當人造衛星已經飛向浩瀚宇宙時,人類的鑽頭最多卻只能鑽及腳下12公裡的深處。這便是「上天有路,入地無門」的現實。但是科學家從來沒有停止探測地球內部隱秘的步伐,閱讀本文將幫您了解人類是如何探索地心奧秘的。
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科學家要把探測器送到地心
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好萊塢科幻片《地心浩劫》(The Core)中有這樣的情景:地球物理學家凱斯博士無意中發現了一場可能會導致全球人類滅亡的大災難:地心溫度因某種不明原因發生了改變,這種未知的力量正在阻礙地球的正常運轉。為了拯救地球,保衛全人類的安危,凱斯將全球最傑出的科學家組織起來,成立了一個救援小組,他們計劃駕駛人類首隻「鑽地船」抵達地核,在那裡引爆一個特殊核裝置,一旦成功,地球仍將像往常一樣正常運轉……
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有趣的是,這部電影給科學家提供了靈感。據最新出版的英國《自然》雜誌報導:美國加州理工學院行星科學教授戴維·史蒂文森正在籌劃一項耗資100億美元的宏偉計劃,向地心發射一個探測器。史蒂文森的設想十分新奇,他計劃用向地下注入大量鐵水的方法來形成一個「倒火山」,藉此把探測器送入地下3000公裡處。探測器將把從地球內部直接採集到的數據以地震波形式傳回地面,因為無線電波無法穿透這個深度。
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計劃的最大難度在於如何在地殼和地幔間開鑿通道讓探測器通過。為此,史蒂文森擬先開鑿一條長、深300米,寬1米的洞。為此,可能需要進行一次數百萬噸當量級的核爆炸,也可能會利用地表的一些天然裂縫,比如冰島的火山坑。然後,在坑內注入10萬—1000萬噸熔化的鐵水。如此巨大的重量將把大坑下的巖層壓出一個深深的裂縫,鐵水將在地心引力作用下,順著裂縫流向地核深處。
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假如史蒂文森的計劃能夠成功,將會是人類首次直接接收來自地核的信息。但有科學家質疑這個計劃的可行性,他們認為用史蒂文森的方法把探測器送達地核,可能需要數千年時間。還有人認為,儘管鐵水的總量巨大,但在強大地核壓力的作用下,形成直達地核裂縫的可能性不大。縱然可以形成裂縫,在鐵水流下之後,強大的壓力又會使裂縫閉合。這樣,探測器就無法利用電磁波傳送數據。而小小的探測器,又怎麼能夠形成強大的地震波,將有關數據傳回地面呢?
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目前最深的鑽孔僅深12公裡
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長期以來,人們就試圖通過各種方法對地球進行探測,但由于堅硬的地殼巖石的阻隔,迄今為止,人類對地球內部仍然所知甚少。隨著航天技術的發展,一個與之相呼應的「入地」科學鑽探計劃應運而生,科學鑽探始於20世紀60年代美國提出的「深海鑽探計劃(DSDP)」。「深海鑽探計劃」與「人類登月計劃」被譽為人類在20世紀60年代的兩大壯舉。1985年1月,美、英、法等國拉開了「大洋鑽探(ODP)」的序幕。1996年,中國與美國、德國正式成為國際大陸科學鑽探計劃(ICDP)的三個理事國之一。
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科學鑽探在世界上已實施30年,已有13個國家打了近100口深淺不一的科學探測鑽孔,其中4000米以上的深孔有20個。根據鑽孔的深度,研究者將深度大於8000米的大陸科學鑽探稱為超深鑽。超深鑽是一項投資巨大的科學工程,體現了一個國家的實力與地學水平。最早進行大陸科學鑽探的國家是原蘇聯,其中SG—3鑽孔的鑽探時間最長(1970年—1989年),進度12262米,為目前世界上最深的鑽孔。目前,最先進的辦法就是通過動力帶動有鑽頭的鑽杆向下鑽進。為防止孔斜,多採用大直徑液動錘全面鑽進。
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中國大陸科學鑽探工程起步
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中國大陸科學鑽探工程(CCSD)於1997年被國家科技領導小組列為「九五」國家重大科學工程項目。1998年被國際大陸科學鑽探組織列為國際大陸科學鑽探項目。至2002年4月6日,該工程已完成2000餘米先導孔施工,截至2003年5月18日,主孔深度為2982.18米。預計到2004年方能完成5000米的任務。
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有關鑽孔位置的選擇當然也成為地球科學家及社會關注的熱點問題。中外專家一致贊同在我國江蘇北部東海縣毛北鎮實施科學深鑽,這裡地處世界上規模最大的超高壓變質帶上。同時,我國還計劃2010年前在青藏高原上打一口10000米的超深井。(文/奇雲)
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