闲言少叙，书归正文。上次说到，克罗地亚发生了地震，好在莫霍洛维奇已经准备好了地震仪，所以这一次他记录下了大量的信号。综合本地的地震台网和世界各地的地震台网的数据，莫霍洛维奇发现了很多奇怪的地方。莫霍洛维奇到底发现了什么呢？我们都知道，地震波的速度是固定的，把各个地震台接收到信号的时间和距离在一张图上标出来的话，应该都在一条直线上。莫霍洛维奇大概计算了一下，地震波的速度是5~6公里/秒。
但是，莫霍洛维奇发现，300公里以外的地震台网的数据都在偏离这条直线，远在2400公里之外的格鲁吉亚第比利斯汇报的数据更是偏得离谱。似乎传到第比利斯的地震波比别的地方要快得多，达到了7~8公里/秒。莫霍洛维奇觉得这简直是不可思议。地震波怎么会有快有慢呢？这不可能啊。
莫霍洛维奇的雕像
莫霍洛维奇想来想去，也只有一种可能性。那就地球的深处有有一条高速公路。地震波在这里传播的速度更快。假如把地球比喻为一个熟鸡蛋，表面上发出的地震波传递到近处的时候，不需要穿过鸡蛋黄，只是在蛋白里走。当地震波要传递到鸡蛋的另一头的时候，地震波有很多条路可走，最近的一条就是穿过球心，这条路恰好经过了蛋黄，蛋黄传递地震波更快，因此最早到达的地震波的时间比预计的短得多。
所以，1909年10月8日的克罗地亚·库帕谷地震成了地球物理学和地震学史上的一个里程碑事件。自打牛顿时代，科学家就在猜想地球内部的构造。哈雷还提出了一个空心地球的学说。当然，他的说法是不靠谱儿的。不过，皇家天文学家艾里爵士曾经认为，地球应该是有个非常薄的固体外壳叫做地壳，地壳包在液体的岩浆外边，那些火山爆发就是壳儿破了，岩浆漏出来了。
魏格纳在创立大陆漂移学说的时候，也提到过这个理论。但是这个理论遭到了大家的反对。证据还是来自于地震波。地震波分为两种，一种是P波，这是一种疏密波。声音就是疏密波，声音是可以在固体液体气体里传播的。另一种是横波，也就是所谓的S波。足球观众组成的墨西哥人浪就是一种横波。振动方向和传播方向是垂直的。海面的波浪也是横波。但是，横波没办法在液体和气体的内部传播。地震波的S波在地下2900公里的的地方消失了，这说明什么呢？那就是2900公里以下是有个液体层的，S波穿不过去。地幔怎么可能有这么深呢？
地球内部构造
所以，依照莫霍洛维奇的研究，大陆地壳比较厚，大约有50公里厚，地震波在地壳里传播速度只有5~6公里。下面就是密度更大的地幔，地震波的传播速度是7~8公里。所以为了纪念莫霍洛维奇的贡献，这个分界线就被称为莫霍面。脚下2900公里的是S波消失的地方，这里被称为古登堡面，是地幔和地核的分界线。
在20 世纪60 年代的时候，地球科学家对于莫霍面以下的地幔到底是什么岩石吵起来了。许多人认为，能够传递S波而且具有更高波速的地幔岩石，肯定不是玄武岩或辉绿岩，而必定是另外一种物质。
榴辉岩（左）和橄榄岩（右）
人们推测有两种可能性：一种可能是榴辉岩，这是一种化学成分与玄武岩相同，但矿物密度更大的岩石。这种岩石的密度大于玄武岩或辉长岩。另一种可能是橄榄岩，化学成分与玄武岩不一样，含氧化镁比较高，密度也更大。这两种岩石对地震波的传播而言，效果是一样的。对于这两个候选人，只靠地震波是无法区分的。
地幔到底是什么成分，这个问题非常关键。过去坚持地球表面只有纵向的升降，没有水平移动的人都认为，地幔应该是榴辉岩。假如玄武岩在重压之下变成了榴辉岩，密度变大了，体积变小了，于是大地沉降，海水倒灌了。假如因为受热，榴辉岩变成了玄武岩。密度变小了，体积变大了，鼓起来了。这地方就出现了一座山。你看这是多好的解释啊。
但是，在野外考察之中发现的榴辉岩是很少的。有些地方过去是大洋的洋底，现在露出了地面，在这里经常发现橄榄岩。极少数认同大陆漂移学说的科学家似乎发现了什么蛛丝马迹。假如地幔的组成成分不是榴辉岩，而是橄榄岩。那些反对大陆漂移的学者就有麻烦了，够他们喝一壶的。
哈里·海思
那么，问题转了一圈又转回来了，地幔到底是什么成分？不知道，怎么办呢？难道真的打个洞下去看看？这事儿还真的出现了苗头。起因就是1957年两位科学家的闲聊。有两位科学家在一起聊天，一个叫哈里·海斯，一个叫沃尔特·芒克。海斯是在地球科学界了不起的人物。他早年毕业于普林斯顿大学，后来参与了海军潜艇的重力测量工作，第二次世界大战期间，他参加了美国海军，成为一艘货船的船长。这艘货船被改装用来探测大洋的洋底，在船上装了声呐系统，利用发射超声波，碰到海底以后发生反射来探测大洋的洋底。在太平洋里，海斯发现了很多的平顶山。
海底平顶山
当然，这不是河南的平顶山，这种被淹没在深海之中的平顶山被称为“盖奥特”。也就直接翻译成“海底平顶山”。这些海底平顶山是怎么形成的呢？海斯认为这就是过去的珊瑚岛，我们在讲达尔文的时候讲到过珊瑚岛的成因。海底火山爆发以后，火山口恰好在水面附近，后来被风吹雨打的风化作用逐渐侵蚀。因为只有在海面附近会有波浪的侵蚀作用。在深海是没有的，因此就沿着海平面，把山头磨平了。
还有一种说法，那就是山头本来不够高，但是珊瑚在靠近水面的的地方生长，怎么也不可能高出水面太多。天长日久，珊瑚礁不断沉积，就逐渐给填平了。这两种说法都可以解释为什么很多火山是平顶。但是这些平顶都在水面附近。怎么会在深海也出现这么多平顶山呢？海斯提出了一个理论，这座山是逐渐整体下沉的，不是顶上被侵蚀了。
一座山能整体下沉？这说明什么？山底下其实是软的，大洋地壳是比较薄的，只有几公里厚，下面就是地幔。地幔的顶部也是岩石圈的一部分，再下面一点应该是有一圈软流层。软流层可不是液体，也不是岩浆。而是硬邦邦的石头。普通的石头在巨大的压力下会裂缝，会碎掉。但是这种在高温高压下拥有塑性的岩石会变形，不会碎掉。这倒是有点像金属，也是固体，也是硬的，但是拿锤子砸能砸扁，能变形。那么这座山是怎么从海底冒出来的呢？这就要涉及海底热点的问题了。这个问题我们以后讲。海斯对海底平顶山的研究在日后发挥了不小的作用。这些零零碎碎的发现最后都被一个精妙的理论全都统一起来了。
反正，海斯在海军工作了多年，对深海大洋是非常了解的。后来他退役以后，回大学继续教书。芒克是一位海洋物理学家，他出生于奥地利的维也纳。后来来到美国，本来家人打算让他学习金融，但是他对当银行家没兴趣，自己报考了加州理工，后来他在海洋声学和海浪研究领域做出卓越贡献。
老年的芒克
这二位在一起聊天，偶然聊到了地幔成分的问题。芒克开玩笑，说了一句干脆打个洞下去看看算了。省的一堆人吵架吵不出结果。没想到海斯还真的动了心思。他找了一些科学家联手提出了一个计划，叫做“莫霍孔”计划。大陆上地壳有50公里厚，你想打个洞下去，基本上是不可能的，你还是死心吧。但是大洋的地壳却不厚，只有几公里。假如弄一艘船，带上钻探设备，找个海底打个洞下去，钻透地壳不是不可能的。挖个油井几千米不算什么。这个计划只是把挖井的地方从地上移到了海底。
大家也要看到这个计划的背景，当时美国正在和苏联竞争。1957年10月，苏联发射了第一颗人造卫星。美国人发觉自己落后了，因此对于大科学工程都是非常大方的，搞氢弹原子弹的自不必说。搞加速器的，搞火箭和卫星的都拿到了大笔的拨款。研究地球科学当然也眼儿红啊，可是自己这个行业就找不到个值得花钱的项目。在国会老爷们的心目之中，研究地球的不就是拿着锤子到处敲石头嘛。1957年~1958年刚好是地球物理年，美国的卫星计划就是为了呼应这个主题，只是没想到被苏联抢了风头。
地球物理年当然会有相关的会议，在加拿大多伦多的一次地球物理会议上，美国人提出了这个计划，在海底打个洞，一直挖到地幔。苏联代表团表示，他们也是这么想的。这事儿麻烦了，美国人一听说苏联人也要打洞，当时就来了精神。要钱给钱，要人给人。美国国家自然科学基金向国会提交报告，要求拨款。1960年，自然科学基金和洛杉矶的环球海洋勘探公司签约了，要在1961年，找个地方打个洞试试。
这个消息一出，可以说是业内人士立刻吵开了锅。一帮老人都觉得这事儿不现实，年轻人则认为这事儿值得大干快上。两拨人又开始吵架了。在深海大洋的洋底挖洞，谈何容易啊。肯定要找个地壳比较薄的地方下钻头吧。地壳比较薄的地方，通常都是深海。船舶是不可能抛锚的，那么该如何固定船的位置呢？你总不能一边下钻头一遍到处漂吧。这的确是个技术难题。但是对于工程师来讲，技术问题从来都不是问题。他们在钻探船上前后左右装了四个螺旋桨。靠的是螺旋桨不断的动态调整船舶的位置。使之始终维持在一个非常小的范围内。这个问题其实spacex在海上回收猎鹰火箭也一样会碰到。用的办法是完全一样的，只是水平更高罢了。
这样的超声波定位器不止一个
但是在茫茫大海之上，你根本就找不到任何参照物，你怎么知道你自己没动呢？现在可以用GPS卫星定位。但是在60年代，那时候啥卫星定位，八字还没一撇呢。但是这也难不倒工程师。他们把一个超声波发生器扔到了海底。到了海底以后，这个东西的位置就定死了。那么这个家伙就成了一个固定的参照物。通过接收超声波来判断自己的偏斜程度。以当时的技术，工程师们把船的位置控制在了50米之内。这在当时已经很了不起了。
1961年3月初在拉约拉滨外海948米水深的海域中打了第一个钻孔，成功地钻到了海底以下315米的深处。在墨西哥西海岸瓜达卢佩岛附近海域也进行了试钻。1961年4月，一连钻了5 个孔，成功地保持船位置稳定达3个礼拜之久。钻杆下到3558米的深水水域，钻透了170米的沉积物和13 米的玄武岩。船返回洛杉矶的时候，肯尼迪总统还特地致电祝贺，这是科学史上”历史性的里程碑” 。
这艘钻探船只是个测试版，美国国家自然科学基金会和另外的公司签订了新的合同，订造一艘更大的船。但是后来的费用节节攀升，开始拨款2000万美元。后来1964年预算到了6400万美元。1965年又涨价了，变成了1亿多美元。可是这个计划承受的压力却越来越大。因为这个计划的目标太单一了，很容易找到更廉价的替代方案。有些海沟的悬崖峭壁上就有地幔物质，并不需要费劲巴拉的去阻击打洞。所以这个计划科学上的必要性是不足的。
当时，莫霍孔计划的主要支持者之一是来自得克萨斯州的众议员阿尔伯特·托马斯 , 时任众议院拨款委员会主席。平心而论，与空间技术的数以十亿美元计的研究投资相比，莫霍孔的开支不过是个小case。托马斯众议员支持一下地球科学的研究有什么错呢？这当然没错啊。
不过嘛， 托马斯也有他的小心思，他是休斯敦人。休斯顿就在加勒比海岸边，有很多石油公司都在搞石油钻探，这是他们家乡的强项，莫霍孔计划多多少少也能提振休斯顿的经济嘛。但是，人算不如天算，1966年，托马斯心脏病突发，去世了。莫霍孔计划后台倒了。最后，预算被国会给砍了。在花费了2500万美元的巨资之后，莫霍孔计划寿终正寝。这个眼儿还是不打了吧。但是这事儿还没完呢。大洋海底的钻探计划后来死灰复燃了，而且这件事儿居然跟地球上大冰期的研究关系紧密。这是怎么回事儿呢？
我们下次再说……
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