從莫霍面到地幔：人類第一次觸摸到地球最原始的巖層

2020-09-03 太空伊卡洛斯

DSDP深海鑽探項目、ODP海洋鑽探項目讓我們第一次看到了完整的海洋地殼，科拉超深鑽井也讓人類第一次觸摸到地球最原始的巖層，科拉超級井自上世紀90年代初以來一直處於廢棄狀態。根據不完全統計，除了科拉鑽井外，全世界還有21口類似的鑽探井。這些超深井的存在讓人類第一次觸摸到地下世界，最原始的地層，但我們距離揭開莫霍面及其下方的地下奧秘，還有很長一段路要走。

出品：太空伊卡洛斯

人類能夠上天也能遁地，登天之路雖然非常艱難，也算是順利的，1969年美國人成功登月，在過去的50年我們已經讓衛星遍布地球周圍，無人探測器抵達了冥王星、旅行者探測器飛出了日光層，但是遁地之路卻卡在了1994年。至今我們仍然沒有突破科拉超深鑽取得的1.2萬米深的鑽探記錄。我們知道地球半徑為6371公裡，有史以來最深的鑽孔達到了1.2萬米，即12公裡的深度，距離地球內部還有很長的距離，近相當於鑽透了地球的「皮毛」。地球內核中心壓力極大，相當於我們海底最深處的3000倍以上，溫度超過5000攝氏度，幾乎沒有人類製造的探測器在這樣的溫度下倖存。德國人在1990年開始了他們自己的超深鑽孔項目，但效果不佳，主要原因是科研動力不足。


圖註：火箭能夠帶人類進入太空

圖註：遁地之路卻非常艱難

在上世紀90年代初或80年代末，當俄羅斯願意與西方合作時，一些西方科學試圖利用俄羅斯的一些技術和已經取得的成功，繼續推進科拉超深鑽的作業。不幸的是，科學家也未能及時得到設備，復工之路也是半途而廢。可以認為，所有的鑽探工作都以一定程度的挫敗告終。這些失敗經驗中有錯誤的操作，還有機器在如此深的地下遭遇的高溫、成本和政治因素，這些幹擾因素都讓科學家們的夢想破滅了，他們想要鑽得更深，並打破最深洞的記錄。

從莫霍面到地幔

科學家對地下世界的鑽探來自對莫霍面的痴迷，1909年，科學家莫霍首次發現，淺層地震波在不同深度出現折射，於是莫霍面被發現。其位置深度不確定，如果是陸地，那麼最深可達到75公裡，平均為35公裡深度，如果是大洋中脊，可能只有5公裡深。於是世界各國地質學家就開始研究如何打鑽莫霍面，這應該是人類理論上能夠獲得的地球最原始的巖層！科拉超深鑽項目已經超過地下5公裡深度，此時溫度為70攝氏度，在12公裡深度時，傳感器記錄的溫度為220攝氏度。1992年，鑽井停止了工作，1994年，項目正式停止。以今天的貨幣計算，蘇聯科學家大約花費了數億美元開採出了幾米長的玄武巖。這個深度已經達到了預期的兩倍，再往深處鑽也不可能了。


圖註：DSDP深海鑽探項目、ODP海洋鑽探項目讓我們第一次看到了完整的海洋地殼

蘇聯解體後，沒有資金來資助這些項目，三年後，整個設施被關閉。現在這個荒涼的地方成了愛冒險遊客的目的地。鑽井雖然倖免，巨大的鑽機仍然在那裡，只不過現在是一個旅遊景點而已。但是起重機目前為了測量降低了儀器性能，這個鑽井實際上只在發揮地球觀測點的作用，甚至更像是一個藝術畫廊。

有人曾把隔熱罩保護的麥克風放到鑽孔下面時，麥克風接收到了科學家無法解釋的低沉隆隆聲，這種隆隆聲讓人「覺得自己非常渺小；似乎是第一次看到這個我們賴以生存的大球甦醒過來，它聽起來讓人難以忘懷。有些人認為這聽起來像地獄，其他人認為他們能聽到地球的呼吸。德國也是類似的計劃，目標要比蘇聯科拉鑽更深，但當時甚至還沒有達到10公裡就停止了，這是因為德國人鑽探的地方比俄國人的要熱得多。很明顯，要想再深入下去將會困難得多。


圖註：科拉超深鑽破敗的模樣

圖註：停留在1.2萬米深的位置

上世紀90年代初的德國沒有很好的理由籌集額外的資金，來進一步推進項目，因為德國的統一已經花費了一大筆錢。雖然科學家們並不期望找到一個充滿恐龍的隱藏洞穴，但將自己的項目描述為「探險」也是一個事實。筆者認為，這絕對是一次探險，因為在準備和執行過程中確實花了點時間，而且因為科學家要進入的是以前沒有人去過的無人地帶。你總會在那裡發現一些真正讓你吃驚的東西，尤其是當你深入地殼的時候。

全球還有21口超深井鮮為人知

如果我們談論科拉超深鑽井，那麼該項目目標背後的理論在鑽探開始時已經有30至40年的歷史了。這些任務的意義在於：它們就像行星探索，這是純科學事業，你永遠不知道你會發現什麼。DSDP深海鑽探項目、ODP海洋鑽探項目讓我們第一次看到了完整的海洋地殼，科拉超深鑽井也讓人類第一次觸摸到地球最原始的巖層，科拉超級井場自上世紀90年代初以來一直處於廢棄狀態。




從莫霍爾到地幔項目是國際海洋發現計劃最重要的項目之一，和最初的莫霍工程一樣，科學家們計劃在地殼只有6公裡深的海床上進行鑽探。耗資10億美元的超深鑽井項目的目標是在人類歷史上第一次重新獲得原位地幔巖石。儘管這個項目十分重要，巨大的鑽井船在20年前這個項目還在醞釀中的時候就已經建造好了。科學家使用GPS系統和六個由計算機控制的可調控鑽頭，可以使船位置的誤差保持在為50釐米以內。這艘船將拾起火炬，繼續50年前莫霍爾項目沒完成的工作。超深鑽孔在發現大陸厚地殼的方面取得了重大進展。我們要做的是找出更多關於地殼-地幔邊界的信息。現在主要的問題在於有三個主要的候選鑽井地點。其中一個在哥斯大黎加，一個在巴哈，還有一個在夏威夷。

每一個地點都需要在海洋的深度、與鑽探地點的距離以及是否需要在海岸上建立一個基地之間做出妥協，這個基地可以支持一天24小時數十億美元的海上作業。基礎設施可以建立起來，但需要時間和金錢。說到底，這確實是一個成本問題。這些鑽探非常昂貴，因此很難重複。它們的成本可能高達數億歐元，其中只有一小部分將用於地球科學，其餘部分將用於技術開發，當然還有運營。



除了在海床上進行鑽探，科學家也在陸地上進行鑽探，比如2000年至2006年執行的恩雅金斯基超深井計劃，已經打穿了8200米深的地層，美國的北登鑽探井，深度達到了9159米，這也是一口非常深的鑽探井。烏拉爾超深井深度為6000米，在2004年停止工作。根據不完全統計，除了科拉鑽井外，全世界還有21口類似的鑽探井。這些超深井的存在讓人類第一次觸摸到地下世界，最原始的地層，但我們距離揭開莫霍面及其下方的地下奧秘，還有很長一段路要走。

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    原標題：特寫：探尋神秘的莫霍面　　新華網「決心」號12月3日電（記者張建松）藍色的「決心」號靜靜地停靠在斯裡蘭卡科倫坡港口，高大的鑽井架幾乎與港口的吊架齊高。在船上的小會議室裡，來自美國、英國、中國等12個國家的30名科學家濟濟一堂，討論即將奔赴西南印度洋開展的大洋科學鑽探。
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