地球を反対側まで掘り進むことは可能でしょうか？

子供の頃、シンシナティの家の裏庭で穴を掘るのが好きでした。祖父は「このまま掘り続けたら中国に辿り着いてしまうよ」と冗談を言っていました。

実際、もし地球を真っ直ぐ掘ることができたとしたら、オーストラリアの西約1,800キロ、インド洋に出ていたはずです。そこは私の町の対蹠地、つまり地球表面上で反対側の地点です。

でも、土を動かすのに園芸用のスコップしか持っていませんでした。地面から1メートルも深くない岩にぶつかってしまい、それ以上深く掘ることができませんでした。

私は今、地球物理学者なので、地球の構造について多くのことを知っています。地球は主に3つの層に分かれています。

地殻と呼ばれる外皮は、非常に薄い軽い岩石の層です。地球の直径と比較した厚さは、リンゴの皮の厚さと直径の比に似ています。子供の頃、穴を掘っていたとき、私は地殻の最上部を削っていました。
地殻の下にあるマントルは、リンゴの果肉のようにはるかに厚く、強く重い岩石でできています。マントルは、地球の中心から高温の岩石が上昇し、低温の岩石が沈み込むことで、年間最大数インチの速度で移動します。
地球の中心にある核は、超高温の液体と固体の金属でできています。その温度は華氏4,500度から9,300度（摂氏2,500度から5,200度）です。

地球の層を示す「パイスライス」画像。 — 地球は層状構造をしています。リソスフェアは、マントルと地殻の脆い上部を含む、地球の外側の固体部分です。Volcan26
/Wikimedia, CC BY-SA

地球の外層は下層に圧力をかけており、この力は海と同じように深さとともに着実に増大します。水中に深く潜ると耳の中の圧力が強くなることを考えてみてください。

これは地球を掘削する際にも当てはまります。穴を掘ったり掘削したりすると、穴の側面の壁は上にある岩石から非常に大きな圧力を受け、さらにその隣には空間があるため不安定になります。より強い岩石はより大きな力に耐えることができますが、圧力が十分に高ければ、どんな岩石でも崩壊する可能性があります。

穴を掘る際、圧力によって壁が内側に崩れるのを防ぐ方法の一つは、壁の傾斜を緩め、円錐の側面のように外側に傾斜させることです。目安としては、穴の深さの3倍の幅をあけるのが良いでしょう。

不安定な壁

地球上で最も深い露天掘りは、ユタ州にあるビンガム・キャニオン鉱山です。1900年代初頭に銅鉱石を採掘するために掘削機と爆薬を使って掘られました。この鉱山の坑道は、深さ1.2キロメートル、幅4キロメートルです。

鉱山の幅は深さの3倍以上で、壁は傾斜しているため、坑道の壁はそれほど急勾配でも不安定でもありません。それでも2013年には、斜面の一つが崩壊し、2つの大規模な土砂崩れが発生し、1億4500万トンの砕石が坑道の底に流れ出ました。幸いにも人的被害はありませんでしたが、土砂崩れは数億ドルの損害をもたらしました。

地球を掘り下げてみようとしましょう。地球全体が固体だと仮定しましょう。（実際には固体ではないことは分かっていますが、これは最も単純なシナリオです。）地球を貫く穴の深さは、地球の直径に相当します。地球の直径とは、円の中心を通る直線のことです。つまり、穴が安定するには、地球の直径の約3倍の幅が必要になります。

明らかに、これは惑星の形状を完全に変えてしまう不可能な作業です。

掘削と掘削

掘削は掘削よりも深くまで早く到達できます。これは、移動する物質が少なく、掘削孔の表面積が小さいため、より大きな力に耐えられるよう設計できるからです。エネルギー会社は、石油やガスを発見するために、地表から5キロメートル（3マイル）も下まで定期的に掘削を行っています。

地球上で最も深い穴は、ロシア北西部にあるコラ超深度掘削孔で、その深さは12.2キロメートルに及びます。このような深部掘削孔は、科学者に地球内部について多くの情報を提供します。しかし、掘削には高温による機器の稼働不能、機器の故障、高額な掘削費用といった課題があり、コラ掘削プロジェクトは最終的に中止されました。

掘削は骨の折れる作業です。泥水で満たされた中空のパイプの先端に取り付けられた回転式ドリルビットが岩石を削り取り、非常に硬い岩石でも1分間にわずか数インチしか掘り込みません。このペースで着実に掘削が進むと仮定すると、地球を掘削しきるには数百年かかるでしょう。

ビットが深く掘削するほど、破損した部品の交換に時間がかかります。また、何マイルにも及ぶドリルパイプは重くなりすぎて、ねじったり穴から引き抜いたりすることができなくなります。

圧力も問題です。掘削孔の壁は非常に大きな圧力にさらされており、破損しやすい状態です。地球のマントルのゆっくりとした動きは、最終的には掘削孔を曲げ、崩壊させる可能性があります。地球深部に存在するマグマ、ガス、液体金属は、非常に大きな圧力を受けて掘削孔から地表に向かって噴出する可能性があります。

現在の掘削技術は、地球のマントルと核を掘削するには速度も耐久性も不十分です。しかし、コラ超深度掘削孔やビンガム・キャニオン鉱山のような成果に私たちは驚嘆し、さらに深いところから岩石を掘り出すことを夢見ることができます。

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