上天易而入地難，相比探索宇宙，鑽穿地球才最是困難

2020-09-05 科學信仰


古時候，人們認為天與地是相對而言的，而且具有著相同的地位，及至科學誕生，人類認識到了宇宙的真容，才明白天與地是不可同日而語的。

我們所謂的大地不過是宇宙中的一顆普通的巖質行星，莫要說由數萬億個星系所組成的宇宙，就僅僅是銀河系這一個星系之中，巖質行星的數量就多得數也數不清。而天呢，天就是廣袤無邊的宇宙，僅可觀測宇宙的半徑就達到了465億光年。所以如果將天比作一間房子，那麼地甚至還算不上房子裡的一粒塵埃。如此看來，似乎入地是一件容易的事情，而上天才是無比艱難的，可事實卻恰好相反。有人總會提出這樣的質疑「我們的地球還沒有研究明白，為什麼總要去探索宇宙呢」，其實這個質疑還真是錯了，因為研究地球比探索宇宙還要難得多。


以人類現有的航天技術水平，已經可以幫助人類踏上地球以外的星球，雖然人類能夠親身踏足的地外星球還只有月球一個，但是人類所打造的太空飛行器卻已經能夠去往更為遙遠的宇宙空間了，最遠的太空飛行器甚至已經到達了距離地球上百億公裡的地方。

回過頭來再看看地球，人類對於地球的鑽探研究不要說百億公裡了，就是百公裡也是難以達成的天方夜譚，目前人類對於地球最深的一次鑽探就是著名的科拉超深鑽孔了，它的深度達到了12262米。12公裡的深度對於地球而言是一個怎樣的概念呢？雖然人類距離鑽穿地球還有十萬八千裡，但是人類對於地球的結構已經有了一定程度的認識，地球從內而外分別是地核、地幔以及地殼，其中地核又分為內核和外核，地幔又分為下地幔和上地幔。


在整個的地球結構中，人類唯一能夠接觸到的就是地殼了，這也是地球結構中最薄的一部分。

我們可以將地球想像成一枚雞蛋，而地殼就是雞蛋殼，其實從比例上來講，如果地球是一枚雞蛋，那麼它一定是一枚薄殼雞蛋。但就是這薄薄的一層殼，人類卻怎麼鑽也鑽不開。地球地殼的平均厚度大概在17公裡左右，如此說來，科拉超深鑽孔的12公裡已經離鑽穿地殼不遠了？並不是這樣的，17公裡只是地殼的平均厚度，而地球地殼的薄厚分布是極不均勻的，通常海底地殼較薄，最薄的地方只有不到2公裡，而陸地則要厚一些，比如青藏高原的地殼厚度就可以達到70公裡。

一般而言，地球陸地上的地殼平均厚度大約在三四十公裡左右。所以科拉超深鑽孔距離鑽穿地殼還遠得很。


既然科拉超深鑽孔已經鑽到了12公裡的地方，那麼為什麼不繼續下去了呢？因為實在辦不到了。

科拉超深鑽孔的正式運轉是從1970年開始的，在1983年的時候，它的鑽探深度就達到了12公裡，然而科拉超深鑽孔項目真正停止的時間卻是在1994年，而從1983到1994的十年多時間裡，鑽探深度只前進了262米，可見繼續鑽探實在是太難了。

對於如此深的鑽探工作而言，依靠機器帶動鑽杆旋轉是不行的，因為隨著距離的增加，能量消耗會大幅增加，沒有機器可以帶動如此長的鑽杆，於是科拉超深鑽孔項目採用了當時較為先進的鑽頭旋轉而鑽杆不動的鑽探技術，但這只是解決了能量消耗上的問題，卻無法迴避鑽頭消耗的問題。


在地下12公裡處，溫度已經超過了100攝氏度，鑽頭在高溫環境中工作，消耗速度極快，而高溫又使得土質變軟，所以更換鑽頭的時候，土質就會回填，每前進一步都是舉步維艱，對於這樣一個耗費甚巨，卻沒有進展，而且也沒有收益的工程而言，停止可能是最好的選擇了。

那麼人類為什麼一定要鑽探地球呢？當然是為了對我麼所生活的地球有更深的認識，雖然通過地震波在不同界面的反射，人類可以對地球的內部結構有一個基本的認識，但是這種認識是極具局限性的，它不可能與真實情況完全一致，只有真正將地球鑽開，才能夠對地球的結構有清晰的認知，同時地下還存在著很多古生物化石，所以鑽探研究對於地質研究以及生物演化研究都有著極為重要的作用。只是不知何時人類才能夠打穿地殼。不過即使鑽穿了地殼，人類也只是完成了第一步，因為幾十公裡厚的地殼對於半徑為6371公裡的地球而言只是層皮兒。

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    從發明蒸汽機開始，人類的發展變得迅速，在最近的100年裡，科技水平更是日新月異，從探索宇宙到潛入海底，但是幾乎沒有人去探索地球內部。因為，鑽探的難度比我們想像的要難的多，就如同拿著一根超長吸管，站在高樓自上往下捅柏油馬路。當時的項目資金只有三億美元，但與需要消耗的人力物力財力相比，只能稱得上杯水車薪。
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