北京日報:鑽穿地殼夢想能否成真

在「決心」號大洋鑽探船上拍攝的西南印度洋中脊目標鑽探海域景象。

來自中、美、英等12個國家的30名科學家正在位於印度洋的美國「決心」號鑽探船上，準備在印度洋中脊的亞特蘭提斯淺灘鑽取巖芯，實現人類歷史上首次穿透莫霍面，打穿地殼與地幔的邊界。這是一個非常激動人心的計劃，是很多地質學家幾十年來的夢想。

那麼，莫霍面是什麼？人類曾為鑽穿地殼的夢想做出過什麼樣的努力？

地震中發現地殼和地幔的分界

莫霍面這個名字來自於它的發現者，克羅埃西亞的地震學家莫霍洛維奇，全稱是「莫霍洛維奇不連續面」，是地殼和地幔的分界面。

莫霍洛維奇早年在布拉格大學學習數學和物理學，之後在中學任教。1892年，他成為了薩格勒布氣象臺臺長，從事氣象學的觀測和研究工作，且成績斐然，是第一個在克羅埃西亞的報紙上公開發布天氣預報的人。但在世紀之交，他的興趣幾乎完全轉向了地震學，這可能是因為受到1880年對薩格勒布造成了巨大破壞的地震的影響。1906年，他在氣象站內安置了一臺地震儀，且記錄到了當年的美國舊金山大地震。隨後，在他的不斷努力下，在1908年，氣象站內又安裝了一臺更為先進的地震儀，取代了上一臺儀器。這個誕生於氣象站內的地震臺站成為「中歐地區最先進的地震觀測站之一」（莫霍洛維奇語）。可以說，現在萬事俱備，就差一次地震了。

1909年10月8日，一次裡程碑式的地震來了。這次地震震中距離薩格勒布僅30公裡，對該地區造成了相當大的破壞。根據後來的估計，這次地震的震級在5.7-6之間。當時的歐洲已經建立了相當多的臺站，而且不同臺站間會交換地震記錄。地震發生後，莫霍洛維奇就寫信向歐洲各地的地震臺收集資料。最終，他收到了41份地震波記錄，並對其中的36份進行了研究，然後，他發現了一個問題。

地震波是一種機械波，如果它是速度恆定，那麼離地震的震中越遠，接收到地震波的時間越晚，時間和距離成正比。但是，在莫霍洛維奇收集到的資料中，距離震中200公裡以外的地方接收到地震波的時間比預計的要早。那麼，這說明在地球內部的某些地方，地震波速度是要快一些的。隨後，他做出了大量的理論研究，最終發現了莫霍面。

莫霍面是地殼和地幔的分界面，地殼中地震波傳播的速度慢，地幔中的傳播速度快。距離地震震中近的臺站記錄到的地震波是在地殼中傳播的，而較遠的地方接收到的地震波有一段是在地幔中傳播的，這就導致了遠離地震的臺站接收到地震波的時間提前了。

關於莫霍面的種種猜想

莫霍洛維奇發現了莫霍面，那麼它到底長什麼樣子？莫霍面的上面和下面到底有什麼不同？地球那麼大，地質學家想下去看看。

時間來到了上世紀50年代。二戰結束不久，美蘇爭霸。兩大巨頭除了在政治、經濟、軍事等領域你爭我奪外，在科技上也不甘落後，資金源源不斷地流進了科學界。那個時候，最時髦的事情是航天。衛星已經發射成功了，人也被送上天了，登月計劃也在討論中，馬上就要開始實施了。

地質學家們卻有點兒失落，對當時火熱的登月設想也是「羨慕嫉妒恨」。甚至，有人在發表的文章中寫道：「我們在還不知道海底5公裡之下是什麼東西的時候，卻嚷嚷著去月球或其他行星取樣，簡直是瞎胡鬧。」

那時候，人們已經開始著手研究地下幾十公裡的東西了，最迫切的就是要搞清楚下面是什麼，尤其是為什麼莫霍面下面的地震波速度要比上面的快。是物質組成發生了變化？還是溫度和壓力使原來物質的結構發生了變化？這些都還不得而知。

當時一種比較流行的觀點是，在地殼的最下面是一種叫輝長巖的巖石，成分和玄武巖一致。在地下極高的壓力下，輝長巖可以變成榴輝巖，榴輝巖的密度大，地震波的傳播速度也就更高，榴輝巖和輝長巖的變化面就是莫霍面。但是，另外一種觀點卻認為，莫霍面下的地幔是由一種叫橄欖巖的巖石組成的，它的成分與輝長巖或榴輝巖都不一樣。到底哪個正確呢？也許只能下去看了才知道。

早餐會上誕生「莫霍孔」計劃

大陸上莫霍面埋在30-50公裡之下，要鑽到莫霍面顯然存在技術上的不可逾越性。但在大洋中，莫霍面在大洋底之下5公裡的地方，似乎是可行的。

在1950年前後，在大洋中打鑽還是一件非常有難度的事情。比如，打鑽需要把船固定到一個地方，還需要解決船的顛簸可能造成鑽杆折斷的問題。

美國人芒克組織了一次家庭早餐會，參加的是幾個當時著名的地質學家，包括時任普林斯頓大學地質系主任赫斯。早餐會上，芒克建議提出一個「直擊地球科學根本問題的研究計劃」，半開玩笑地提到鑽透莫霍面。然而他的提議得到在場人員的積極響應，他們當場組成了一個委員會，決定向美國自然科學基金會提出一份研究穿透莫霍面的可行性建議書，並將這一計劃命名為「莫霍孔」。

1957年，在多倫多舉行的國際大地測量和地球物理協會會議上，美國科學家宣布了他們的「莫霍孔」計劃，得到與會者的熱情回應。蘇聯的代表團也暗示，他們也有類似的打算。這一消息刺激了美國政府，決心在「莫霍孔」計劃上拔得頭籌。

隨後，美國人的籌備工作緊鑼密鼓地展開，1960年年底決定改裝一艘鑽探船，並定於1961年試鑽。同年3月份，在水深948米的地方鑽入地下315米，隨後又連續布設了幾個鑽孔。該船返回時，時任美國總統甘迺迪致電祝賀，稱之為科學史上「歷史性裡程碑」。

當然，這一切都伴隨著質疑。美國地質學界分成了兩派：一派強烈支持這項計劃，另外一派則反對。反對者認為這項計劃根本不現實，如上面提到的鑽探難題根本難以解決。還有就是從科學本身提出的反對意見。「莫霍孔」計劃是穿透莫霍面，但陸地上其實本來就有出露的莫霍面，比如在賽普勒斯。從現在板塊理論的角度看，賽普勒斯恰好位於亞歐板塊和非洲板塊的碰撞帶上，非洲板塊向亞歐板塊下擠壓俯衝，導致地下巖石被抬升到地表。賽普勒斯出露的巖石，一邊是輝長巖，一邊是橄欖巖，他們的分界就是莫霍面。如果想要研究莫霍面直接去那裡就行了，沒必要非得花那麼多錢在海裡面鑽個孔。

「莫霍孔」計劃最終沒能進行下去，但是它對後來海洋鑽探工作具有極為重要的意義。正是芒克等人的天才設想，科學家開始有計劃地開展大洋鑽探工作，並克服了多個技術難題。繼「莫霍孔」計劃之後，深海鑽探計劃更是改變了人類對地球的認識，並最終確立了板塊構造理論。（劉漢永）

 

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