论文部分内容阅读
地球是人类赖以生存的家园，我们生活中的许多问题都与脚下的大地有着密切的关系。随着科学技术的迅猛发展，探索地球深处的奥秘已成为人类越来越迫切的愿望。
传说中的“地下王国”
千百年来，我们一直对脚下的未知世界迷惑不已，相关传说也层出不穷。古希腊哲学家柏拉图在其专著《对话录》中讲述了这样一个故事：居住在大西洲的亚特兰蒂斯人预感到一场灾难将彻底毁灭他们的文明，于是事先开凿了两条通往非洲和美洲的地下长廊。当大西洲沉入海底时，他们通过这两条通道进行疏散，而其中一些人就一直生活在地心之中。
纳粹狂魔希特勒对这个传说深信不疑。他认为只要控制了地球的轴心，就能扭转战局，将盟军彻底击败。为此，他专门派人去勘探“地下王国的入口”。后来，一无所获的纳粹党徒们为了向希特勒交差，从印度带回一部经书，书中提到古代有一种名为“战神之车”的交通工具。可以在地道中自由穿梭。有人猜测，二战期间曾给盟军带来巨大损失的V型导弹，就是希特勒为仿制“战神之车”而制造出来的“副产品”。
给地球“做B超”
探寻地下王国，最直接的方法莫过于钻井。但到目前为止，人类的掘井深度仅仅相当于刺破了地球的“表皮”，离地心还差得很远。那么，我们能不能用“做B超”的方式来“透视”地球的内部结构呢?
科学家们经过反复实验后惊喜地发现，由地震震源发出的弹性波不仅能够穿透地层直达地球内部，还能把地球内部的信息带回地面。正因为如此。它被人们称为“照亮地球内部结构的一盏明灯”。迄今为止，人类所获得的关于地球深处的知识，几乎全部来自对地震波的分析。
不过，利用天然地震研究地球内部结构的方法存在诸多缺陷。因为天然地震不仅发生次数较少，震源位置也不易确定，定位时经常出现数十米甚至数百千米的误差，这必然会影响地震波成像的效果。于是，人们开始研究以人工方式激发地震波的新方法。1963年，美国学者斯蒂芬·海尔明斯基发明了气枪震源，其工作原理为：将压缩气体注入气枪中，然后在水下瞬间释放，从而激发地震波。如今，这项技术已广泛应用于海洋地震勘探。
为地核拍摄“中微子照片”
通过地震波研究地球深处的方法存在很大的局限性。近年来，随着高能物理学的发展，科学家们发现一种探测地球构造的新技术：即通过监测大气里的中微子穿过地球时，其被吸收程度的大小来研究地球的内部结构。
中微子是组成自然界的基本粒子之一，几乎不与任何物质发生作用。因此，它产生后所携带的信息历经数十亿年都不会改变。另外，中微子具有极强的穿透性，能够轻而易举地穿过地球。
目前，科学家们正夜以继日地在南极冰层下架设一部大型的中微子望远镜。这部望远镜被命名为“冰立方”。它由数干部探测器组成，主要用于“捕捉”从地球内部逃逸出来的中微子。“冰立方”一旦被建立起来，将有可能为科学家们提供一张描绘地核大致轮廓的珍贵“照片”。
钻探船入地7000米
探索地球奥秘，最直观的方法莫过于在地球上钻几口深井，从而获得第一手的实物样本。随着科学技术的进步，从20世纪70年代起，科学家们开始利用钻探技术，向地球深处伸出“内窥镜”。
1970年～1989年，苏联科学家进行了一场向地球“心脏”进军的大胆实验：他们在摩尔曼斯克州的科拉半岛上开凿了世界上最深的科学钻井——“科拉超深钻”。这口钻井的深度为12262米，几乎钻透了地壳外层的1／3!
如今，全球的地质学家们跃跃欲试，都希望能够刷新苏联创造的钻探记录。基于此，由美国和日本发起的“综合大洋钻探计划”应运而生。该计划的目标是凿穿大洋地壳，为人类揭示气候暖化秘密，寻找有助解释生命起源的微生物及了解地震机制，为开发深海资源开辟了一条新途径。
为完成这项宏伟的计划，日本海洋研究机构和三菱重工业公司耗资5亿美元，联合打造了世界上最大的深海探测船“地球”号。“地球”号全长10米、宽38米、排水量5.7万吨。船上装有最先进的航行控制系统、雷达系统、泄压阀及全球最高的钻塔(高达121米)，其钻头能钻探到海底7000米处。
用核弹炸开地心入口
当综合大洋钻探计划逐步展开时，美国加州理工学院的戴维·史蒂文森教授提出一个大胆的设想：用原子弹在地球表面炸出一个洞，然后放人先进的探测装备，发掘不为人知的地下奥秘。 史蒂文森将自己的想法写成论文，并发表在英国的《自然》杂志上。文中写道：“该计划所面临的最大难题在于，如何在地壳和地幔间开凿通道让探测器通过。为此，可能需要在地球表面引爆一颗原子弹，也可能会利用地表的一些天然裂缝，比如冰岛的火山坑。通道形成后，我们将一个葡萄粒大小的钻井探头连同数十万吨熔化的铁水注入地下。这一过程好比是逆向的火山爆发。届时，通道下的岩层将被压出一道深深的裂缝，铁水将在地心引力作用下，顺着裂缝流向地核深处，并将探测器送达那里。探测器采集到数据后，将以地震波的形式发回地面。”
史蒂文森所设想的“地心之旅”若能形成，将解开困扰地球科学界的诸多难题。不过，该计划的可行性也受到不少专家的质疑。英国物理学家大卫·普莱斯坦言：“乍一听，这似乎是一个不错的方案，但仔细一想，就会发现很多漏洞。比如，执行这项计划的前提是凿穿岩层，但他有没有想过，一旦岩层开裂，炽热的岩浆会喷涌而出，从而大大降低探测器坠向地心的速度。据我估计，即使探测器能进入地心，那也要耗费几千年的时间!”
传说中的“地下王国”
千百年来，我们一直对脚下的未知世界迷惑不已，相关传说也层出不穷。古希腊哲学家柏拉图在其专著《对话录》中讲述了这样一个故事：居住在大西洲的亚特兰蒂斯人预感到一场灾难将彻底毁灭他们的文明，于是事先开凿了两条通往非洲和美洲的地下长廊。当大西洲沉入海底时，他们通过这两条通道进行疏散，而其中一些人就一直生活在地心之中。
纳粹狂魔希特勒对这个传说深信不疑。他认为只要控制了地球的轴心，就能扭转战局，将盟军彻底击败。为此，他专门派人去勘探“地下王国的入口”。后来，一无所获的纳粹党徒们为了向希特勒交差，从印度带回一部经书，书中提到古代有一种名为“战神之车”的交通工具。可以在地道中自由穿梭。有人猜测，二战期间曾给盟军带来巨大损失的V型导弹，就是希特勒为仿制“战神之车”而制造出来的“副产品”。
给地球“做B超”
探寻地下王国，最直接的方法莫过于钻井。但到目前为止，人类的掘井深度仅仅相当于刺破了地球的“表皮”，离地心还差得很远。那么，我们能不能用“做B超”的方式来“透视”地球的内部结构呢?
科学家们经过反复实验后惊喜地发现，由地震震源发出的弹性波不仅能够穿透地层直达地球内部，还能把地球内部的信息带回地面。正因为如此。它被人们称为“照亮地球内部结构的一盏明灯”。迄今为止，人类所获得的关于地球深处的知识，几乎全部来自对地震波的分析。
不过，利用天然地震研究地球内部结构的方法存在诸多缺陷。因为天然地震不仅发生次数较少，震源位置也不易确定，定位时经常出现数十米甚至数百千米的误差，这必然会影响地震波成像的效果。于是，人们开始研究以人工方式激发地震波的新方法。1963年，美国学者斯蒂芬·海尔明斯基发明了气枪震源，其工作原理为：将压缩气体注入气枪中，然后在水下瞬间释放，从而激发地震波。如今，这项技术已广泛应用于海洋地震勘探。
为地核拍摄“中微子照片”
通过地震波研究地球深处的方法存在很大的局限性。近年来，随着高能物理学的发展，科学家们发现一种探测地球构造的新技术：即通过监测大气里的中微子穿过地球时，其被吸收程度的大小来研究地球的内部结构。
中微子是组成自然界的基本粒子之一，几乎不与任何物质发生作用。因此，它产生后所携带的信息历经数十亿年都不会改变。另外，中微子具有极强的穿透性，能够轻而易举地穿过地球。
目前，科学家们正夜以继日地在南极冰层下架设一部大型的中微子望远镜。这部望远镜被命名为“冰立方”。它由数干部探测器组成，主要用于“捕捉”从地球内部逃逸出来的中微子。“冰立方”一旦被建立起来，将有可能为科学家们提供一张描绘地核大致轮廓的珍贵“照片”。
钻探船入地7000米
探索地球奥秘，最直观的方法莫过于在地球上钻几口深井，从而获得第一手的实物样本。随着科学技术的进步，从20世纪70年代起，科学家们开始利用钻探技术，向地球深处伸出“内窥镜”。
1970年～1989年，苏联科学家进行了一场向地球“心脏”进军的大胆实验：他们在摩尔曼斯克州的科拉半岛上开凿了世界上最深的科学钻井——“科拉超深钻”。这口钻井的深度为12262米，几乎钻透了地壳外层的1／3!
如今，全球的地质学家们跃跃欲试，都希望能够刷新苏联创造的钻探记录。基于此，由美国和日本发起的“综合大洋钻探计划”应运而生。该计划的目标是凿穿大洋地壳，为人类揭示气候暖化秘密，寻找有助解释生命起源的微生物及了解地震机制，为开发深海资源开辟了一条新途径。
为完成这项宏伟的计划，日本海洋研究机构和三菱重工业公司耗资5亿美元，联合打造了世界上最大的深海探测船“地球”号。“地球”号全长10米、宽38米、排水量5.7万吨。船上装有最先进的航行控制系统、雷达系统、泄压阀及全球最高的钻塔(高达121米)，其钻头能钻探到海底7000米处。
用核弹炸开地心入口
当综合大洋钻探计划逐步展开时，美国加州理工学院的戴维·史蒂文森教授提出一个大胆的设想：用原子弹在地球表面炸出一个洞，然后放人先进的探测装备，发掘不为人知的地下奥秘。 史蒂文森将自己的想法写成论文，并发表在英国的《自然》杂志上。文中写道：“该计划所面临的最大难题在于，如何在地壳和地幔间开凿通道让探测器通过。为此，可能需要在地球表面引爆一颗原子弹，也可能会利用地表的一些天然裂缝，比如冰岛的火山坑。通道形成后，我们将一个葡萄粒大小的钻井探头连同数十万吨熔化的铁水注入地下。这一过程好比是逆向的火山爆发。届时，通道下的岩层将被压出一道深深的裂缝，铁水将在地心引力作用下，顺着裂缝流向地核深处，并将探测器送达那里。探测器采集到数据后，将以地震波的形式发回地面。”
史蒂文森所设想的“地心之旅”若能形成，将解开困扰地球科学界的诸多难题。不过，该计划的可行性也受到不少专家的质疑。英国物理学家大卫·普莱斯坦言：“乍一听，这似乎是一个不错的方案，但仔细一想，就会发现很多漏洞。比如，执行这项计划的前提是凿穿岩层，但他有没有想过，一旦岩层开裂，炽热的岩浆会喷涌而出，从而大大降低探测器坠向地心的速度。据我估计，即使探测器能进入地心，那也要耗费几千年的时间!”