地球最深鑽孔似地獄入口:大國之間的地球鑽探競賽

在冷戰期間，美國和蘇聯都制定了雄心勃勃的鑽探計劃，試圖穿過地殼，接近地球中心。湖泊、森林、霧氣和積雪，在俄羅斯位於北極圈深處的科拉半島上，一切看起來就像是童話故事裡的場景。然而，在這片自然美景中，卻矗立著一座蘇聯科學研究站的廢墟。在這棟搖搖欲墜的建築中間，混凝土地板上嵌著一個沉甸甸、鏽跡斑斑的金屬帽，由一圈同樣鏽跡斑斑的金屬螺栓固定著。

一些人說，這裡是地獄的入口。這就是科拉超深鑽孔，地球上最深的人造洞，也是到達地球最深處的人造物。這座建築深達12.2公裡，以至於當地人發誓稱，你可以聽到在地獄裡受刑的靈魂的尖叫聲。蘇聯人花了將近20年的時間才鑽到這麼深的地方，但當這個項目在蘇聯解體後戛然而止時，鑽頭才鑽到地殼到地幔距離的三分之一處。蘇聯的超深鑽孔並非個例。冷戰時期，超級大國之間展開了一場競賽，都想要儘可能地深入地殼，甚至到達地幔。

現在，日本人也想試一試。國際大陸科學鑽探計劃的烏利•哈姆斯說：「鑽探開始的時間正好處於鐵幕時代。」當時哈姆斯還是一位年輕的科學家，參與了德國的超深鑽孔項目。「我們之間肯定存在競爭。其中一個主要的動機是，俄羅斯人並沒有真正公開他們的數據，」哈姆斯說，「當俄羅斯人開始鑽探時，他們聲稱發現了自由水——但大多數科學家根本不相信這一點。過去，西方科學家普遍認為，在地下5公裡處，地殼密度非常大，水無法滲透到那裡。」

「（新）項目的最終目標是獲得目前活躍的地幔實際樣品，」日本海洋研究開發機構的項目經理肖恩·託茲科說，「在阿曼這樣的地方，你可以找到接近地表的地幔，但那是數百萬年前的地幔。這就相當於活恐龍和恐龍骨骼化石的區別。」

如果將地球比作一個洋蔥，那麼地殼就像洋蔥的薄皮，它只有40公裡厚。地殼下方是2900公裡深的地幔，再往下便是地球的中心——地核。就像太空競賽一樣，探索未知「深度邊疆」的競賽展示了工程能力和前沿技術，以及某種「正確的東西」。科學家們要前往從來沒有人去過的地方。這些超深鑽孔所能提供的巖石樣本對科學的重要性，可能不亞於美國太空人從月球上帶回的任何東西。唯一的不同是，這次美國人沒有贏得比賽。事實上，也沒有人真正獲勝。

在探索「深度邊疆」的競賽中，美國進行了第一次預演。20世紀50年代末，美國百科學會提出了第一個深入研究地幔的嚴肅計劃。這是一個非正式團體，由美國科學界的領軍人物組成。他們將這一鑽過地殼直達地幔的計劃稱為「莫霍計劃」（Project Mohole），以提出莫霍不連續面的克羅埃西亞地震學家安德裡亞·莫霍羅維奇的名字命名。

美國人並沒有鑽一個很深很深的洞，而是決定在墨西哥瓜達盧佩附近的太平洋海底進行鑽探。在海底鑽探的好處是那裡的地殼比較薄，而缺點是地殼最薄的地方通常是海洋最深的地方。蘇聯於1970年開始在北極圈進行鑽探。1990年，德國大陸深層鑽探計劃（KTB）在巴伐利亞州啟動，最終鑽探深度達到9公裡。

與登月任務一樣，超深鑽探所需的技術必須從頭開始摸索。1961年，當莫霍計劃開始在海床上鑽探時，石油和天然氣的深海鑽探還未出現。當時還沒有發明出諸如動態定位等關鍵的技術。在石油深海鑽探中，這種技術可以使鑽探船停留在油井上方的位置。於是，工程師們不得不臨時想辦法。他們在鑽探船的兩側安裝了一套螺旋槳系統，使船在鑽孔上方保持穩定。德國工程師面臨的最大挑戰之一，是如何鑽一個儘可能垂直的洞。他們當時提出的解決方案，現在已成為世界油氣田的標準技術。

「根據俄羅斯人的經驗，你必須儘可能垂直鑽探，否則就會加大鑽機的扭矩，造成孔內扭結，」烏利•哈姆斯說，「解決辦法是開發垂直鑽井系統。」現在這已經是一個行業標準，但它們最初是為大陸深層鑽探計劃開發的。該系統直到鑽探深度達7.5公裡還能奏效，但在最後的1.5至 2公裡，這個洞偏離了垂直線將近200米。

「上世紀90年代初或80年代末，當俄羅斯變得更加開放，並願意與西方合作時，我們試圖利用一些俄羅斯的技術，」哈姆斯補充道，「不幸的是，我們無法及時得到相關設備。」

最終，所有這些探險都以某種程度的挫折告終。有的在起步時就遭遇阻礙，有的則是鑽探機器在地下深處遭遇高溫，加上成本和政治因素，所有這些都讓科學家的夢想破滅。他們都想要鑽得更深，並打破最深洞的記錄。

在尼爾·阿姆斯特朗登上月球的兩年前，由於成本開始失控，美國國會取消了對莫霍計劃的資助。科學家開採出來那幾米厚的玄武巖，以今天的貨幣計算，大約花費了4000萬美元。

接下來就輪到科拉超深鑽孔了。1992年，當溫度達到180攝氏度時，鑽探停止了。這個溫度是原先估計值的兩倍，再往深處鑽是不可能的。蘇聯解體後，再沒有資金來資助這些項目；三年後，整個設施被關閉。如今，這個荒涼的地方成了喜歡冒險的遊客的目的地。德國的超深鑽孔沒有像其他項目那樣遭遇厄運。巨大的鑽機仍然在那裡，今天已成為旅遊景點。這個地方實際上已經變成了地球的觀測臺，甚至是一個藝術畫廊。

當荷蘭藝術家洛蒂·吉文將帶隔熱罩的麥克風放入德國的超深鑽孔時，麥克風接收到了一種低沉的隆隆聲，科學家也無法做出解釋。這種隆隆聲讓她「覺得自己非常渺小」。她說：「這是我生命中第一次看到這個我們賴以生存的大球活了過來，它的聲音讓人難以忘懷。有些人認為，這聽起來就像地獄，也有人以為，他們聽到的是地球的呼吸。」哈姆斯表示，當時德國的計劃是比蘇聯鑽得更深，但當時他們甚至還沒有達到預期的10公裡深度。「我們鑽探的地方比俄國人的鑽孔要熱得多。很明顯，要想再深入下去，難度要大得多，」他說，「當時正是20世紀90年代初的德國，沒有很好的理由來籌集進一步推進計劃的額外資金，因為德國的統一耗資太大了。」

奔向地幔的競賽似乎就是著名小說《地心之旅》的升級版，這種感覺很難擺脫。雖然科學家們並不期望找到一個藏有恐龍的洞穴，但他們確實把深度鑽探的計劃描述為「探險」。「我們認為這是一次探險，因為在準備和執行過程中確實花了一些時間，而且你真的要進入無人地帶，那裡從來沒有人去過，這在今天看來真的很不尋常。」哈姆斯說，「你總會在那裡發現一些讓你感到驚訝的東西，尤其是當你深入地殼深處的時候。

當我們談論德國大陸深層鑽探計劃或科拉超深鑽孔時，需要了解的一點是，這些計劃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，它們就像是行星探索，它們是純粹的科學事業，你永遠不知道你會發現什麼。在1256號孔[由深海鑽探項目（DSDP）和海洋鑽探項目（ODP）鑽探的一個孔]，我們第一次看到了完整的海洋地殼。以前沒有人到過那裡。這真的很令人興奮，總是會有驚喜出現。

今天，「從莫霍界面到地幔」（M2M-MoHole to Mantle）計劃是國際海洋發現計劃（IODP）最重要的組成部分之一。和最初的莫霍計劃一樣，科學家們計劃在地殼只有6公裡深的海床上鑽孔。這個超深鑽探項目將耗資10億美元，其目標是在人類歷史上首次獲取原位的地幔巖石。達蒙•蒂格爾也參與了該項目，他說：「這將是一項了不起的任務，需要日本做出巨大承諾。」

地球號（Chikyū）是日本建造的世界最大深海鑽探船，建於大約20年前，排水量達到59500噸。利用全球定位系統系統和6架可調計算機控制的飛機，地球號可以使船體位置的變化幅度僅為50釐米。

「我們的想法是，這艘船將接過火炬，繼續50年前啟動的莫霍計劃，」日本海洋研究開發機構的肖恩·託茲科說，「超深鑽孔在研究厚大陸地殼方面取得了很大進展，我們要做的是找出更多關於地殼-地幔邊界的信息。

目前主要的難點在於如何選擇鑽探點，已有的三個候選站點分別位於哥斯大黎加海域、墨西哥巴哈海域和夏威夷。每一個鑽井點都需要在海洋深度、與鑽井點的距離以及是否需要在岸上建立基地之間做出妥協。「基礎設施可以建設，但這需要時間和金錢，」託茲科補充道。

哈姆斯表示，超深鑽探最終確實可以歸結為一個成本問題，「這些探險活動非常昂貴，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，當然還有維持運營。我們需要懂得鼓舞人心的政治家來宣揚這些探險的價值。」