挖穿地殼直達地幔,比登月還難,我們有生之年能看到嗎?

2021-01-14 華箋流香

本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

挖地球非常有意義。

因為人類所有的礦產資源都埋在地面以下,地球深處有無數的寶藏,黃金、白銀、鑽石。

》如果我們在地球上打洞,一直挖,會遇到什麼?

答案是,有想像不到的困難。

1970年,前蘇聯在靠近挪威邊境的科拉半島打了一口超深鑽井,鑽探深度達12,263米。雖然現在有石油鑽井超過了科拉鑽井深度,但是科拉鑽井是第1個用於科學研究的超深井,裡面布置了傳感器。

打科拉鑽井的目的就是為了打穿地殼,但是最後263米進展極為艱難,而且從洞裡面傳來了地獄般嘯叫聲音。

2012年,日本深海鑽探船「千秋號」鑽入太平洋海底,計劃是穿過地殼。地殼在陸地上有30到60公裡厚,但在海底最薄的地方只有5~7公裡厚。

如果「千秋號」的鑽機突破莫霍面的過渡邊界,將到達地幔。

這是地殼和地球高溫熔融核心之間的2900公裡厚的神秘層。

科學家對地幔層了解較少,提取樣本將是一項重大的科學成就,有人將其稱為地質學版本的登月。但是實際上這個工作比登月還要難!

》古語說:眼見為實,耳聽為虛。

我們對地球內部的了解,絕大部分是虛的,因為看不見。

人類對地球內部構造的知識基本上來自於「聽」 ,也就是振動在地球內部傳播的情況。

1909年,克羅埃西亞科學家莫霍洛維奇在測量地震波的傳播速度的時候發現,地震波的橫波和縱波在地表下30公裡處有一個明顯的分界層,速度會突然增加。

這表明這裡的物質與地表的物質不相同,這就是所謂的莫霍面。

莫霍面以上是地殼,它的主要成分是玄武巖,以下是地幔,它的主要成分是橄欖巖。

地幔的密度不僅比地殼的密度要高(地殼的密度為2.9,地幔的密度為3.3),而且地幔的彈性模量比地殼也要高,這意味著地幔是比地殼更堅固的固體。

但是地幔又有可塑性流體的性質,所以才會推動地殼運動。

然而,以上都是科學推理。

真實的地幔是什麼樣子?一定要打穿莫霍面以後挖出來看一看,這就是科學家們執著和努力的原因。

》美國是最早打算鑽穿地殼的國家。

早在前蘇聯的科拉超深鑽之前,美國就打算在太平洋底打穿地殼。

60年代初,美國在東太平洋的瓜達盧佩島附近的海域開始了鑽探計劃,最深的洞僅穿透地殼183米,剛好穿過地表的沉澱物,進入堅硬巖石的下層。

一些美國國會議員認為挖掘地幔不值得付出代價,於是在1966年,他們取消了這個項目。

現在科學家們希望美國、日本和其他國家能夠集中資源來支付這一費用。

即使科學家們在海底找到了可能最薄的地殼部分,這仍然意味著至少要鑽透幾公裡的固體巖石。

更困難的是,當深入地球時,會遇到極端的溫度,和極端壓力。可能超過538攝氏度,以及驚人的壓力3000~5000大氣壓。

由於這種壓力擠壓了設備,保持設備運轉將是一個挑戰,更不用說把正在挖掘的材料推回到地表。

不過,有利的一面是,在過去半個世紀,石油工業的鑽井技術取得了顯著進步。有改進的鑽頭、工具和儀器,它們更能承受高溫和壓力。

全球定位系統和其他先進技術,使鑽井船在深水中保持在同一地點要容易得多。

》挖穿莫霍面對人類有什麼價值?

關於地幔的知識相當有限,科學家從未得到過地幔的純樣本。目前只能通過研究地震波和檢查從火山流出來的熔融巖石來找出答案。

甚至科學家還需要通過外太空的隕石來尋找答案。因為有些非常巨大的小行星撞擊到地球以後,會砸穿地殼,讓地幔裡的物質濺射到太空。

地球的地質構造有很多未解的謎團。幾十億年前地球是如何形成的,如何發展出地核、地幔和地殼的,以及板塊構造是如何開始的,這些問題都需要通過了解地幔來解答。

對地幔的研究或許可能解開地殼以及板塊之間如何相互擠壓的問題,甚至可能預測地震和火山爆發。

而且在地殼內部深處很可能有細菌等微生物,可能封閉在那裡幾十億年獨立演化。這對於了解生命的起源也非常有意義。

但是到目前為止,所有鑽到莫霍面的努力都以失敗而告終,包括前幾年開始的日本等國的計劃,在鑽入地層較深的地方都遇到了難以想像的困難。

很可能在30年內,人類沒有辦法鑽穿莫霍面。也許還要更長,超過大多數人的有生之年。

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