進(jìn)軍地心的夢

文　瀾

在衛(wèi)星已經(jīng)飛向太陽系的時(shí)候，我們的鉆頭卻只能鉆到腳下12千米的地方，這便是“上天有路，入地?zé)o門”的現(xiàn)實(shí)。為了揭開地球內(nèi)部的奧秘，科學(xué)家們有一個(gè)夢想——向地心進(jìn)軍。

科學(xué)家的奇思妙想

據(jù)英國《泰晤士報(bào)》報(bào)道，美國行星科學(xué)家戴維·史蒂文森正在籌劃一項(xiàng)宏偉計(jì)劃：向地心發(fā)射一個(gè)探測器。怎樣發(fā)射這顆探測器呢？他想向地下注入大量的高溫鐵水，制造一個(gè)猶如倒噴的“火山”，借此把探測器送入地下3 000千米處。探測器把地球深處的信息，以地震波形式傳回地面。你看，史蒂文森的設(shè)想多么奇妙啊！

妙想的最大難度，是如何讓探測器通過地殼和地幔。史蒂文森打算用核爆炸炸開一條長、深各300米、寬1米的深溝，或利用地表的一些天然裂縫，比如冰島的火山坑，在坑內(nèi)注入1 000萬噸鐵水，用鐵水的巨大質(zhì)量把大坑下的巖層壓出一條深深的裂縫。鐵水在地心引力的作用下，順著裂縫流向地核深處。由于用鐵量巨大，一旦實(shí)驗(yàn)，可能要征用全世界所有煉鐵廠的鐵。為什么用鐵水灌呢？因?yàn)殍F儲量大、又便宜，還不容易與富含鐵的地下巖層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

假如史蒂文森的妙想成真，將會使人類直接接收來自地核的信息。到那時(shí)，我們就可以了解地球磁場的狀態(tài)了?？茖W(xué)家們并不都贊成他的妙想，提出了許多質(zhì)疑。他們認(rèn)為，用史蒂文森的方法把探測器送到地核，可能需要數(shù)千年的時(shí)間；盡管鐵水的總量巨大，但在強(qiáng)大的地核壓力作用下，可能難以形成直達(dá)地核的裂縫；縱然可以形成裂縫，在鐵水流下之后，強(qiáng)大的壓力也會使裂縫閉合，探測器將無法利用電磁波傳送信息，而小小的探測器，又怎么能形成強(qiáng)大的地震波呢？還有人問，鐵水能下降多長距離，用什么方法阻止它冷凝呢？

你們看了史蒂文森先生的妙想，有什么問題要問嗎？可以來信告訴我們。

給地球鉆幾個(gè)孔

長期以來，人們想用各種方法向地心進(jìn)軍，就因?yàn)榈貧?jiān)硬巖石的阻隔，迄今為止，人類對地球內(nèi)部仍然知之甚少。

大陸科學(xué)鉆探工程，是通過鉆孔獲取巖芯、巖屑、巖層中的流體——?dú)怏w和液體，以及在鉆孔中安放儀器進(jìn)行長期觀測，獲取地下的各種信息。盡管這很難，但科學(xué)家們卻沒有望而卻步。

其實(shí)，科學(xué)鉆探始于20世紀(jì)60年代。當(dāng)時(shí)，美國提出了一項(xiàng)“深海鉆探計(jì)劃”，1985年美、英、法、德等國拉開了“大洋鉆探”的序幕，并獲得成功的經(jīng)驗(yàn)，這使通過大陸鉆探獲取地球深部的奧秘成為共識。1995年，國際大陸科學(xué)鉆探組織ICDP成立。我國于當(dāng)年加入。1996年，中國正式成為ICDP的三個(gè)理事國之一。

科學(xué)鉆探的幾十年來，已有13個(gè)國家打了近百個(gè)深淺不一的科學(xué)鉆探孔，其中4 000米以上的深孔有20個(gè)，深度大于8 000米的大陸科學(xué)鉆探孔，被稱為超深鉆。最早進(jìn)行大陸科學(xué)鉆探的國家是前蘇聯(lián)，其SG-3鉆孔已鉆了近20年，入地12 262米，為目前世界上最深的鉆孔。我國2001年8月4日也正式開鉆，預(yù)計(jì)5年，進(jìn)深5 000米。

地球內(nèi)部有什么

大陸科學(xué)鉆探將打開一扇扇從未開啟的地球之門，改變?nèi)祟悓Φ厍騼?nèi)部組成與結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。地球內(nèi)部分為3層，由外到內(nèi)分別為地殼、地幔和地核。地殼實(shí)際上是由多組斷裂的、大小不等的板塊組成，厚度也不均勻。大陸地殼平均厚30多千米，海洋地殼厚約為5千米~8千米。地殼上層為花崗巖層，下層為玄武巖層。理論上認(rèn)為地殼內(nèi)的溫度和壓力隨深度增加，每深入100米，溫度就升高1℃。2003年的鉆探結(jié)果表明，在深達(dá)3千米以上時(shí)，每深入100米，溫度升高2.5℃，到11千米深度時(shí)溫度已達(dá)200℃。

地幔平均厚度約2 900千米，呈固態(tài)，主要由橄欖石、輝石、斜長石和鐵鎳合金等組成。地幔又分為上地幔和下地幔。一般認(rèn)為，上地幔頂部存在一個(gè)軟流層，估計(jì)是由于放射性元素大量集中蛻變放熱，將巖石熔融后形成的，可能是巖漿的發(fā)源地。下地幔溫度、壓力和密度均增大，物質(zhì)呈可塑性固態(tài)。

地核的平均厚度約3 400千米，分為3層：外地核、過渡層和內(nèi)地核。地核只占地球總體積的16.2%，但質(zhì)量超過地球總質(zhì)量的31%。地核主要由鐵和鎳等金屬組成。

大陸科學(xué)鉆探可以幫助人們直接、精確地了解地殼成分、結(jié)構(gòu)和各種地質(zhì)過程，對開發(fā)利用地球資源與環(huán)境有重要作用。國際大陸科學(xué)鉆探計(jì)劃要探測的主題是：與地震、火山爆發(fā)有關(guān)的物理、化學(xué)過程及相關(guān)的減災(zāi)措施；近期全球氣候變化的方式與原因；天體撞擊對全球氣候及生物滅絕的影響；深部生物圈與各種地質(zhì)過程的關(guān)系……讓我們拭目以待吧。