我们能钻到地心去看一看吗?

在我们的卫星已经飞向太阳系的时候,我们的钻头却只能钻到脚下12公里的深处。这便是“上天有路,入地无门”的现实。据报道,为了揭开地球内部的奥秘,科学家们要给地球深深地钻上几个窟窿。

美国科学家的奇思妙想

最近,庄・阿米尔执导的好莱坞科幻片《地心浩劫》(The  Core)很卖座。影片中的主人公、地球物理学家乔什・凯斯博士无意中发现了一场来自于地核的、可能导致人类灭亡的大灾难。于是,凯斯一行6人冒着生命危险,驾驶“钻地船”深入地核,开始了一次惊险之旅……

不知是不是巧合,英国《泰晤士报》报道,在《地心浩劫》热映之际,美国加州理工学院行星科学教授戴维・史蒂文森正在筹划一项耗资100亿美元的宏伟计划:向地心发射一个探测器。

史蒂文森的设想十分新奇。他计划用向地下注入大量铁水的方法来形成一个“倒火山”,借此把探测器送入地下3000公里处。探测器将把从地球内部直接采集到的数据以地震波形式传回地面,因为无线电波无法穿透这个深度。

2003年5月15日出版的英国《自然》杂志详细介绍了史蒂文森的计划,文章题目为《到地球核心的任务――一个可行的建议》。在文章里,史蒂文森强调,使用已被证明可行的技术以及一些有充分根据的科学假设,对行星内部的探索完全有可能实施。但这位老兄也说,“我想多数人的反应是一笑了之”。美国加州大学伯克利分校的地球物理学教授雷・琼洛茨评论说:“这确实太乐观,他给出的论据太空洞。但就已获知的信息而言,他确实是正确的。”

计划的最大难度在于如何在地壳和地幔间开凿通道让探测器通过。为此,史蒂文森拟先开凿一条长、深各300米,宽1米的坑。根据他的计算,可能需要进行一次相当于数百万吨TNT炸药的核爆炸,也可能会利用地表的一些天然裂缝,比如冰岛的火山坑。然后,在坑内注入1000万吨铁水。如此巨大的重量将把大坑下的岩层压出一个深深的裂缝,铁水在地心引力作用下,顺着裂缝流向地核深处。由于用铁量巨大,经过计算,他说一旦实验,可能需征用世界上所有的炼铁厂。之所以使用铁,主要是它储量大、价格便宜,而且不易与富含铁的地下岩层发生化学反应。史蒂文森估算整个工程要花费大约100亿美元。

假如史蒂文森的计划能够成功,将会是人类首次直接接收来自地核的信息,这有助于了解地球磁场现在的状态。也有科学家质疑这个计划的可行性,认为用史蒂文森的方法把探测器送达地核,可能需要数千年时间。尽管铁水的总量巨大,但在强大地核压力的作用下,形成直达地核裂缝的可能性不大。纵然可以形成裂缝,在铁水流下之后,强大的压力又会使裂缝闭合,探测器则无法利用电磁波传送数据。而小小的探测器,又怎么能够形成强大的地震波,将有关数据传回地面呢?更多人的疑问是:铁水能下降多长距离,用什么来阻止它冷凝呢?

给地球钻几个窟窿

长期以来,人们就试图通过各种方法对地球进行探测,但由于坚硬地壳岩石的阻隔,迄今为止,人类对地球内部仍然所知甚少。随着航天技术的发展,一个与之相呼应的“入地”科学钻探计划应运而生,这就是具有划时代意义的大型科学钻探工程。

科学钻探是通过钻孔获取岩芯、岩屑、岩层中的流体(气体和液体),以及进行地球物理测井和在钻孔中安放仪器进行长期观测,来获取地下的各种信息。尽管给地球钻个深洞当“望远镜”很难,但科学家们却没有望而却步。

科学钻探始于20世纪60年代美国提出的“深海钻探计划”(DSDP)。“深海钻探计划”与“人类登月计划”被誉为人类在20世纪60年代的两大壮举。1985年1月,美、英、法、德等国拉开了“大洋钻探”(ODP)的序幕。鉴于深海和大洋钻探的成功经验,通过全球大陆深钻取得直接证据来认识地球深部逐渐成为共识。1992年11月,在经济合作与发展组织的大科学论坛上,有人建议成立国际大陆科学钻探组织。当时,德国KTB钻探项目已经取得了令人鼓舞的成果,所以建议德国负责组建这一组织。1993年8月30日至9月1日,德国地学研究中心(简称GFZ)在波斯坦召开了关于科学钻探的国际会议,出席会议的人员共有250余人,分别来自28个国家。此次会议之后,来自15个国家的科学家再次相聚在德国KTB钻井现场,正式讨论成立国际大陆科学钻探计划(ICDP)。与会代表一致认为,大陆科学钻探对固体地球科学起着至关重要的作用,需要进行综合性、国际性的研究计划,成立ICDP组织的时机已经成熟。1995年,德国GFZ与美国自然科学基金会(NSF)签属了合作备忘录,决定成立ICDP。1995年经国务院批准,中国加入国际大陆科学钻探计划。1996年,中国与美国、德国正式成为ICDP的3个理事国之一。

科学钻探在世界上已实施30年,已有13个国家打了近100口深浅不一的科学探测钻孔,其中4000米以上的深孔有20口。根据钻孔的深度,研究者将深度大于8000米的大陆科学钻探称为超深钻。超深钻是一项投资巨大的科学工程,体现了一个国家的实力与地学水平。最早进行大陆科学钻探的国家是前苏联,其SG―3钻孔的钻探时间最长(1970~1989年),进尺12262米,为目前世界上最深的钻孔。德国于1987~1994年,在德国中部的一个小镇进行了科学钻探,即举世闻名的KTB钻探项目,原设计孔深14000米,实际深度9101米。

中国大陆钻探工程举世瞩目

中国大陆科学钻探工程(CCSD)于1997年被国家科技领导小组列为“九五”国家重大科学工程项目。1998年被国际大陆科学钻探组织列为国际大陆科学钻探项目。2001年6月25日进行试钻,8月4日举行了正式开工仪式。至2002年4月6日,已完成2000余米先导孔施工,现正在进行主孔钻进。截止2003年5月18日,主孔深度为2982.18米。

中国大陆科学钻探工程是目前国际大陆钻探组织资助金额最高的项目之一,也是亚洲第一口科学深钻。有关钻孔位置的选择当然成为地球科学家及社会关注的热点问题。中外专家一致赞同在江苏省北部东海县毛北镇实施科学深钻,这里地处世界上规模最大的超高压变质带上。所谓超高压变质带,是指数亿年前由于地壳运动,原本处于地表的岩层向下俯冲到地幔深处,在高温高压的作用下变质,然后短时间内从地底重回地面。这种特殊岩层的发现,被公认是继板块学说提出以来,地球科学研究领域取得的重大突破性进展之一。

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中国新闻网
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