打穿地殼看地幔 地球心臟到底啥樣

　　

　　日前，「決心號」大洋鑽探船抵達位於南緯32度42分、東經57度17分的目標海域，來自美國、英國、中國等12個國家的30名科學家，準備在西南印度洋中脊這處名為「亞特蘭蒂斯淺灘」的地方，實現人類歷史上首次打穿地殼與地幔的邊界。
　　科學家期待通過鑽取巖芯，研究一系列科學問題，如下地殼的巖石是如何分層的？下地殼中有多少地幔混入？「莫霍面」是否代表了地幔的蝕變邊界？下地殼和含水的地幔中是否存在生命？

選位：海地鑽探船上直播
　　亞特蘭蒂斯淺灘位於海水下方約700米深處。「決心號」抵達後，一個巨大的水下電視攝像系統和鑽杆一起，通過船底與海水相連通的月池緩緩放入海底。在燈光的照射下，亞特蘭蒂斯淺灘的神秘面紗被小心翼翼揭開，通過電纜線在船上電視屏幕上直播。
　　隨著攝像機緩緩移動，亞特蘭蒂斯淺灘上白色的「沙灘」與黑色的巖石相互交錯的地形地貌一覽無餘。據英國卡迪夫大學克里斯多福·馬克裡德教授介紹，由於這片海域洋流很大，海底沉積物大多被衝走，這些白色的「沙灘」其實是石灰巖，黑色巖石就是下地殼的代表性巖石——輝長巖。
　　經過近10個小時的搜尋，水下攝像機17日終於找到一塊合適的平坦區域。鑽探人員將鑽杆、返孔錐下部導管和底座以及一個擴孔器套在一起，緩緩放入海底。鑽杆抵達海底後，鑽頭開始鑽進。隨著鑽孔一點點深入，返孔錐下部導管和擴孔器一點點嵌入鑽孔。

鑽孔：「決心號」首次鑽探
　　巖石是一定地質作用的產物，深入研究巖石，就能窺探地球發展和演化過程的「蛛絲馬跡」。大洋鑽探猶如打入海底的「巖石探針」，直接獲取珍貴的研究樣品和科學數據。
　　18日傍晚，經過整整一天鑽進，10多米長的導管和擴孔器已全部嵌入鑽孔，返孔錐底座也安裝在鑽孔口。通過月池，工人們將漏鬥狀的返孔錐套在鑽杆上，讓它順著鑽杆落到海底的底座上。反轉鑽杆，擴孔器收縮，直徑變小，就可牢牢固定返孔錐。
　　這些安裝工作完成後，船上就可收回「打底孔」的鑽杆，換上專門鑽取巖芯的鑽杆。19日下午，巖芯鑽杆順利進入了鑽孔。科學家將這個鑽孔編號為U1473A。今後一個多月中，「決心」號將一直在這個孔裡鑽取巖芯。
　　按照鑽探計劃，在「決心號」首次鑽探之後，還將有更深的鑽探作業。

莫霍面地殼和地幔層間的一個界面平均深度17 陸地區為33 海洋區平均6
1990年，地震學家莫霍洛維奇通過觀測地震波在地球內部的傳播情況，率先提出地球的地殼和地幔之間存在一個不連續的分界面。人們稱為「莫霍洛維奇不連續面」，簡稱「莫霍面」。
莫霍面上，地震波的縱波和橫波傳播速度增加明顯，說明其下物質的彈性和密度隨深度逐漸增加，因此得知地幔的物質密度、硬度大於地殼。

「決心號」：1300米深
　　科學家乘坐「決心號」，在「亞特蘭蒂斯淺灘」的北部邊緣鑽一個1300米的鑽孔

「地球號」：加深到3000米
　　在後續計劃中，科學家還將乘坐鑽探能力比「決心號」更強的「地球號」，把這一鑽孔加深至3000米，最終打穿殼幔邊界
資料「決心號」鑽探船
　　「決心號」，即喬迪斯·決心號鑽探船，是大洋鑽探計劃以及綜合大洋鑽探計劃中所使用的一艘鑽探船。該船原是美國Sedco公司和英國石油公司所屬的一艘商用石油勘探船。從1985年開始改裝供大洋鑽探計劃使用，改名為「喬迪斯·決心號」。2004年，大洋鑽探計劃為綜合大洋鑽探計劃所取代，「喬迪斯·決心號」繼續為綜合大洋鑽探計劃服役至今。
　　「喬迪斯·決心號」鑽探船總排水量9050噸，船長度143m，寬度21m，鑽塔高61.5m，能操作9150m鑽杆柱，其鑽探能力為9150m，鑽探最大水深8235m，海底下最大鑽探深度為4000m左右。該船還擁有1400平方米的七層實驗室。故事 「莫霍面」的由來
　　1906年4月18日凌晨，美國舊金山發生芮氏7.8級大地震，死亡人數達五六千。
　　在克羅埃西亞一個不知名的大學裡，有個天才氣象學及地震學家叫安德裡亞·莫霍洛維奇。他知道舊金山發生地震後就想了很多。他計算發現，地下54公裡處左右，巖石的縱波和橫波速度有一個明顯的、突然的增高。這是人類第一次發現地殼和地幔的邊界。從此，人類知道了跟自己腳下硬硬的巖石對於整個地球來說，就是個薄薄的皮，之下的東西並不一樣，我們叫它地幔。
　　今天我們知道，那54公裡是他呆的地方地殼的大概深度，地球上其他地方地殼的深度變化是很大的(例如海洋上基本都在10公裡以內），但是研究殼幔邊界的方法還是基本上沿用莫霍洛維奇的套路。為了紀念他的發現，我們親切地稱這個地殼地幔邊界為莫霍洛維奇不連續界面，簡稱「莫霍面」。
揭秘 為啥要鑽穿殼幔邊界？為研究神秘的「莫霍面」
　　據悉，本次大洋鑽探，是國際大洋發現計劃的第360航次，也是新一輪國際大洋發現計劃的第一個航次。該輪計劃致力於在人類歷史上首次鑽穿地殼地幔邊界，以檢驗「在慢速、超慢速擴張洋脊下方的莫霍面代表了地幔的蝕變邊界」的假說。
　　傳統理論認為：大洋下地殼由輝長巖組成，與地幔之間被莫霍面分開。但最新假說認為：在慢速或超慢速擴張洋脊下方，地震波很難準確反映出下洋殼內部的巖性變化。因為，海水滲入到地幔後，與橄欖巖發生反應，橄欖巖在反應過程中降低了地震波速，變得和下洋殼輝長巖的地震波速相近。因此，莫霍面也可能是蝕變的橄欖巖和未蝕變的橄欖巖之間的界面，而不是殼幔邊界。
　　中科院研究員儲日升認為，通過在海洋地殼上鑽孔的方法獲取從地表到地幔的原位觀測數據，對於了解地殼的結構和演化以及地震研究具有重要的意義。
　　儲日升舉例:「地球的地殼和地幔類似於雞蛋的蛋殼和蛋清，然而我們對地殼和地幔的分界面以及地殼內部的巖石組成、溫度結構的了解還不是很充分。」
　　「這次鑽探與石油鑽探原理大致是一回事，但鑽地更深，打超深鑽井。」大地測量與地球重力學應用研究院研究員劉根友認為，這次的鑽探活動將會獲取很多直觀參數，這對於未來地質學以及地球物理學的研究產生直接推動作用。
人類探尋地球深處歷程1910年克羅埃西亞地震學家莫霍洛維奇發現，地殼和地幔間有個不連續的分界面，即莫霍面。
1961年科學家們首次利用動力定位技術打下了第一口科學鑽孔，在墨西哥近海3558米水深處鑽了5口深海鑽井。1964年美國幾個研究單位發起組成「地球深層取樣聯合海洋機構」，提出了「深海鑽探計劃」。
1968年
深海鑽探計劃開始實施，至1983年計劃結束，「格洛瑪·挑戰者」號船完成鑽探站位624個，實際鑽井逾千口。1970年蘇聯在科拉半島進行科學鑽探，最深的一個鑽孔達12262米。
1985年
由於蘇聯、德、法、英、日等國相繼加入，深海鑽探計劃升級為國際性的大洋鑽探計劃。1998年中國加入大洋鑽探計劃，並作為第184航次主導者，於1999年在南海順利實施中國海的首次大洋鑽探。
2003年國際大洋鑽探計劃轉入綜合大洋鑽探新階段。鑽探船由一艘增加到兩艘以上，鑽探範圍擴大到全球海區。（綜合新華網、中新網、知乎等）