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钻透谈何易
地球分三层:地壳、地幔和地核。第一层——地壳,最薄。陆地地壳厚30千米一60千米,而海底地壳要比陆地地壳薄很多。有些地方甚至仅6000米。距离不算太大吧,但对研究地球内部的人来说,却是个难以逾越的障碍。
前南斯拉夫学者安德烈·莫霍洛维奇,一生对地震波运行轨迹的研究从未停息过。1909年,他发现地壳与地幔的边界,至今100多年,人们用他的名字称其为“莫霍”不连续面——简称“莫霍面”。接下来,一代又一代科学家,梦想有朝一日穿过“莫霍面”,哪怕挖取一小片岩样,也就心满意足了。为何?理由很多,但在诸多理由中有一个共同点:即要诠释地球内部蕴藏巨大地质活性(包括造山运动)的来龙去脉。首先,它推动大陆成长,其附加后果之一就是地震、火山爆发,这往往是悲剧性的后果。
钻孔无止境
莫霍洛维奇生活的年代,很少人相信,自己居住的大陆并非停在原地不动,而是做缓慢的位移。对此认知的第一人,是德国气象学家阿弗雷德-魏格纳。早在第一次世界大战前,他把沿大西洋二侧海岸线的陆地分析研究个遍,大胆提出“大陆碰撞”理论。他以为,有某种力推动大陆运动,使其在我们这星球上撞来撞去。但他当时还不明确是什么力。几个10年过后,海洋底部发现强大的山脉链,被一条条从中喷出热熔物的裂隙横截开来。其时,美国地球物理学家哈瑞·赫斯证实,新生地壳正从这些海底裂隙中生成。
20世纪50年代末,赫斯提出一个理论,据他的理论,地幔里有一种环流电流,向地表频频输送一个个巨大热能载荷,从下而上加热坚硬的地壳,将其片解,形成若干个大板块,继而让这些板块连同其上面的大陆一同运动。赫斯说:“这正是魏格纳寻找的力——推动大陆运动的力。”
他的理论,即板块理论,为现今所普遍认可。但半个世纪以前,事情并不那么简单,人们要求拿出证据来。因此就生出要把地球钻透直达地幔的念想。
赫斯本人属于非政府性质的科学协会成员,不那么正式的名称叫“滚石俱乐部”。1957年俱乐部的一次红酒早餐会上,他宣布了这一设想。与会学者也许盯着眼前的酒杯醉意朦胧地认定,到达地幔岩层的唯一值得一试的办法莫过于从海底地壳最薄处下钻。
这个计划称作“莫霍孔”,即钻至“莫霍面”的孔。评论界斥之为疯子。可是,他这俱乐部式的狂言,竟从美国“国家科学基金会”获得一笔基金,借此得以在1961年3月--4月,在太平洋东岸墨西哥瓜达卢普岛附近吹响向地幔钻进的号角。海轮把钻具沉入海底,首先征服了3800米海水,接着钻进海底深170米。再往下钻就难了。但这终归是人类破天荒第一次从地面采掘到建构海底基岩的样品。工程花费是那么大,以至再往下钻去没人肯拿钱。“奠霍孔”就此告终。
尴尬与困境
半个世纪过后,美国一艘科考船“乔伊迪丝挑战”号将从太平洋东海域出发,意欲继续赫斯及其公司未完事业,预计船停在哥斯达黎加南数百千米处。这片海域有个不大的“Cocos”板块。那里海底地壳岩层年代较轻,厚度只有5500米~6000米。2005年曾在那里下钻,钻进深度1507米。相当于至地幔距离的1/4。那次科考行动是由英国南安普敦国家海洋地质科研中心的达蒙·提哥尔领头。同年,还有一个考察队,由法国蒙特利尔第二大学本诺伊特·埃德封色率领,在北大西洋海底下钻,钻进深度跟这差不多。
这二批科学家是现今此举之先锋人物。他们在《自然》杂志上都撰文宣称,他们的终极目标是抵达地幔。为实现这一宏伟目标,2010年的使命是把6年前已钻的孔再往下延伸400米。总共将近2000米,即到达至地幔路程的1/3。
再接下来呢?那就不好说了。难处在于,地壳最薄处海深超过3000米。任何现代化钻井船对这一深度都不好对付。就拿“乔伊迪丝挑战”号来说,尽管它能在深度甚至5000米的海底钻进,但它的最大钻孔深度才2000米,远远不够。日本“地球”号浮动实验钻井船来说,它可以钻出7000米的孔来,但条件是海深不得超过2500米。尴尬之处就在于,在这样的浅海区,到达地幔的距离可就长多了,那里的地壳厚度往往达到十几千米之巨。事情就这么坏,就这么不妙!不过,日本人倒是承诺,今后他们的钻井船可以来此一试,但现在还不行,因为他们还要忙更紧要的事,优先在地沟断层带钻探,以防威胁他们国家安全的强震发生。路遥有尽期
然而,提哥尔与埃德封色还是把希望寄托在工艺技术的进步上。而推动工艺技术进步的原动力,是自然资源的探索。许多矿业公司着意探寻地壳深层的水资源,要把埋藏几千米的地下水找出来。剩下就是用什么法子找的问题。依上述二位学者之见,技术障碍的克服还需待数年。到那时,通向地幔的路是敞开着的。不过,这还得先选址。除Cocos板块外,夏威夷、瓜达卢普岛(开始“莫霍孔”计划的地方)是可以算上的。这二个地方,在前二次勘探时都被检验过。提哥尔与埃德封色预计,钻孔到“莫霍面”的计划,也许十年后开始,历时约5年。
地球分三层:地壳、地幔和地核。第一层——地壳,最薄。陆地地壳厚30千米一60千米,而海底地壳要比陆地地壳薄很多。有些地方甚至仅6000米。距离不算太大吧,但对研究地球内部的人来说,却是个难以逾越的障碍。
前南斯拉夫学者安德烈·莫霍洛维奇,一生对地震波运行轨迹的研究从未停息过。1909年,他发现地壳与地幔的边界,至今100多年,人们用他的名字称其为“莫霍”不连续面——简称“莫霍面”。接下来,一代又一代科学家,梦想有朝一日穿过“莫霍面”,哪怕挖取一小片岩样,也就心满意足了。为何?理由很多,但在诸多理由中有一个共同点:即要诠释地球内部蕴藏巨大地质活性(包括造山运动)的来龙去脉。首先,它推动大陆成长,其附加后果之一就是地震、火山爆发,这往往是悲剧性的后果。
钻孔无止境
莫霍洛维奇生活的年代,很少人相信,自己居住的大陆并非停在原地不动,而是做缓慢的位移。对此认知的第一人,是德国气象学家阿弗雷德-魏格纳。早在第一次世界大战前,他把沿大西洋二侧海岸线的陆地分析研究个遍,大胆提出“大陆碰撞”理论。他以为,有某种力推动大陆运动,使其在我们这星球上撞来撞去。但他当时还不明确是什么力。几个10年过后,海洋底部发现强大的山脉链,被一条条从中喷出热熔物的裂隙横截开来。其时,美国地球物理学家哈瑞·赫斯证实,新生地壳正从这些海底裂隙中生成。
20世纪50年代末,赫斯提出一个理论,据他的理论,地幔里有一种环流电流,向地表频频输送一个个巨大热能载荷,从下而上加热坚硬的地壳,将其片解,形成若干个大板块,继而让这些板块连同其上面的大陆一同运动。赫斯说:“这正是魏格纳寻找的力——推动大陆运动的力。”
他的理论,即板块理论,为现今所普遍认可。但半个世纪以前,事情并不那么简单,人们要求拿出证据来。因此就生出要把地球钻透直达地幔的念想。
赫斯本人属于非政府性质的科学协会成员,不那么正式的名称叫“滚石俱乐部”。1957年俱乐部的一次红酒早餐会上,他宣布了这一设想。与会学者也许盯着眼前的酒杯醉意朦胧地认定,到达地幔岩层的唯一值得一试的办法莫过于从海底地壳最薄处下钻。
这个计划称作“莫霍孔”,即钻至“莫霍面”的孔。评论界斥之为疯子。可是,他这俱乐部式的狂言,竟从美国“国家科学基金会”获得一笔基金,借此得以在1961年3月--4月,在太平洋东岸墨西哥瓜达卢普岛附近吹响向地幔钻进的号角。海轮把钻具沉入海底,首先征服了3800米海水,接着钻进海底深170米。再往下钻就难了。但这终归是人类破天荒第一次从地面采掘到建构海底基岩的样品。工程花费是那么大,以至再往下钻去没人肯拿钱。“奠霍孔”就此告终。
尴尬与困境
半个世纪过后,美国一艘科考船“乔伊迪丝挑战”号将从太平洋东海域出发,意欲继续赫斯及其公司未完事业,预计船停在哥斯达黎加南数百千米处。这片海域有个不大的“Cocos”板块。那里海底地壳岩层年代较轻,厚度只有5500米~6000米。2005年曾在那里下钻,钻进深度1507米。相当于至地幔距离的1/4。那次科考行动是由英国南安普敦国家海洋地质科研中心的达蒙·提哥尔领头。同年,还有一个考察队,由法国蒙特利尔第二大学本诺伊特·埃德封色率领,在北大西洋海底下钻,钻进深度跟这差不多。
这二批科学家是现今此举之先锋人物。他们在《自然》杂志上都撰文宣称,他们的终极目标是抵达地幔。为实现这一宏伟目标,2010年的使命是把6年前已钻的孔再往下延伸400米。总共将近2000米,即到达至地幔路程的1/3。
再接下来呢?那就不好说了。难处在于,地壳最薄处海深超过3000米。任何现代化钻井船对这一深度都不好对付。就拿“乔伊迪丝挑战”号来说,尽管它能在深度甚至5000米的海底钻进,但它的最大钻孔深度才2000米,远远不够。日本“地球”号浮动实验钻井船来说,它可以钻出7000米的孔来,但条件是海深不得超过2500米。尴尬之处就在于,在这样的浅海区,到达地幔的距离可就长多了,那里的地壳厚度往往达到十几千米之巨。事情就这么坏,就这么不妙!不过,日本人倒是承诺,今后他们的钻井船可以来此一试,但现在还不行,因为他们还要忙更紧要的事,优先在地沟断层带钻探,以防威胁他们国家安全的强震发生。路遥有尽期
然而,提哥尔与埃德封色还是把希望寄托在工艺技术的进步上。而推动工艺技术进步的原动力,是自然资源的探索。许多矿业公司着意探寻地壳深层的水资源,要把埋藏几千米的地下水找出来。剩下就是用什么法子找的问题。依上述二位学者之见,技术障碍的克服还需待数年。到那时,通向地幔的路是敞开着的。不过,这还得先选址。除Cocos板块外,夏威夷、瓜达卢普岛(开始“莫霍孔”计划的地方)是可以算上的。这二个地方,在前二次勘探时都被检验过。提哥尔与埃德封色预计,钻孔到“莫霍面”的计划,也许十年后开始,历时约5年。