技術により、岩石サンプルに加えて、掘削サンプルに保存された共存流体や地下生物圏（主に微生物）のサンプルを発掘できます。科学的掘削は、陸上では国際大陸科学掘削計画（ICDP）によって、海上では統合海洋掘削計画（IODP）によって行われます。大陸での科学的掘削には、固い地面への掘削と、湖での小型ボートからの掘削が含まれます。厚い氷河や氷床をサンプルとして採取して氷床コアを採取することも関連していますが、ここではこれ以上説明しません。

宇宙に送り込まれた探査機のように、科学的掘削は人が到達できない場所からサンプルを採取するために使用される技術です。人類は、ジョージアの国コーカサス山脈にある世界で最も深い洞窟として知られているヴェリョフキナ洞窟の深さ2,212メートル（7,257フィート）まで降りてきました。南アフリカの金鉱夫は定期的に3,400メートルより深くまで降りますが、地球の固体表面の下でこれより深いところまで降りた人間はいません。地球の深さが増すにつれて、温度と圧力が上昇します。地殻の温度は1キロメートルあたり約15°C上昇するため、たとえ莫大な圧力にもかかわらず坑道を何とか開いたままにしておくことができたとしても、数キロメートルより深いところに人間が存在することは不可能です。^{[1] [検証に失敗]}

科学的掘削は学際的かつ国際的な範囲に及びます。通常、科学者は単独で科学的掘削プロジェクトに取り組むことはできません。掘削プロジェクトの計画と実行、サンプルの分析、結果の解釈と科学雑誌への掲載を成功させるには、科学者、エンジニア、管理者のチームワークが求められることがよくあります。

科学的掘削は、地表や海底に露出した岩石では解決できないさまざまな問題に対処するために使用されます。統合海洋掘削プログラムには幅広い研究目標があり、3 つの主なテーマに分けられます。

1. 深海生物圏と海洋底下の自然
2. 環境の変化、プロセス、影響を理解する
3. 固体地球の周期と地球力学

ICDP は、地球と生物圏の歴史、化学、物理学に関する以下の疑問を解決するために科学的掘削に重点を置いています。

1. 地震や火山噴火を引き起こす物理的・化学的プロセスとは何ですか? また、その影響を最小限に抑える最善の方法は何ですか?
2. 近年、地球の気候はどのように変化したのでしょうか。また、その変化の理由は何でしょうか。
3. 隕石の衝突（火球）は気候や生物の大量絶滅にどのような影響を与えてきましたか？
4. 深部生物圏の性質と、炭化水素の成熟、鉱石の堆積、地球上の生命の進化などの地質学的プロセスとの関係は何ですか?
5. 放射性廃棄物やその他の有毒廃棄物を安全に処分する方法は何ですか?
6. 堆積盆地と化石燃料資源はどのように発生し、進化するのでしょうか?
7. 鉱物や金属鉱床はどのように形成されるのでしょうか?
8. プレートテクトニクスと、地球の地殻を通る熱、質量、流体の移動に関する基本的な物理学とは何ですか?
9. 地球の地殻の構造と特性を決定するために使用される地球物理学的データを、どのようにすればより適切に解釈できるでしょうか?

ロシアのコラ半島にあるコラ超深度掘削孔は、水深12,262メートル（40,230フィート）に達し、地球の固体表面の最深部を貫通している。ドイツ大陸深部掘削計画では、深さ9.1キロメートル（5.7マイル）で掘削され、地殻の大部分が多孔質であることが明らかになった。DSDP / ODP / IODPのHole 504Bでは、海底まで最深2.1キロメートル（1.3マイル）の掘削が達成された。^[要出典]大陸地殻は平均で約45キロメートルの厚さであるのに対し、海洋地殻は6〜7キロメートルの厚さであるため、深部掘削では両地殻の上部25〜30％しか貫通していない。

過去20年以上使用されている掘削船「ジョイデス・レゾリューション」は、ライザーなしで掘削を行っています。^[2]ライザーレス掘削では、海水を主な掘削流体として使用し、掘削パイプを通してポンプで送り込みます。これにより、ドリルビットが洗浄および冷却され、掘削片が穴から持ち上げられ、穴の周囲に円錐状に積み上げられます。^[3]日本の新型掘削船「ちきゅう」は、掘削にライザーを使用しています。ライザーシステムには、掘削流体の循環を循環させて掘削孔内の圧力バランスを維持するため、掘削パイプを囲む外側のケーシングが含まれています。噴出防止装置（BOP）は、ガスや石油の予期せぬ放出から船と環境を保護します。この技術は、地球の数千メートルの深さまで掘削するために不可欠です。^[3]

• 統合海洋掘削プログラム公式ウェブサイト
• 国際大陸科学掘削計画
• 米国の取り組み DOSECC (地球の大陸地殻の掘削、観察、およびサンプリング)