打开APP
userphoto
未登录

开通VIP,畅享免费电子书等14项超值服

开通VIP
“触摸”地幔


卓然

入夜的西南印度洋,月朗星稀,万顷波涛湮没在无边的黑暗中,唯有“决心号”上灯火通明,上千米长的钻杆不停地旋转,悬挂在钻塔中间的升降补偿器,随着起伏的波涛缓缓移动,发出巨大轰鸣声……

早在人类成功探月后,雄心勃勃拟定征服火星计划之时,便有科学家提出异议——我们对自己的地球家园还知之甚少,对于深海和地球内部的了解,还不及对月球了解得多,为何我们要如此着急地踏足太空呢?

尽管这样的论调已经提出了数十年,但迄今,人类依旧对深海不太了解,对“地球化学储库”——地幔更是所知甚少。不过在2015年12月5日,一个由12个国家的科学家组成的科考团队,在西南印度洋展开了钻探地幔的大行动。他们乘坐一艘名为“决心号”的大洋科学钻探船,急速驶向南印度洋一处叫做亚特兰蒂斯浅滩的地方,开始了人类科学史上具有里程碑意义的科考行动——大洋钻探。

挑选西瓜的最好方法是将它剖开,虽然切开地球不可能,但这次科学家将以钻杆为手术刀,给地球做一次“腹腔手术”,以期揭开地幔及地壳与地幔衔接处所蕴涵的自然奥秘。

艰难历程

回溯人类科学史,我们不难发现,与天文学家相比,地质学家的成就仿佛是“九牛一毛”。直到20世纪前,人们对于地球的内部结构还只能用想象来描绘。19世纪的法国小说家凡尔纳在他的《地心游记》里描述了一个中空的地球,这也成了小说的硬伤。

随着地质学家找到了认知地球的有效工具——地震波,人类由此开辟了探知地球奥秘的重要途径,科学家也开始利用它来还原地球的本真面目。通过观测地震波在地球内部的传播情况,科学家把地球大致划分成了地壳、地幔和地核三部分。

但在随后的半个世纪里,地质学又陷入了徘徊期。尽管科学家已经掌握了地震波这个利器,但我们对地震的预测预报水平至今仍裹足不前。1957年,美国地质学家沃尔特芒克提出了一个雄心勃勃的计划,这个计划的核心内容非常简单——打一口井,钻透整个地壳。由于这口井要一直打到莫霍界面(地壳与地幔的分界面,由克罗地亚地震学家莫霍洛维奇于1909年发现),因此得名“莫霍计划”。

在当时看似疯狂的“莫霍计划”选择在洋底而不是在陆地上钻井,原因很简单:洋底的地壳比陆地的地壳要薄得多。在大陆上挖一口贯穿地壳的井,需要向下挖30~50千米,而从洋底出发,距离可直接缩短为5~10千米。

1961年3月,“莫霍计划”的第一口科学钻孔井在地拉霍亚海岸附近施工,在水深948米的海底向下钻了315米。不过,由于实施计划的技术难度大且费用高昂,该计划于1966 年8月宣告终止。

该计划虽然中途夭折,但它对于地球科学的发展仍起到了不可估量的作用,开启了科学钻探的先河,为科学家了解地壳的演化以及监测地震做出了一定的贡献,证明了实施深海钻探,获取洋底的沉积层和基岩样品在技术上是可行的。

然而,打一口直接“触摸”到地壳与地幔边界的超深钻井,让我们能了解莫霍界面的真实情况,仍然是许多地质学家梦寐以求的终生夙愿。

意义重大

此次具有里程碑意义的大洋钻探,是国际大洋发现计划的第360航次,也是名为“SloMo”计划的第1个航次。根据本轮大洋科考的规划,“决心号”大洋科学钻探船的最终目标就是钻穿地壳,“触摸”地幔。至于为何选择在亚特兰蒂斯浅滩作业,科学家认为那里的地壳厚度仅为3千米左右,是一个非常理想的钻探地点。

截至目前,人类对地球的钻探还从未抵达莫霍面,此前只是通过地震波探测得出了一些研究结论,但地球内部到底是什么模样,至今仍是个谜。人类想要彻底了解地心温度、地球的化学物理构成,以及地球的电磁活动,那就必须要“触摸”地幔,“看看”莫霍面的具体情况。

地幔位于地壳下方,是地球的中间层,厚度约 2865千米,主要由致密的造岩物质构成,这是地球内部体积最大、质量最重的一层。地幔堪称最大的“地球化学储库”,但由于人类尚未直接从地幔取样观察,因此对其详细成分所知甚少。神秘而庞大的地幔充满着许多未解之谜,在2013-2023年度的国际大洋发现计划提出的科学挑战中,地球深部演化过程及其对地表环境的影响等一系列科学问题,无不与地幔的存在密切相关。

值得一提的是,与以往的国际空间站等国际重大科研项目“门派林立”的情况不同的是,此次计划共有12个国家的科学家共同参与。

在谈到本次大洋钻探的科学意义时,中国知名地质学家周怀阳表示,“决心号”的工作目的是为了进一步了解地球深处的结构构造及物质组成。地球的岩石是一定地质作用的产物,形成和稳定于一定的地质环境。每当地质环境改变,岩石也将随之改变。因此深入研究岩石,就能窥探到地球发展和演化过程中的一些“蛛丝马迹”。

英国卡迪夫大学的麦克劳德教授在介绍此次科学探测任务时说,“决心号”计划通过3个航次的大洋钻探,在亚特兰蒂斯浅滩重新钻一个孔,目标是分三步钻穿地壳,直达壳幔边界。本航次的目标是钻取1300米的岩芯,获得记录地球生命历程的材料。最终目的是打穿地壳与地幔的边界即莫霍面,从而得以零距离“触摸”地幔。

事实上,这已不是人类第一次在亚特兰蒂斯浅滩打孔钻探。自1987年起,便有科学家在此处进行钻探,共有3次,但由于恶劣的天气与海况,这些任务均告失败。

危险可控

本次大洋钻探行动一经公布,立即在世界范围引发热议。网络上更是响彻各种猜测和质疑,甚至有些人还惊呼,科学家正在疯狂冒险,这样的行动极有可能会引发火山爆发等意外灾难。

不过,据国际大洋发现计划中国办公室对外发布的信息显示,截至目前,科学家共在全球大洋钻探了3000多个孔,还从未有过导致火山爆发等危险情况的发生。

尽管本轮钻探深度将超越以往,但由于钻探的都是坚硬的岩石层,因此并不会有什么危险。就算我们最终“触摸”到了地幔,也大可不必担心。研究发现,地幔可分成上地幔和下地幔两层,尽管上地幔顶部存在一个软流层,但软流层以上的地幔,也就是上地幔的顶部也是岩石圈的组成部分,在这种硬度较高的岩石圈中钻孔不会有什么意外,地球熔岩不会由此向外喷发。

亟待揭秘

本世纪初,曾有美国地质学家大胆推测,地球的内核处可能有一个绵延10千米的核反应堆,正是因为它提供的巨大的能量,才使地球内部保持了几十亿年的高压高温环境。而日本科学家则发表论文指出,除了地壳的表层存在水之外,在地幔里很可能也有水。为了证实这一猜测,他们甚至还做了个模拟的“下地幔”。下地幔是距地表650~2900千米的部分,主要成分是硅酸盐,此外还有金属氧化物与硫化物,主要是铁和镍,因此下地幔又被称为金属带。这个模拟的“下地幔”是按照真实下地幔中镁、铁、钙、镍等元素在地幔中所占的比例混合而成的。因下地幔中的化合物吸收了大量的水,所以矿物的发射光谱能够透露出其中的含水信息。科学家根据检测到的数据,进行模拟实验后发现,模拟“下地幔”中的物质里水含量达到了0.2%。基于这个实验数据,科学家推测,地球内部的水量是地表水的5倍多。

近年来,甚至还有科学家猜测,地球深处是否存在着其他不为人知的生命形态。目前,科学家已经在地球表面下1600米左右的地方,发现存在有微生物,那里的温度非常高。此外,地质学家还在地球内部高达2万个大气压的环境里,发现了细菌的踪影。但此前的研究表明,细菌或者其他形式的生命无法生存在超过几千个大气压的环境里。以上种种,无不激发科学家的好奇心:在更深的地球内部,是否还藏着包括另类生命形态在内的诸多秘密。

截至2016年2月1日,“决心号”已向海底钻探近700米,至1300米后,科学家还将乘坐钻探能力更强的日本“地球号”,钻到壳幔边界。

半个多世纪以来,全世界的地质学家从未放弃过探寻莫霍面、“触摸”地幔的科学梦想。如今,对生命极限的认知再次驱动着科学家的求知欲。也许数十年后,这片位于南纬32度42分、东经57度17分的海域依旧祥和,但人类的世界观将会彻底颠覆。

科学家正在分析所取得的微生物样品

中国同济大学海洋地质国家重点实验室的马强博士正在输入岩芯数据

与消失的亚特兰蒂斯大陆有关吗?

一看到亚特兰蒂斯这个名字,相信不少考古迷的胃口马上被吊起来了,这难道是要寻找古希腊哲学家柏拉图所描述的,1万年前突然离奇沉于海底的亚特兰蒂斯大陆吗?

其实,这两个亚特兰蒂斯没有半点关系,尽管传说中的亚特兰蒂斯究竟在何处并没有定论,但一般认为其位于直布罗陀海峡外的大西洋中。但此次进行大洋钻探的亚特兰蒂斯浅滩位于西南印度洋中脊,是一个海岭顶端长40千米、宽30千米的穹状隆起,两者相距甚远。调皮的科学家只是为了引人注目,才取了一个具有轰动效应的名字而已。

本站仅提供存储服务,所有内容均由用户发布,如发现有害或侵权内容,请点击举报
打开APP,阅读全文并永久保存 查看更多类似文章
猜你喜欢
类似文章
【热】打开小程序,算一算2024你的财运
日本要打穿地壳去地幔寻找神秘生命,美英中也钻过亚特兰蒂斯浅滩
地球上打洞?钻穿地壳?只为与地幔的一次“亲密接触”
钻穿莫霍面直达地幔比登月还难?在我们有生之年,人类能否实现?
地壳首次被完全钻穿——科学家提取了地幔样本
地球空心论是真的?越南有一处神秘洞穴,可以容纳72亿人
科学家准备打穿地壳进入地幔
更多类似文章 >>
生活服务
热点新闻
分享 收藏 导长图 关注 下载文章
绑定账号成功
后续可登录账号畅享VIP特权!
如果VIP功能使用有故障,
可点击这里联系客服!

联系客服