เปิดแผนขุดเจาะภูเขาไฟไอซ์แลนด์ การผจญภัยรอบใหม่ที่เหมือนกับบินไปดวงจันทร์

ผมกำลังยืนอยู่บนจุดแสนร้อนแรง ซึ่งมีความเคลื่อนไหวของภูเขาไฟในระดับสูงที่สุดแห่งหนึ่งของโลก ตรงบริเวณนี้คือภาคตะวันออกเฉียงเหนือของประเทศไอซ์แลนด์ ใกล้กับภูเขาไฟคราฟลา (Krafla) อันมีชื่อเสียง

ห่างออกไปไม่ไกล ผมสามารถมองเห็นริมฝั่งทะเลสาบบนปากปล่องภูเขาไฟ รวมทั้งปล่องไอน้ำพ่นหมอกควันหนาและบ่อโคลนที่เดือดปุด ๆ ทางทิศใต้

ในอดีตภูเขาไฟคราฟลาเคยปะทุมาแล้วประมาณ 30 ครั้ง ในรอบ 1,000 ปี โดยการระเบิดครั้งล่าสุดเกิดขึ้นเมื่อช่วงกลางทศวรรษ 1980 นี้เอง

บียอร์น ปอร์ กูมุนด์ซอน นำทางผมไปยังเนินเขาที่มีหญ้าเขียวขจี ปัจจุบันเขาเป็นผู้บริหารที่กำลังนำทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติ เตรียมการขุดเจาะลงไปใต้ดินให้ถึงช่องหินหนืดหรือแมกมาของภูเขาไฟคราฟลา “เรากำลังยืนอยู่บนจุดที่จะทำการขุดเจาะ” กูมุนด์ซอนกล่าว

โครงการแหล่งทดสอบหินหนืดคราฟลา (Krafla Magma Testbed - KMT) ของกูมุนด์ซอนและคณะ ต้องการจะทำความเข้าใจพฤติกรรมของแมกมาหรือหินหนืดความร้อนสูง ในขณะที่มันหลอมละลายอยู่ใต้พื้นโลกให้มากขึ้น ซึ่งองค์ความรู้ใหม่นี้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ทำนายความเสี่ยงที่ภูเขาไฟจะปะทุ รวมทั้งพัฒนาเทคโนโลยีในการนำพลังงานความร้อนใต้พิภพ (geothermal energy) มาใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยนำพลังงานของภูเขาไฟที่ร้อนแรงและอาจใช้ได้โดยไม่มีวันหมดมาทำประโยชน์

โครงการ KMT มีแผนจะเริ่มลงมือขุดเจาะในปี 2027 โดยจะขุดรูเจาะขนาดเล็กรูแรกจากจำนวนที่วางแผนไว้ทั้งหมด 2 รู ลึกลงไปใต้ดินถึง 2.1 กิโลเมตร เพื่อสร้างช่องสังเกตการณ์พิเศษไว้ติดตามความเคลื่อนไหวเปลี่ยนแปลงของแมกมาใต้ดิน

เอียน ลาวัลลี ศาสตราจารย์ด้านปิโตรวิทยาเชิงแมกมา (magmatic petrology) และภูเขาไฟวิทยา (volcanology) จากมหาวิทยาลัยลุดวิกส์-แม็กซิมิลเลียนของเยอรมนี และประธานคณะกรรมการวิทยาศาสตร์ของโครงการ KMT กล่าวเปรียบเปรยว่า “แผนการนี้เหมือนกับการปล่อยจรวดสู่ดวงจันทร์ของเรา มันจะเปลี่ยนแปลงหลายสิ่งหลายอย่าง”

ที่ผ่านมาความเคลื่อนไหวของภูเขาไฟจะถูกเฝ้าจับตาดูโดยอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ อย่างเช่นเครื่องวัดแรงสั่นสะเทือนหรือคลื่นแผ่นดินไหว (seismometer) แต่หินหนืดหรือแมกมานั้นไม่เหมือนกับลาวาที่สังเกตเห็นได้ชัดเจนบนพื้นผิวโลก ทำให้นักวิทยาศาสตร์ไม่ค่อยมีความรู้เกี่ยวกับแมกมาที่ซ่อนอยู่ใต้ดินมากนัก “เราจึงต้องการติดตั้งอุปกรณ์ตรวจวัดให้กับแมกมา เพื่อฟังเสียงความเคลื่อนไหวภายใต้โลก ซึ่งเปรียบเสมือนการเต้นของหัวใจ” ศ.ลาวัลลีอธิบาย

จะมีการนำเซนเซอร์วัดอุณหภูมิและความดันไปจุ่มลงในแมกมาโดยตรง “เพราะสองสิ่งนี้คือมาตรวัดที่เป็นตัวบ่งชี้หลัก ซึ่งเราจำเป็นจะต้องทำการตรวจสอบ เพื่อให้คาดการณ์ล่วงหน้าได้ว่ากำลังเกิดอะไรขึ้นกับแมกมาใต้โลก” ศ.ลาวัลลีกล่าว

มีผู้ประมาณการว่า ปัจจุบันมีประชากรโลกถึง 800 ล้านคน อาศัยอยู่ในรัศมี 100 กิโลเมตร โดยรอบภูเขาไฟที่อันตรายเพราะยังมีความเคลื่อนไหวรุนแรงอยู่ ด้วยเหตุนี้ทีมนักวิทยาศาสตร์ของโครงการ KMT จึงหวังว่างานของพวกเขาจะสามารถช่วยชีวิตผู้คนและหลีกเลี่ยงความเสียหายทางเศรษฐกิจในระดับมหาศาลได้

ไอซ์แลนด์มีระบบของภูเขาไฟที่ยังมีความเคลื่อนไหวและอาจปะทุได้ทุกเมื่อถึง 33 เครือข่ายด้วยกัน โดยตั้งอยู่บนรอยเลื่อนที่แผ่นเปลือกโลกยูเรเชียนและแผ่นอเมริกาเหนือแยกตัวออกจากกัน ซึ่งไม่นานมานี้มีการปะทุของภูเขาไฟระลอกล่าสุดถึง 8 ครั้ง ในพื้นที่คาบสมุทรเรย์คาเนส (Reykanes peninsula) ทำลายโครงสร้างพื้นฐานจนเสียหายและเสี่ยงจะเป็นอันตรายต่อชีวิตและสวัสดิภาพของผู้คนในชุมชนเมืองกรินดาวิก (Grindavik)

กูมุนด์ซอนเอ่ยถึงเหตุวินาศภัยครั้งใหญ่ เมื่อภูเขาไฟไอยาฟยัตลาโยคุตล์ (Eyjafjallajökull) เกิดปะทุขึ้นอย่างรุนแรงในปี 2010 จนกลุ่มหมอกควันและเถ้าถ่านหนาทึบปกคลุมท้องฟ้าเป็นบริเวณกว้างหลายวัน ทำให้หลายประเทศต้องยกเลิกเที่ยวบินไปถึงกว่า 100,000 เที่ยว สร้างความเสียหายทางเศรษฐกิจที่คิดเป็นมูลค่าถึงเกือบ 4,000 ล้านดอลลาร์สหรัฐฯ “หากเราพยากรณ์เหตุภูเขาไฟระเบิดได้ล่วงหน้าอย่างแม่นยำกว่านี้ ก็จะช่วยประหยัดเงินไปได้มาก” กูมุนด์ซอนกล่าว

สำหรับรูเจาะของโครงการ KMT ซึ่งจะขุดเป็นรูที่สองในอนาคตนั้น จะใช้ในการพัฒนาแหล่งทดสอบเพื่อสร้างสถานีผลิตไฟฟ้าจากพลังงานความร้อนใต้พิภพรุ่นใหม่ ซึ่งมีแผนจะใช้อุณหภูมิที่ร้อนแรงสุดขั้วของแมกมาใต้ดินให้เป็นประโยชน์

ศ.ลาวัลลี แสดงความเห็นว่า “แมกมานั้นมีพลังงานสูงยิ่งยวด มันคือแหล่งพลังงานความร้อนที่สามารถใช้เดินเครื่องระบบน้ำร้อนได้ ซึ่งก็จะนำไปสู่การดึงพลังงานความร้อนใต้พิภพมาใช้ เหตุใดเราจึงไม่มุ่งตรงไปหาแหล่งพลังงานนี้เสียเลยล่ะ ?”

พลังงานไฟฟ้า 25% ของไอซ์แลนด์ และพลังงานความร้อน 85% ที่จ่ายให้กับครัวเรือนทั่วประเทศ มาจากแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพ ซึ่งอาศัยการขุดเจาะลงไปหาแหล่งของเหลวร้อนจัดใต้ดิน เพื่อผลิตไอน้ำขับเคลื่อนกังหันที่ใช้หมุนปั่นผลิตไฟฟ้า โดยโรงไฟฟ้าภูเขาไฟคราฟลาสามารถจ่ายไฟฟ้าและน้ำร้อนให้กับ 30,000 ครัวเรือน ที่อาศัยอยู่ในบริเวณหุบเขาเบื้องล่าง

บียาร์นี พาลซอน ผู้อำนวยการบริหารของฝ่ายพัฒนาพลังงานความร้อนใต้พิภพ จากบรรษัทการไฟฟ้าแห่งชาติไอซ์แลนด์ Landsvirkjun บอกว่า “เรามีแผนจะขุดลึกลงไปเรื่อย ๆ และจะหยุดก่อนถึงช่องแมกมาเล็กน้อย หรือเจาะรูเหนือช่องแม็กมาเพียงนิดหน่อย เพราะพลังงานความร้อนใต้พิภพที่เราดึงมาใช้ได้นั้นเป็นไอที่ลอยอยู่เหนือเนื้อแมกมา ซึ่งเราเชื่อว่ามันมีอุณหภูมิสูงถึง 500-600 องศาเซลเซียส”

โดยทั่วไปแล้วช่องแมกมาใต้ดินนั้นหาพบได้ยากมาก ปัจจุบันมีเพียงที่ไอซ์แลนด์ เคนยา และหมู่เกาะฮาวายเท่านั้น ที่มีการค้นพบดังกล่าว แต่ในปี 2009 วิศวกรของไอซ์แลนด์กลับได้พบช่องแมกมาตื้นเข้าโดยบังเอิญ

ในตอนแรกพวกเขาวางแผนจะขุดเจาะลึกลงไปใต้ภูเขาไฟ 4.5 กิโลเมตร เพื่อไปให้ถึงช่องแมกมาที่ร้อนจัด แต่ทว่าไม่นานพวกเขาก็ต้องล้มเลิกแผนนี้ เพราะได้พบเข้ากับช่องแมกมาที่ตื้นกว่ามากอย่างไม่คาดฝันเสียก่อน โดยตำแหน่งของมันอยู่ที่ระดับความลึกเพียง 2.1 กิโลเมตรเท่านั้น

ไอร้อนจากของเหลวเบื้องล่างที่พวยพุ่งขึ้นมา มีอุณหภูมิในระดับที่ทำลายสถิติถึง 452 องศาเซลเซียส ส่วนความร้อนในช่องแมกมาเองนั้น คาดว่าสูงถึง 900 องศาเซลเซียส ภาพวิดีโอที่บันทึกด้วยกล้องที่นำลงไปใต้ดินแสดงให้เห็นควันและไอน้ำร้อนพลุ่งพล่าน ความร้อนมหาศาลและการกัดกร่อนที่เกิดขึ้นอย่างฉับพลันได้ทำลายหลุมบ่อที่เจาะลงไปนั้นในที่สุด

“บ่อที่เกิดจากการขุดเจาะในครั้งนั้น ผลิตพลังงานสูงกว่าค่าเฉลี่ยของบ่อขุดเจาะในแถบนี้ถึง 10 เท่า” พาลซอนกล่าว เขายังประมาณการว่าหากขุดเจาะช่องแมกมาตื้นนั้นเพียง 2 หลุม ก็จะผลิตพลังงานได้เท่ากับโรงไฟฟ้าปัจจุบันของคราฟลาที่ใช้พลังงานใต้พิภพจากบ่อขุดเจาะ 22 หลุม ซึ่งจะทำให้แหล่งพลังงานใหม่นั้นเป็นตัวเปลี่ยนเกมอย่างแท้จริง

ทุกวันนี้ทั่วโลกมีการค้นพบแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพแล้วถึง 600 แห่ง ทั้งยังมีแผนจะขุดเจาะเพิ่มเติมอีกหลายร้อยแห่งด้วย เพื่อตอบสนองต่ออุปสงค์ที่เพิ่มสูงขึ้นในตลาดพลังงานสะอาดที่ปล่อยคาร์บอนต่ำ ซึ่งผู้คนในยุคปัจจุบันมีความต้องการใช้มันตลอด 24 ชั่วโมง แต่โดยทั่วไปแล้ว บ่อพลังงานใต้พิภพเหล่านี้จะอยู่ที่ระดับความลึก 2.5 กิโลเมตร และจัดการกับไอความร้อนที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า 350 องศาเซลเซียส

อย่างไรก็ตาม ทีมวิจัยและบริษัทเอกชนในหลายประเทศกำลังเร่งพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ เพื่อผลิตพลังงานจากความร้อนใต้พิภพที่อยู่ในระดับลึกเป็นพิเศษ ประมาณ 5 - 15 กิโลเมตรใต้พื้นโลก ซึ่งหินหนืดที่ร้อนยิ่งยวดจะปล่อยไอความร้อนที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 400 องศาเซลเซียสขึ้นไป

โรซาลิน อาร์เชอร์ อธิการบดีของมหาวิทยาลัยกริฟฟิธและอดีตผู้อำนวยการสถาบันความร้อนใต้พิภพแห่งนิวซีแลนด์ บอกว่ายิ่งสามารถขุดลงไปลึกขึ้นและเข้าถึงแหล่งพลังงานที่ร้อนกว่าได้มากขึ้นเท่าไหร่ ก็ยิ่งมีโอกาสค้นพบ “จอกศักดิ์สิทธิ์” หรือแหล่งเก็บสะสมความร้อนที่ทรงพลังได้มากขึ้นเท่านั้น

อาร์เชอร์อธิบายว่าช่องแมกมาที่อยู่ลึกลงไปนั้น มีความหนาแน่นของพลังงานที่เก็บไว้สูงกว่า ซึ่งสามารถนำมาผลิตพลังงานได้สูงกว่าหลุมขุดเจาะความร้อนใต้พิภพในระดับมาตรฐานทั่วไป 5-10 เท่า “นิวซีแลนด์ ญี่ปุ่น และเม็กซิโก มีแผนที่จะทำโครงการในลักษณะนี้ แต่โครงการ KMT กำลังอยู่ในขั้นที่ใกล้จะลงมือขุดเจาะจริงมากที่สุดแล้ว การเริ่มต้นทำโครงการนี้ไม่ง่ายและต้องใช้การลงทุนที่ไม่ได้ราคาถูกเลย”

การขุดเจาะลงไปในสภาพแวดล้อมที่สุดขั้วใต้พิภพนั้น มีความท้าทายทางเทคนิคสูงและจำเป็นจะต้องใช้อุปกรณ์ชนิดพิเศษ แต่ถึงกระนั้น ศ.ลาวัลลีแสดงความมั่นใจว่ามันจะเป็นไปได้อย่างแน่นอน เพราะภาวะที่ระบบมีอุณหภูมิร้อนแรงยิ่งยวดนั้น สามารถพบได้ในเครื่องยนต์ไอพ่น, งานโลหกรรม (metallurgy), และอุตสาหกรรมพลังงานนิวเคลียร์ด้วยเช่นกัน

“เราต้องสำรวจเพื่อค้นหาวัสดุชนิดใหม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งโลหะผสมหรืออัลลอยที่ทนทานต่อการกัดกร่อนในระดับสูง” ศ.ซิกรัน นันนา คาร์ตสดอตทีร์ ผู้เชี่ยวชาญในสาขาวิศวกรรมเครื่องกลและอุตสาหการจากมหาวิทยาลัยไอซ์แลนด์กล่าว

ศ.คาร์ตสดอตทีร์และทีมวิจัยประจำห้องปฏิบัติการของเธอ กำลังทดสอบวัสดุที่ทนทานต่อความร้อนและแรงดันสูง รวมทั้งทนต่อก๊าซที่กัดกร่อนอย่างรุนแรงได้ โดยเธอบอกว่ากำลังให้ความสนใจกับนิกเกิลอัลลอยและไทเทเนียมอัลลอยเกรดสูง เพื่อนำมาใช้แทนเหล็กกล้าเสริมคาร์บอน (carbon steel) ซึ่งเป็นวัสดุที่นิยมใช้ก่อสร้างบ่อพลังงานความร้อนใต้พิภพในปัจจุบัน แต่วัสดุนี้มีปัญหาตรงที่จะสูญเสียความแข็งแกร่งไป เมื่ออุณหภูมิสูงเกินกว่า 200 องศาเซลเซียส

แม้โครงการขุดเจาะพลังงานใต้พิภพในระดับลึกอย่าง KMT ฟังดูเหมือนจะเสี่ยงต่ออันตรายสูง แต่กูมุนด์ซอนมองว่ามันอาจไม่เป็นเช่นนั้นเสมอไป “เราคิดว่าการจุ่มเข็มเล็ก ๆ ลงไปในช่องหินหนืดขนาดใหญ่ จะไม่ทำให้เกิดการระเบิดรุนแรงหรืออะไรทำนองนั้น สิ่งนี้เคยเกิดขึ้นมาแล้วในปี 2009 และทีมสำรวจพบว่าพวกเขาอาจเคยทำมันลงไปโดยไม่รู้ตัวมาก่อนหน้านั้นด้วยซ้ำ เราเชื่อว่ามันปลอดภัย”

ส่วนความเสี่ยงที่จะขุดเจาะลงไปเจอก๊าซพิษหรือทำให้เกิดแผ่นดินไหวขึ้นนั้น ศ.อาร์เชอร์ยืนยันว่า “สภาพแวดล้อมทางธรณีวิทยาของไอซ์แลนด์ มีความเสี่ยงที่จะเกิดเหตุร้ายดังกล่าวขึ้นได้น้อยมาก”

แม้โครงการ KMT จะต้องใช้เวลาดำเนินการอีกหลายปี แต่ในที่สุดมันอาจจะนำมาซึ่งเทคโนโลยีการพยากรณ์ภูเขาไฟระเบิดที่แม่นยำและล้ำสมัยขึ้น รวมทั้งการผลิตพลังงานมหาศาลจากภูเขาไฟ ที่มนุษย์สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้อย่างแทบจะไม่มีวันสิ้นสุด