地心大冒險

地心大冒險

地球深處的秘密

盡管人類已經(jīng)能夠在另一個星球上著陸，但是對于腳下這片土地的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，我們掌握的知識仍然很有限。地球內(nèi)部究竟是一個怎樣的世界呢？會不會像科幻作家儒勒·凡爾納的《地心游記》里所描述的那樣，有著一個廣闊的地下世界？

我們知道，地球內(nèi)部是由地殼、地幔和地核三個圈層組成。其中最神秘的就是龐大的地幔。地幔是黏稠的，其中所含的元素占地球所有元素的68%，是當(dāng)之無愧的“地球化學(xué)儲藏庫”。此外，地幔還是地球內(nèi)部體積最大、質(zhì)量最大的一層，是驅(qū)動地球內(nèi)部活動的“引擎”，也是地震、火山噴發(fā)和大陸移動的原因。因此，地球內(nèi)部及其對地表環(huán)境的影響等一系列科學(xué)問題，無不與地幔息息相關(guān)。

雖然通過板塊構(gòu)造學(xué)說，我們知道地球的活動與地幔有關(guān)，但對于地球內(nèi)部的活動究竟是什么樣的，人類尚不夠清楚。因為人類想要穿透地殼并不是一件容易的事，所以人類至今還無法直接從地幔中提取樣本。一直以來，全世界的地球科學(xué)家都從未放棄過探尋莫霍面、“觸摸”地幔的科學(xué)夢想。

什么是莫霍面？

莫霍面是以克羅地亞地震學(xué)家莫霍洛維奇的名字命名的地殼與地幔的分界面，在地質(zhì)科學(xué)界一直是一個神秘的存在?？茖W(xué)家們只能通過一些間接手段、模擬實驗和復(fù)雜的計算，推測其物質(zhì)組成。

內(nèi)核里的內(nèi)核

我們前面說過，地球內(nèi)部分為三層：地殼、地幔和地核。許多同學(xué)可能會說：其中地核還分為兩部分——外核和內(nèi)核。

快來刷新你的認(rèn)知吧！最新研究表明，在地球的內(nèi)核里，還有一個更小的內(nèi)核——“內(nèi)內(nèi)核”。我們知道，按照傳統(tǒng)的劃分方法，地核主要分為內(nèi)核和外核，內(nèi)核是液態(tài)鐵，外核是固態(tài)鐵。而科學(xué)家們最新發(fā)現(xiàn)，內(nèi)核內(nèi)部還有著一個在結(jié)構(gòu)上與平常的鐵截然不同的“內(nèi)內(nèi)核”。

小貼士

科學(xué)家們沒有辦法進(jìn)入地球內(nèi)部考察，他們是通過什么辦法知道地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)的呢？

原來，科學(xué)家們主要是通過地震波研究地球內(nèi)部的。因為地震波能量大，傳播距離遠(yuǎn)。例如，在地球另一側(cè)的地震波可以在這一側(cè)被探測到，根據(jù)地震波速的變化，就可知道地球內(nèi)部物質(zhì)的密度、彈性變形等，科學(xué)家們就是根據(jù)這些信息推測出地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)的。

“神秘窗口”——亞特蘭蒂斯淺灘

如果讓你找一個地方把地殼打穿，你會選擇哪里呢？你肯定會回答：當(dāng)然是地殼最薄的地方啦！

完全正確！由于地殼的厚度不均勻，科學(xué)家們也一直在尋找一個“突破口”，以降低鉆探的深度和難度。后來，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)：西南印度洋中脊的擴(kuò)張速度超級緩慢，由于巖漿供應(yīng)量不足，不能及時形成完整的大洋地殼。因此，在那里，莫霍面可能就位于離海底不太遠(yuǎn)的地方。

最后，科學(xué)家把目標(biāo)鎖定在一處名為“亞特蘭蒂斯淺灘”的地方，將它視為揭開地球內(nèi)部秘密的“神秘窗口”。這里洋流湍急，大部分海底沉積物都被沖走，相比大陸地殼的平均厚度（約40千米）來說，這里的地殼要薄得多（僅約5千米）。地震波的探測結(jié)果顯示，亞特蘭蒂斯淺灘下方5 500米深處，就是莫霍面。水下機(jī)器人考察后進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，亞特蘭蒂斯淺灘下的輝長巖（大洋地殼的代表性巖石）的厚度可能只有1 500～2 895米，再往下就是蛇紋石化的橄欖巖（目前普遍觀點認(rèn)為這種巖石主要存在于地幔中）。這一發(fā)現(xiàn)，讓科學(xué)家們信心大增！畢竟對于人類來說，鉆探幾千米的深度還是有可能做到的。

低調(diào)而奢華的大洋鉆探

上天容易入地難，大洋鉆探之路可謂命途多舛。其實，人類開始大洋鉆探的時間比登月還要早。

1957年，科學(xué)家提出了打穿地殼的計劃——莫霍計劃。但由于各種原因，莫霍計劃夭折了；

1966年，美國科學(xué)基金會資助成立了深海鉆探計劃，這一計劃并不旨在打穿地殼，而是主要以淺海鉆探為主；

“決心號”上的科研人員在查看巖石樣本

工作人員查看鉆壞的鉆頭

“決心號”上的月池（船體中間直通海水的口子）

“決心號”上的鉆探人員取出新巖芯

美國“決心號”大洋鉆探船是世界上最先進(jìn)的大洋鉆探船之一。船長143米，寬21米，排水量1.86萬噸，能在海上連續(xù)航行75天。

1985年，大洋鉆探計劃取代了深海鉆探計劃；

2003年，一個新的大洋鉆探計劃誕生——綜合大洋鉆探計劃。雖然綜合大洋鉆探計劃的目標(biāo)很宏偉，但是由于原油價格的暴漲，鉆探的成本也隨之上升，光鉆探船一天就要花費(fèi)幾十萬美元，因此綜合大洋鉆探計劃沒能完成既定目標(biāo)；

2013年，綜合大洋鉆探計劃結(jié)束后，科學(xué)家們又提出了國際大洋發(fā)現(xiàn)計劃。

“上天”“入地”一樣難

我們知道，人類登天需要克服許多困難，比如需要克服失重、大氣摩擦、宇宙速度等，而打開地殼，其難度不亞于“飛天”。

美國的“決心號”大洋鉆探船的核心任務(wù)，就是獲得巖石樣本。在一個多月的時間里，“決心號”一直努力鉆取巖芯。不過，在這個過程中也面臨著諸多挑戰(zhàn)。由于巖石堅硬，一般是一小時鉆探一米。除此之外，鉆探地點還有很多斷層和裂隙，碰到裂隙時，鉆頭就會沿著裂隙縫走偏，科學(xué)家們不得不花時間進(jìn)行調(diào)整。

不僅如此，在鉆探過程中還要考慮“地溫梯度”的影響，越到地下，溫度越高。一般情況下，每深入地下1 000米，溫度約增加33℃。而且鉆探時還會摩擦生熱，因此鉆具材料將面臨巨大的考驗。

通過巖芯，科學(xué)家能知道什么

由于巖石是地質(zhì)作用的產(chǎn)物，每當(dāng)?shù)刭|(zhì)環(huán)境發(fā)生變化，形成的巖石也將隨之改變。因此，科學(xué)家們想通過研究巖石，來窺探地球發(fā)展和演化過程的“蛛絲馬跡”，他們期待通過本次鉆探，找到一系列科學(xué)問題的答案，例如——

地殼的巖石是如何分層的？

地殼中有多少地?；烊?？

地殼深處和含水的地幔中是否存在生命？

……

通過這次鉆探，人類第一次直觀地了解了殼幔邊界的巖石形態(tài)，對地球的演化發(fā)展產(chǎn)生了新的認(rèn)識。另外，還可以了解大洋中脊和地幔的接觸關(guān)系，進(jìn)一步了解地球的板塊構(gòu)造和海洋擴(kuò)張，而且還能了解那個深度的巖石里有沒有微生物，調(diào)查地球深處的生命活動。

這一切，對于我們了解地球以及人類自身，都有重大的意義。

放心，打穿地殼不會引發(fā)災(zāi)難

對于此次的大洋鉆探，你的小腦瓜里可能早就冒出了許多問號。現(xiàn)在，我們嘗試對其中幾個可能問到的問題進(jìn)行解答。如果你還有其他的問題，也可以發(fā)送給我們喲，我們會及時在微信公眾平臺上為你答疑解惑的！

問號一：打穿地殼，科學(xué)家們就不擔(dān)心巖漿噴發(fā)嗎？

不會的。首先，計劃的鉆孔深度是3 000米左右，那里仍然是固態(tài)的巖石，而不是巖漿庫。地球內(nèi)部由三部分構(gòu)成：地殼、地幔和地核，雞蛋與地球有相似之處，也由三部分構(gòu)成——蛋殼、蛋清和蛋黃，用雞蛋打比方的話，此次鉆探其實連蛋殼都還沒鉆透。

問號二：打穿地殼以后，海水會不會沿著鉆孔進(jìn)入地幔，引發(fā)災(zāi)難呢？

地殼并不是一塊鐵板，它存在著很多裂隙。海水早就進(jìn)入上地幔了。而且，海底還有很多火山，都沒有引起災(zāi)難呢，這不過是一個小小的鉆孔，不知道比火山口小了多少。

問號三：會不會探測到天然氣或者石油呢？

不會。這次準(zhǔn)備打穿地殼的地方在洋中脊，這里的地質(zhì)活動非常頻繁，既不具備生成天然氣或石油的物質(zhì)基礎(chǔ)，也不具備儲存天然氣或者石油的條件。

問號四：會不會把地球打爆炸了？

不會。地球的半徑大約為6 371千米，這次計劃的鉆孔深度只占地球半徑的0.04%。前面已經(jīng)提到，地球上本來就有很多火山和裂隙，它們都沒有引起爆炸，何況一個小小的鉆孔？

隨著美國“決心號”大洋鉆探船對地殼的探測，地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)也再一次引起了大家的關(guān)注。隨著技術(shù)的發(fā)展，也許在不久的將來，我們也能進(jìn)入地心探險，發(fā)現(xiàn)更多未知的秘密！

“決心號”上兩位首席科學(xué)家——美國伍茲霍爾海洋研究所的亨利·迪克教授（右）和英國卡迪夫大學(xué)克里斯托夫·馬克里德教授正在給新巖芯劃切割線

黃志明 文