Các nhà khoa học Mỹ điên rồi: định dùng plasma để xuyên qua Trái Đất, họ thực sự muốn làm gì?

Vũ trụ thực chất là nguồn năng lượng tối thượng nằm ngay dưới chân chúng ta.

Nhiệt độ lõi Trái Đất cao tới 6000°C, gần như tương đương mức nhiệt trên bề mặt Mặt Trời, nơi tồn tại cả một lượng nhiệt tích tụ nguyên sơ đã không hề tiêu tán trong suốt 4,5 tỷ năm, cũng như năng lượng hạt nhân được phóng thích từ sự phân rã của vô số đồng vị phóng xạ. Tuy nhiên, trong vài thập kỷ qua, cách con người khai thác năng lượng địa nhiệt vẫn cực kỳ thô sơ và bị giới hạn; chúng ta chỉ có thể giống như nhặt vỏ sò ở rìa biển, tại những khe nứt vỏ Trái Đất cực kỳ hiếm hoi như ở Iceland, Công viên Yellowstone, để tận dụng lớp địa nhiệt nông vô cùng mỏng manh.

Nhưng bây giờ, một nhóm các nhà khoa học và kỹ sư điên rồ đến từ Học viện Công nghệ Massachusetts (MIT, Hoa Kỳ) quyết định không còn chờ đợi sự ban phát của Trái Đất nữa. Họ thành lập một công ty tên là Quaise Energy, hoàn toàn từ bỏ mũi khoan cơ khí truyền thống, sử dụng “vũ khí năng lượng định hướng” cấp độ nhiệt hạch, bắn plasma tần số cực cao vào sâu trong lòng Trái Đất, trực tiếp hóa hơi tảng đá granit cứng rắn, cưỡng bức “đốt xuyên” bề mặt Trái Đất, tạo ra một vực sâu kinh hoàng đến tận 20 km!

Để hiểu vì sao lại cần dùng plasma để “đốt xuyên” Trái Đất, chúng ta phải quay lại xem lịch sử đau thương của nhân loại trong việc cố gắng đào xuyên lòng đất.

Trong giới địa chất, có một cụm từ ảm đạm đến tuyệt vọng: “gradient địa nhiệt”. Ở hầu hết các khu vực, cứ bạn khoan xuống sâu thêm 1000 mét, nhiệt độ của lớp đất đá sẽ tăng vọt không thương tiếc khoảng 25°C đến 30°C.

Năm 1970, đúng vào giai đoạn đỉnh cao của Chiến tranh Lạnh, các nhà khoa học Liên Xô cũ đã khởi động trên bán đảo Kola một trong những dự án khoan sâu lớn nhất và điên rồ nhất trong lịch sử nhân loại: giếng khoan siêu sâu Kola. Mục tiêu của họ cực kỳ đơn giản và thô bạo: bất chấp mọi chi phí, đào sâu xuống để xem rốt cuộc bên trong lòng đất còn có gì.

Trải qua hơn 20 năm lao động khoan cực kỳ gian khổ, sau khi đã bẻ gãy vô số thanh mũi khoan thép đặc chủng đắt đỏ, cuối cùng người Liên Xô buộc phải ngừng vĩnh viễn công trình ở độ sâu 12262 mét.

Vì sao dừng lại?

Có phải vì họ đã chạm vào “cánh cửa địa ngục” trong truyền thuyết?

Sự thật còn tuyệt vọng hơn cả thần thoại. Ở độ sâu 12000 mét, nhiệt độ lòng đất đã tăng vọt lên tới 180°C kinh khủng, cao hơn rất nhiều so với dự đoán của các nhà khoa học. Dưới điều kiện nhiệt độ cực đoan và áp suất thủy tĩnh của khối đá quá kinh khủng, lớp đá dưới lòng đất không còn là vật rắn cứng nữa, mà chuyển thành một bán chất lỏng có đặc trưng lưu biến dẻo dai cực kỳ mạnh mẽ, giống như nhựa.

Khi các mũi khoan bằng cacbua vonfram truyền thống và kim cương nhân tạo quay với tốc độ cao, nhiệt lượng bổ sung do ma sát sẽ khiến mũi khoan trong chốc lát bị mềm ra, thậm chí bị nóng chảy. Đáng sợ hơn nữa là khi bạn rút thanh khoan lên để thay mũi khoan; do áp suất cực đoan, lớp đá xung quanh sẽ lập tức trào vào như bùn và bịt kín hoàn toàn lỗ khoan vừa mới đào.

Vì mũi khoan cơ khí kiểu tiếp xúc sẽ bị các định luật vật lý phá hủy, nên câu trả lời mà các nhà khoa học của MIT đưa ra lại cực kỳ mang màu sắc khoa học viễn tưởng: dùng ánh sáng và plasma để “bốc hơi” đá trực tiếp.

Trái tim tuyệt đối của công nghệ này là một bộ phát sóng điện từ siêu lớn tần số cực cao tên là “ống cộng hưởng xoay” (回旋管). Nó có thể tạo ra các tia vi sóng mmwave tần số cao vô cùng mạnh, những “tia chết” không thể thấy bằng mắt thường, được phát xạ chính xác xuống tận đáy của lỗ khoan thông qua các ống dẫn sóng siêu dài cực kỳ trơn nhẵn.

Khi năng lượng vi sóng cực kỳ dày đặc bắn phá lên granit hoặc bazan, đá không kịp nóng chảy thành magma; thay vào đó, trong khoảnh khắc, nó bị hóa hơi trực tiếp bởi năng lượng kinh hoàng đến mức hình thành thành một đám khói thải plasma nóng rực.

Trong lúc phát vi sóng, các kỹ sư sẽ bơm vào đáy giếng khí argon hoặc nitơ áp suất cao. Một mặt, các khí trơ này thổi lớp khí thải đá sau khi hóa hơi ra lên bề mặt; mặt khác, chúng làm mát ống dẫn sóng.

Ở rìa nơi đá bị hóa hơi, nhiệt độ cực cao sẽ làm tan chảy ngay lập tức một vòng nhỏ đá xung quanh và sau đó làm nguội thật nhanh, tạo thành lớp vách trong hóa kính cực kỳ bền chắc. Điều này có nghĩa là trong khi máy móc hóa hơi Trái Đất, nó tự động “trang bị” cho thành giếng một lớp “giáp kính” cực kỳ cứng, giải quyết triệt để vấn đề sụt lở ở vùng biển sâu.

Với việc tiêu tốn nguồn lực nghiên cứu cực kỳ lớn như vậy, lại còn huy động vũ khí vi sóng cấp độ nhiệt hạch để đốt xuyên Trái Đất, người Mỹ rốt cuộc muốn đạt được điều gì?

Mục tiêu cực kỳ rõ ràng: ở độ sâu 20 km dưới lòng đất, tìm kiếm lưu chất tối thượng có mật độ năng lượng kinh khủng nhất trên Trái Đất: nước siêu tới hạn.

Khi nước được đun nóng tới 373°C và áp suất vượt quá 220 atm tiêu chuẩn, nó sẽ vượt qua điểm tới hạn trên sơ đồ pha, đi vào một trạng thái thứ tư cực kỳ kỳ quái. Trong trạng thái này, nước không còn là chất lỏng cũng không phải là khí; nó có năng lực xuyên thấu và khuếch tán cực kỳ đáng sợ như một loại khí, có thể dễ dàng xuyên qua những khe rỗng cực nhỏ trong đá, đồng thời lại có mật độ và khả năng hòa tan đáng kinh ngạc như một loại chất lỏng, cho phép mang theo một lượng nhiệt năng cực kỳ lớn.

Ở độ sâu 20 km dưới lòng đất, nhiệt độ của đá lên tới 500°C thậm chí còn cao hơn. Áp suất ở đó còn lớn hơn hàng nghìn lần so với bề mặt. Nếu chúng ta đưa nước từ bề mặt qua đường ống bơm vào trong hốc sâu như cái giếng hang 20 km được đốt xuyên bởi plasma này, nước sẽ ngay lập tức được làm nóng và được tăng áp để trở thành chất lỏng siêu tới hạn.

Nhiệt năng mà loại chất lỏng siêu tới hạn này mang theo, lớn hơn ít nhất 10 lần so với hơi địa nhiệt thông thường. Khi nước siêu tới hạn giàu năng lượng kinh hoàng này được đưa ra bề mặt để dùng vận hành tuabin hơi phát điện, chỉ cần một giếng địa nhiệt diện tích khoảng vài trăm mét vuông là có thể bùng nổ công suất nền ở mức megawatt thậm chí gigawatt, tương đương với các nhà máy điện hạt nhân quy mô lớn.

Hiện nay, năng lượng gió phải xây ở nơi có gió, năng lượng mặt trời phải trải ở sa mạc, còn địa nhiệt truyền thống phải tìm ở các dải hoạt động của vỏ Trái Đất. Nhưng nhiệt độ cao sâu trong lòng Trái Đất lại phân bố đồng đều trên toàn cầu; chỉ cần bạn dám dùng mũi khoan tần số mmwave khoan xuống sâu 20 km, bạn sẽ không ngoại lệ chạm tới kho báu năng lượng vô tận ở mức 500°C.

Hiện toàn thế giới có hàng ngàn nhà máy phát điện than và khí tự nhiên đang đứng trước nguy cơ bị loại bỏ. Việc tháo dỡ chúng cực kỳ tốn kém, trong khi các tuabin hơi lớn, trạm biến áp và mạng lưới truyền tải điện áp cao bên trong vẫn hoàn toàn nguyên vẹn. Giải pháp của người Mỹ là lái thẳng giàn khoan vào “sân sau” của những nhà máy điện cũ này, dùng plasma đốt ra một lỗ khoan sâu 20 km, rồi đưa hơi địa nhiệt siêu tới hạn được khai thác lên, kết nối trực tiếp vào các tuabin hơi hiện có.

Không cần xây dựng thêm lưới điện truyền tải siêu cao áp cực kỳ đắt đỏ, không cần huy động quy mô lớn đất đai, và cũng không hề có các vấn đề cung cấp điện gián đoạn khiến người ta đau đầu kiểu “trông trời ăn cơm” như năng lượng mặt trời và năng lượng gió. Địa nhiệt sâu là nguồn năng lượng nền tuyệt đối có độ ổn định cực cao, 365 ngày mỗi năm, 24 giờ mỗi ngày.

Trước công nghệ khoan sâu mang tầm “vũ trụ cấp độ sâu không gian” như vậy, nhiều người theo bản năng cảm thấy rất sợ: dùng vi sóng có nhiệt độ đến hàng chục nghìn độ để bắn phá vào lòng Trái Đất, liệu có kích hoạt thảm họa phun trào núi lửa siêu cấp không?

Liệu điều đó có dẫn tới việc vỡ nứt lớp vỏ, thậm chí khiến Trái Đất bị “đốt nổ” như một quả dưa hấu không?

Câu trả lời là không cần lo lắng.

Trước hết, thể tích và năng lực nhiệt của Trái Đất cực kỳ lớn. Một lỗ khoan đường kính chỉ vài chục centimet, sâu 20 km, so với toàn bộ thạch quyển dày hàng chục km đến thậm chí hàng trăm km, thì chẳng đáng là gì, không thể lay chuyển được độ ổn định của cấu trúc các mảng kiến tạo.

Thứ hai, lòng sâu Trái Đất vốn đã chịu áp suất cực cao. Magma sẽ không phun trào ra theo kiểu “bóp như ép kem đánh răng” qua những khe hở nhỏ như lỗ kim. Hơn nữa, công nghệ vách lỗ được hóa kính đã cách ly cực kỳ chặt chẽ khoảng trống lỗ khoan với lớp địa tầng xung quanh.

Dùng lưỡi dao plasma từ nhiệt hạch để truy tìm năng lượng siêu tới hạn cực kỳ tinh khiết từ lòng Trái Đất—không phải là hành vi của kẻ phá hoại làm hại Trái Đất. Đó là cuộc phản kích tuyệt vời của văn minh nhân loại khi đối mặt với tình thế bế tắc cực kỳ tuyệt vọng kép: hiệu ứng nhà kính mất kiểm soát và cạn kiệt năng lượng.

Ngọn lửa của thiên thể đã cháy suốt 4,5 tỷ năm trong lòng Trái Đất đang chờ trở thành động cơ tối thượng để thắp sáng thiên niên kỷ tiếp theo của loài người.

Biên tập: Trần Phương

Lần duyệt 1: Lý Huệ

Lần duyệt 2: Thang Thế Minh

Lần duyệt 3: Vương Siêu