Die UdSSR bohrte 1970 ein 12.262 Meter tiefes Loch: Was die Bohrer stoppte, war weder hartes Gestein noch fehlendes Geld

Im Jahr 1970 begann die Sowjetunion mit der Bohrung von SG-3. Das Ziel: 15 Kilometer Tiefe.

Titelbild | Alexander Novikov (CC BY-SA 4.0)

Wir wissen erstaunlich viel darüber, was sich Tausende von Kilometern über unseren Köpfen abspielt. Doch wie ihr euch sicher vorstellen könnt, ist es nach wie vor eine gewaltige technische Herausforderung, auch nur wenige Kilometer tief in das Erdreich unter unseren Füßen vorzudringen. Die Sowjetunion wollte es im Mai 1970 ganz genau wissen und begann auf der Kola-Halbinsel mit einer Bohrung, deren Ziel bis heute beeindruckt: rund 15 Kilometer tief in die Erdkruste vorzustoßen.

Es handelte sich keineswegs um ein Bohrloch zur Ölförderung oder für den Bergbau. Das Ziel war vielmehr, dorthin zu gelangen, wo noch niemand zuvor gewesen war – um eine Welt direkt zu beobachten, die der Wissenschaft bis dahin fast ausschließlich über Signale und Messungen an der Erdoberfläche bekannt war.

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Das gewaltige Vorhaben trug die eher nüchterne Bezeichnung SG-3. Es war Teil eines sowjetischen Programms für übertiefe Bohrungen, um die kontinentale Erdkruste unmittelbar zu analysieren, Gesteinsproben zu bergen und theoretische Modelle der Geophysik in der Praxis auf den Prüfstand zu stellen. Der gewählte Standort bot beste Voraussetzungen, um die proterozoische Petshenga-Schichtfolge zu durchqueren und anschließend in das archaische Grundgebirge des Baltischen Schildes vorzudringen.

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Die größte Hürde: Das Bohrloch überhaupt offen zu halten

Eine 2021 veröffentlichte Übersicht von Forschenden der Russischen Akademie der Wissenschaften rekonstruiert viele Details dieses technischen Kraftakts. Je tiefer das Projekt vorankam, desto weniger glich das Vorhaben einer herkömmlichen Bohrung. Mitte der 1970er-Jahre ging die Bohranlage Uralmasch-15000 in Betrieb – ein massives System mit einem 74 Meter hohen Bohrturm, konzipiert für extreme Tiefen. Der Bohrkopf musste dabei nicht über kilometerlange Gestänge von oben in Rotation versetzt werden: Eine Tiefbohrturbine nutzte direkt den Druck der Spülflüssigkeit für den Antrieb. In 12 Kilometern Tiefe wog das Bohrgestänge über 200 Tonnen, wodurch selbst routinemäßige Abläufe gigantische Ausmaße annahmen. Allein das Herausziehen und erneute Einführen konnte bis zu 18 Stunden dauern.

Selbst die bereits erreichten Tiefen waren keineswegs dauerhaft gesichert. Im September 1984, als das Team bereits 12.066 Meter Tiefe erreicht hatte, riss das Gestänge bei einem Manöver ab. Die Bohrturbine und rund fünf Kilometer Rohre blieben tief im Schacht gefangen. Eine Bergung erwies sich als unmöglich. Die Ingenieurteams mussten diesen Bohrstrang aufgeben und ab etwa 7.000 Metern Tiefe eine neue Verzweigung ansetzen. Zwar bedeutete das keinen Neustart an der Erdoberfläche, wohl aber den Verlust eines gewaltigen Teils der bisherigen Strecke. Um erneut die 12-Kilometer-Marke zu knacken, vergingen Jahre – tief unter der Erde entwickelte sich SG-3 dadurch zu einem System aus mehreren Verzweigungen.

Trotz aller Rückschläge lieferte das Projekt genau die wissenschaftlichen Erkenntnisse, für die SG-3 gestartet worden war: Es sollte sich zeigen, ob das bisherige theoretische Wissen über die Erdkruste mit den realen Gegebenheiten in der Tiefe übereinstimmte.

Die Befunde überraschten die Fachwelt mehrfach. Eine durch seismische Wellen geortete Diskontinuität, die etliche Modelle als simplen Übergang von Granit- zu Basaltgestein deuteten, ließ sich an den echten Proben so nicht nachweisen. Zudem stießen die Forschenden auf Bruchzonen mit Flüssigkeiten in kristallinem Gestein, das zuvor als vollkommen undurchlässig galt – und sogar auf mikroskopische fossile Planktonreste in rund sechs Kilometern Tiefe.

Eine andere Abweichung wog für das Team, das immer weiter vordringen wollte, allerdings noch weitaus schwerer: Die Temperatur im Untergrund stieg drastisch schneller an als prognostiziert. Messungen ergaben rund 180 °C in zehn Kilometern Tiefe und kletterten bei knapp zwölf Kilometern auf etwa 212 °C. Das veränderte die physikalischen Spielregeln grundlegend.

Die Meißel stießen nicht einfach auf eine unüberwindbare Felswand, noch war der Stein geschmolzen: Unter der extremen Kombination aus immensem Druck und glühender Hitze verhielten sich manche Gesteinsarten plötzlich plastisch und duktil. Anstatt spröde zu brechen, verformten sie sich langsam und drückten in den soeben freigelegten Hohlraum nach.

Hier lag der entscheidende Knackpunkt, warum jedes weitere Vordringen zur Geduldsprobe wurde. Ein Bohrkopf kann sich zwar durch Fels fräsen, doch in Kola fingen die Schwierigkeiten danach erst richtig an: Die Wände des Bohrlochs verformten sich, wanderten nach innen und verengten den Querschnitt. Jeder zusätzliche Meter bedeutete noch höhere Temperaturen, gewaltigen Druck und kilometerlanges Gestänge – vor allem aber ein Gestein, das den freigelegten Schacht buchstäblich wieder zusammendrückte. Die größte Herausforderung bestand nicht darin, ein Gestein zu finden, das die Bohrkrone nicht durchdringen konnte, sondern zu verhindern, dass die Bohrung nach dem Durchgang wieder kollabierte.

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Bei 12.262 Metern war für SG-3 schließlich Endstation. Zwar verfehlte das Projekt das ehrgeizige Ziel von 15 Kilometern, doch bis heute gilt die Anlage als das tiefste vertikale Bohrloch der Erde. 1992 gaben die Verantwortlichen die Versuche auf, noch weiter in die Tiefe vorzustoßen, nachdem die extremen thermischen und mechanischen Bedingungen ein Weitermachen unmöglich machten. Es lag also nicht bloß an fehlenden Mitteln oder an unüberwindbarem Fels. Das Bohrloch diente später noch als geowissenschaftliches Laboratorium, bis auch dieser Forschungsbetrieb eingestellt wurde. 2008 begann schließlich der Rückbau des Bohrturms und der obertägigen Anlagen.