地心大冒險

地球深處的秘密

盡管人類已經能夠在另一個星球上著陸，但是對于腳下這片土地的內部結構，我們掌握的知識仍然很有限。地球內部究竟是一個怎樣的世界呢？會不會像科幻作家儒勒·凡爾納的《地心游記》里所描述的那樣，有著一個廣闊的地下世界？

我們知道，地球內部是由地殼、地幔和地核三個圈層組成。其中最神秘的就是龐大的地幔。地幔是黏稠的，其中所含的元素占地球所有元素的68%，是當之無愧的“地球化學儲藏庫”。此外，地幔還是地球內部體積最大、質量最大的一層，是驅動地球內部活動的“引擎”，也是地震、火山噴發(fā)和大陸移動的原因。因此，地球內部及其對地表環(huán)境的影響等一系列科學問題，無不與地幔息息相關。

雖然通過板塊構造學說，我們知道地球的活動與地幔有關，但對于地球內部的活動究竟是什么樣的，人類尚不夠清楚。因為人類想要穿透地殼并不是一件容易的事，所以人類至今還無法直接從地幔中提取樣本。一直以來，全世界的地球科學家都從未放棄過探尋莫霍面、“觸摸”地幔的科學夢想。

什么是莫霍面？

莫霍面是以克羅地亞地震學家莫霍洛維奇的名字命名的地殼與地幔的分界面，在地質科學界一直是一個神秘的存在?？茖W家們只能通過一些間接手段、模擬實驗和復雜的計算，推測其物質組成。

內核里的內核

我們前面說過，地球內部分為三層：地殼、地幔和地核。許多同學可能會說：其中地核還分為兩部分——外核和內核。

快來刷新你的認知吧！最新研究表明，在地球的內核里，還有一個更小的內核——“內內核”。我們知道，按照傳統(tǒng)的劃分方法，地核主要分為內核和外核，內核是液態(tài)鐵，外核是固態(tài)鐵。而科學家們最新發(fā)現，內核內部還有著一個在結構上與平常的鐵截然不同的“內內核”。

小貼士

科學家們沒有辦法進入地球內部考察，他們是通過什么辦法知道地球內部的結構的呢？

原來，科學家們主要是通過地震波研究地球內部的。因為地震波能量大，傳播距離遠。例如，在地球另一側的地震波可以在這一側被探測到，根據地震波速的變化，就可知道地球內部物質的密度、彈性變形等，科學家們就是根據這些信息推測出地球內部的結構的。

“神秘窗口”——亞特蘭蒂斯淺灘

如果讓你找一個地方把地殼打穿，你會選擇哪里呢？你肯定會回答：當然是地殼最薄的地方啦！

完全正確！由于地殼的厚度不均勻，科學家們也一直在尋找一個“突破口”，以降低鉆探的深度和難度。后來，科學家們發(fā)現：西南印度洋中脊的擴張速度超級緩慢，由于巖漿供應量不足，不能及時形成完整的大洋地殼。因此，在那里，莫霍面可能就位于離海底不太遠的地方。

最后，科學家把目標鎖定在一處名為“亞特蘭蒂斯淺灘”的地方，將它視為揭開地球內部秘密的“神秘窗口”。這里洋流湍急，大部分海底沉積物都被沖走，相比大陸地殼的平均厚度（約40千米）來說，這里的地殼要薄得多（僅約5千米）。地震波的探測結果顯示，亞特蘭蒂斯淺灘下方5 500米深處，就是莫霍面。水下機器人考察后進一步發(fā)現，亞特蘭蒂斯淺灘下的輝長巖（大洋地殼的代表性巖石）的厚度可能只有1 500～2 895米，再往下就是蛇紋石化的橄欖巖（目前普遍觀點認為這種巖石主要存在于地幔中）。這一發(fā)現，讓科學家們信心大增！畢竟對于人類來說，鉆探幾千米的深度還是有可能做到的。

低調而奢華的大洋鉆探

上天容易入地難，大洋鉆探之路可謂命途多舛。其實，人類開始大洋鉆探的時間比登月還要早。

1957年，科學家提出了打穿地殼的計劃——莫霍計劃。但由于各種原因，莫霍計劃夭折了；

1966年，美國科學基金會資助成立了深海鉆探計劃，這一計劃并不旨在打穿地殼，而是主要以淺海鉆探為主；

“決心號”上的科研人員在查看巖石樣本

工作人員查看鉆壞的鉆頭

“決心號”上的月池（船體中間直通海水的口子）

“決心號”上的鉆探人員取出新巖芯

美國“決心號”大洋鉆探船是世界上最先進的大洋鉆探船之一。船長143米，寬21米，排水量1.86萬噸，能在海上連續(xù)航行75天。

1985年，大洋鉆探計劃取代了深海鉆探計劃；

2003年，一個新的大洋鉆探計劃誕生——綜合大洋鉆探計劃。雖然綜合大洋鉆探計劃的目標很宏偉，但是由于原油價格的暴漲，鉆探的成本也隨之上升，光鉆探船一天就要花費幾十萬美元，因此綜合大洋鉆探計劃沒能完成既定目標；

2013年，綜合大洋鉆探計劃結束后，科學家們又提出了國際大洋發(fā)現計劃。

“上天”“入地”一樣難

我們知道，人類登天需要克服許多困難，比如需要克服失重、大氣摩擦、宇宙速度等，而打開地殼，其難度不亞于“飛天”。

美國的“決心號”大洋鉆探船的核心任務，就是獲得巖石樣本。在一個多月的時間里，“決心號”一直努力鉆取巖芯。不過，在這個過程中也面臨著諸多挑戰(zhàn)。由于巖石堅硬，一般是一小時鉆探一米。除此之外，鉆探地點還有很多斷層和裂隙，碰到裂隙時，鉆頭就會沿著裂隙縫走偏，科學家們不得不花時間進行調整。

不僅如此，在鉆探過程中還要考慮“地溫梯度”的影響，越到地下，溫度越高。一般情況下，每深入地下1 000米，溫度約增加33℃。而且鉆探時還會摩擦生熱，因此鉆具材料將面臨巨大的考驗。

通過巖芯，科學家能知道什么

由于巖石是地質作用的產物，每當地質環(huán)境發(fā)生變化，形成的巖石也將隨之改變。因此，科學家們想通過研究巖石，來窺探地球發(fā)展和演化過程的“蛛絲馬跡”，他們期待通過本次鉆探，找到一系列科學問題的答案，例如——

地殼的巖石是如何分層的？

地殼中有多少地?；烊?？

地殼深處和含水的地幔中是否存在生命？

……

通過這次鉆探，人類第一次直觀地了解了殼幔邊界的巖石形態(tài)，對地球的演化發(fā)展產生了新的認識。另外，還可以了解大洋中脊和地幔的接觸關系，進一步了解地球的板塊構造和海洋擴張，而且還能了解那個深度的巖石里有沒有微生物，調查地球深處的生命活動。

這一切，對于我們了解地球以及人類自身，都有重大的意義。

放心，打穿地殼不會引發(fā)災難

對于此次的大洋鉆探，你的小腦瓜里可能早就冒出了許多問號?，F在，我們嘗試對其中幾個可能問到的問題進行解答。如果你還有其他的問題，也可以發(fā)送給我們喲，我們會及時在微信公眾平臺上為你答疑解惑的！

問號一：打穿地殼，科學家們就不擔心巖漿噴發(fā)嗎？

不會的。首先，計劃的鉆孔深度是3 000米左右，那里仍然是固態(tài)的巖石，而不是巖漿庫。地球內部由三部分構成：地殼、地幔和地核，雞蛋與地球有相似之處，也由三部分構成——蛋殼、蛋清和蛋黃，用雞蛋打比方的話，此次鉆探其實連蛋殼都還沒鉆透。

問號二：打穿地殼以后，海水會不會沿著鉆孔進入地幔，引發(fā)災難呢？

地殼并不是一塊鐵板，它存在著很多裂隙。海水早就進入上地幔了。而且，海底還有很多火山，都沒有引起災難呢，這不過是一個小小的鉆孔，不知道比火山口小了多少。

問號三：會不會探測到天然氣或者石油呢？

不會。這次準備打穿地殼的地方在洋中脊，這里的地質活動非常頻繁，既不具備生成天然氣或石油的物質基礎，也不具備儲存天然氣或者石油的條件。

問號四：會不會把地球打爆炸了？

不會。地球的半徑大約為6 371千米，這次計劃的鉆孔深度只占地球半徑的0.04%。前面已經提到，地球上本來就有很多火山和裂隙，它們都沒有引起爆炸，何況一個小小的鉆孔？

隨著美國“決心號”大洋鉆探船對地殼的探測，地球內部結構也再一次引起了大家的關注。隨著技術的發(fā)展，也許在不久的將來，我們也能進入地心探險，發(fā)現更多未知的秘密！

“決心號”上兩位首席科學家——美國伍茲霍爾海洋研究所的亨利·迪克教授（右）和英國卡迪夫大學克里斯托夫·馬克里德教授正在給新巖芯劃切割線

黃志明 文