科学家欲完全钻透“地壳” 探寻地球深处的秘密 - 『未解之迷』

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发表于 2017-11-23 19:39 资料短消息加为好友

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科学家欲完全钻透“地壳” 探寻地球深处的秘密

或许你认为这种在石头上钻洞的活计，完全可以交给布鲁斯威利斯来干。

在电影《世界末日》里，威利斯甚至在一颗威胁地球安全的彗星上钻出了数百米深的一口井。

然而对于许多地质学家而言，这不仅仅是不够深的问题：在过去的40多年中，科学家一直试图钻透地球最表面的那层薄薄的硬壳——地壳，但是他们始终未能如愿。

最近，一组国际合作的科学家首次在东太平洋的洋底钻出了1.5公里深的一口井，由于当地特殊的地质构造，科学家首次完整地获得了一直延伸到地壳深处辉长岩层的岩石样本。他们距离钻透整个地壳，只有几步之遥。

脚下的神秘世界

从古至今，人们一直对头顶的天空充满着好奇心。从柏拉图到伽利略再到哈勃，天文学家对宇宙取得了令人惊叹的认识。尽管人们已经有能力在另一个星球上着陆，但是对于脚下地球的内部结构，人们还知之甚少。

直到20世纪之前，人们对于地球的内部结构还只用想象来填补空白。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。这成了小说中知名的硬伤。

到了20世纪初，科学家开始使用地震波作为研究地球内部构造的工具。这个工具是如此有效，以至于今天它仍在发挥着巨大的作用。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。

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十分简单，那就是打一口井，把整个地壳钻透。由于这口井要一直打到莫霍界面——地壳与地幔的分界面上，这个计划被称为“莫霍计划”。

有人认为，“莫霍计划”是地质学家对于20世纪50年代太空计划大发展的一个回应。既然人类已经可以进入太空，甚至准备飞向月球，那么人类脚下的另一片前沿领域也理应得到重视。

“莫霍计划”选择了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薄的多。

在大陆上挖一口贯穿地壳的井，需要向下挖30到50公里。如果你把地点选在了喜马拉雅山脉附近，你可能需要挖80公里。即便只有30公里，目前的钻井技术也很难满足要求。井挖得越深，对钻杆的要求就相应提高；而钻头将无法抵御地壳深处的高温。如果在洋底挖同样的一口井，只要挖大约5公里，就可以抵达地幔。

来自海底的信息

1961年，在得到政府资助之后，一群美国科学家开始实施“莫霍计划”。在“莫霍计划”的第一阶段里，他们进行了一组试验性质的钻探，在太平洋西海岸靠近墨西哥的地方钻了5个深度不超过200米的井。

这几乎是“莫霍计划”的全部直接成果了。1966年，由于美国国会砍掉了对于“莫霍计划”的拨款，这个计划的第二和第三阶段还没来得及实施，就突然死亡了。但是“莫霍计划的”价值并没有消亡，它为后来的洋底钻探计划提供了许多有用的信息，包括应该在何处钻井。“莫霍计划”还促进了一些深海钻探技术的进步。

1968年，美国建造的格洛玛挑战者号(Glomar Challenger)海洋钻探船下水。这艘钻探船是为了美国的“深海钻探计划”建造的。作为“莫霍计划”的后继者，深海钻探计划的目的并不是钻透地壳，而是对全球海底地质情况进行一次大检查。

20世纪60年代，科学家首次在大西洋底发现了一条巨型的山脉。随后又在世界其他地方发现了类似的洋底山脉，科学家称之为洋中脊。科学家推测说，洋中脊的产生和地壳之下的地幔热对流有关。热对流让洋中脊拱出洋底，并且朝两边扩张。这个理论被称作海底扩张。

格洛玛挑战者号在大西洋和太平洋的洋中脊附近钻了许多口井，提取了其中的沉积物和岩石的样本。结果，科学家发现，距离洋中脊越远的样本年龄也就越久远，反之就越年轻。这一坚实的证据支持了海底扩张的理论。后来，海底扩张理论成为了现代地质学中板块学说的一部分。

从海面到岩浆库

“深海钻探计划”及其后续的计划，都可以追溯到40多年前的莫霍计划。它们为科学家了解地壳的演化以及监测地震都做出了很大的贡献，然而，把地壳打穿仍然是许多地质学家的愿望。

去年，一组来自多个国家的科学家，在美国加州大学圣塔巴巴拉分校的地质学家道格拉斯威尔森的带领下，乘坐JOIDES 决心号钻探船，来到了东太平洋海域。

他们参与的这项计划称作“综合大洋钻探计划”。这一次，他们试图寻找到洋底地壳最薄弱的地点，并从中挖出尽可能多的信息。

1992年，美国哥伦比亚大学的地质学家迈克尔帕蒂曾经提出了一个理论，认为洋底地壳如果形成的速度较快，那么那里的地壳就比较薄。而一个较薄的地壳，也就意味着科学家可以相对容易地钻到地幔。

通过测量洋底的磁场分布，科学家可以找出哪些地区的地壳形成速度更快。在过去的岁月中，地球的磁场曾经发生过多次倒转。科学家已经整理出了一份磁场倒转的时间表。当岩浆从地幔上涌，逐渐冷却形成新的地壳时，它会记录下当时的地球磁场的方向，就像一枚枚凝固在岩石中的指南针。不断向外扩张的洋底地壳就成为了一条记录地球磁场变化的磁带。

通过对照磁场倒转的时间表，科学家就可以发现哪些地点地壳扩张的速度更快。这次，他们选中的地点是中美洲哥斯达黎加以西800英里的东太平洋海域。在这里，地壳每年扩张约20厘米，速度可能超过了今天地球上任何洋中脊的扩张速度。

为了寻找这个地点，科学家花费了3年时间。找到合适的地点并不意味着万事大吉。去年下半年，JOIDES 决心号钻探船上的科学家在这里放下了钻杆。然而，这里的岩层硬得出奇，一共有25具碳化钨钻头在钻探过程中损坏。

在钻探计划预定结束时间之前的一周，科学家终于看到了此行需要寻找的目标：辉长岩的岩芯样本。此时，他们已经在船上度过了5个月的钻井生活。

辉长岩是一种颗粒状的岩石，通常由岩浆缓慢冷却形成。科学家起初推测，他们从洋底之下1.5公里处提取到了这些辉长岩，意味着他们钻到了一个曾经的岩浆库——岩浆从地幔上涌，在这里积聚。有些岩浆继续上涌，形成地壳，其余的留在岩浆库里慢慢冷却，形成了他们如今采集到的辉长岩。

但是后来的分析表明，他们取得的标本可能来自一个较小的岩浆库，而不是起初认为的大型岩浆库。但是，这仍然是一个令科学家激动的发现。

这组科学家并没有接触到地质学家梦寐以求的地幔，他们打算明年重返这里，继续进行钻探工作。与此同时，综合大洋钻探计划还有其他的打算。去年底，由日本建造的地球号海洋钻探船即将投入使用。这艘钻探船有能力钻透7公里的海底地壳。也许在不远的将来，我们就能了解到来自地球更深处的秘密。

来源：环球》杂志