地心大冒险
2017-10-10黄志明
地心大冒险
地球深处的秘密
尽管人类已经能够在另一个星球上着陆，但是对于脚下这片土地的内部结构，我们掌握的知识仍然很有限。地球内部究竟是一个怎样的世界呢？会不会像科幻作家儒勒·凡尔纳的《地心游记》里所描述的那样，有着一个广阔的地下世界？
我们知道，地球内部是由地壳、地幔和地核三个圈层组成。其中最神秘的就是庞大的地幔。地幔是黏稠的，其中所含的元素占地球所有元素的68%，是当之无愧的“地球化学储藏库”。此外，地幔还是地球内部体积最大、质量最大的一层，是驱动地球内部活动的“引擎”，也是地震、火山喷发和大陆移动的原因。因此，地球内部及其对地表环境的影响等一系列科学问题，无不与地幔息息相关。
虽然通过板块构造学说，我们知道地球的活动与地幔有关，但对于地球内部的活动究竟是什么样的，人类尚不够清楚。因为人类想要穿透地壳并不是一件容易的事，所以人类至今还无法直接从地幔中提取样本。一直以来，全世界的地球科学家都从未放弃过探寻莫霍面、“触摸”地幔的科学梦想。
什么是莫霍面？
莫霍面是以克罗地亚地震学家莫霍洛维奇的名字命名的地壳与地幔的分界面，在地质科学界一直是一个神秘的存在。科学家们只能通过一些间接手段、模拟实验和复杂的计算，推测其物质组成。
内核里的内核
我们前面说过，地球内部分为三层：地壳、地幔和地核。许多同学可能会说：其中地核还分为两部分——外核和内核。
快来刷新你的认知吧！最新研究表明，在地球的内核里，还有一个更小的内核——“内内核”。我们知道，按照传统的划分方法，地核主要分为内核和外核，内核是液态铁，外核是固态铁。而科学家们最新发现，内核内部还有着一个在结构上与平常的铁截然不同的“内内核”。
小贴士
科学家们没有办法进入地球内部考察，他们是通过什么办法知道地球内部的结构的呢？
原来，科学家们主要是通过地震波研究地球内部的。因为地震波能量大，传播距离远。例如，在地球另一侧的地震波可以在这一侧被探测到，根据地震波速的变化，就可知道地球内部物质的密度、弹性变形等，科学家们就是根据这些信息推测出地球内部的结构的。
“神秘窗口”——亚特兰蒂斯浅滩
如果让你找一个地方把地壳打穿，你会选择哪里呢？你肯定会回答：当然是地壳最薄的地方啦！
完全正确！由于地壳的厚度不均匀，科学家们也一直在寻找一个“突破口”，以降低钻探的深度和难度。后来，科学家们发现：西南印度洋中脊的扩张速度超级缓慢，由于岩浆供应量不足，不能及时形成完整的大洋地壳。因此，在那里，莫霍面可能就位于离海底不太远的地方。
最后，科学家把目标锁定在一处名为“亚特兰蒂斯浅滩”的地方，将它视为揭开地球内部秘密的“神秘窗口”。这里洋流湍急，大部分海底沉积物都被冲走，相比大陆地壳的平均厚度（约40千米）来说，这里的地壳要薄得多（仅约5千米）。地震波的探测结果显示，亚特兰蒂斯浅滩下方5 500米深处，就是莫霍面。水下机器人考察后进一步发现，亚特兰蒂斯浅滩下的辉长岩（大洋地壳的代表性岩石）的厚度可能只有1 500～2 895米，再往下就是蛇纹石化的橄榄岩（目前普遍观点认为这种岩石主要存在于地幔中）。这一发现，让科学家们信心大增！毕竟对于人类来说，钻探几千米的深度还是有可能做到的。
低调而奢华的大洋钻探
上天容易入地难，大洋钻探之路可谓命途多舛。其实，人类开始大洋钻探的时间比登月还要早。
1957年，科学家提出了打穿地壳的计划——莫霍计划。但由于各种原因，莫霍计划夭折了；
1966年，美国科学基金会资助成立了深海钻探计划，这一计划并不旨在打穿地壳，而是主要以浅海钻探为主；
“决心号”上的科研人员在查看岩石样本
工作人员查看钻坏的钻头
“决心号”上的月池（船体中间直通海水的口子）
“决心号”上的钻探人员取出新岩芯
美国“决心号”大洋钻探船是世界上最先进的大洋钻探船之一。船长143米，宽21米，排水量1.86万吨，能在海上连续航行75天。
1985年，大洋钻探计划取代了深海钻探计划；
2003年，一个新的大洋钻探计划诞生——综合大洋钻探计划。虽然综合大洋钻探计划的目标很宏伟，但是由于原油价格的暴涨，钻探的成本也随之上升，光钻探船一天就要花费几十万美元，因此综合大洋钻探计划没能完成既定目标；
2013年，综合大洋钻探计划结束后，科学家们又提出了国际大洋发现计划。
“上天”“入地”一样难
我们知道，人类登天需要克服许多困难，比如需要克服失重、大气摩擦、宇宙速度等，而打开地壳，其难度不亚于“飞天”。
美国的“决心号”大洋钻探船的核心任务，就是获得岩石样本。在一个多月的时间里，“决心号”一直努力钻取岩芯。不过，在这个过程中也面临着诸多挑战。由于岩石坚硬，一般是一小时钻探一米。除此之外，钻探地点还有很多断层和裂隙，碰到裂隙时，钻头就会沿着裂隙缝走偏，科学家们不得不花时间进行调整。
不仅如此，在钻探过程中还要考虑“地温梯度”的影响，越到地下，温度越高。一般情况下，每深入地下1 000米，温度约增加33℃。而且钻探时还会摩擦生热，因此钻具材料将面临巨大的考验。
通过岩芯，科学家能知道什么
由于岩石是地质作用的产物，每当地质环境发生变化，形成的岩石也将随之改变。因此，科学家们想通过研究岩石，来窥探地球发展和演化过程的“蛛丝马迹”，他们期待通过本次钻探，找到一系列科学问题的答案，例如——
地壳的岩石是如何分层的？
地壳中有多少地幔混入？
地壳深处和含水的地幔中是否存在生命？
……
通过这次钻探，人类第一次直观地了解了壳幔边界的岩石形态，对地球的演化发展产生了新的认识。另外，还可以了解大洋中脊和地幔的接触关系，进一步了解地球的板块构造和海洋扩张，而且还能了解那个深度的岩石里有没有微生物，调查地球深处的生命活动。
这一切，对于我们了解地球以及人类自身，都有重大的意义。
放心，打穿地壳不会引发灾难
对于此次的大洋钻探，你的小脑瓜里可能早就冒出了许多问号。现在，我们尝试对其中几个可能问到的问题进行解答。如果你还有其他的问题，也可以发送给我们哟，我们会及时在微信公众平台上为你答疑解惑的！
问号一：打穿地壳，科学家们就不担心岩浆喷发吗？
不会的。首先，计划的钻孔深度是3 000米左右，那里仍然是固态的岩石，而不是岩浆库。地球内部由三部分构成：地壳、地幔和地核，鸡蛋与地球有相似之处，也由三部分构成——蛋壳、蛋清和蛋黄，用鸡蛋打比方的话，此次钻探其实连蛋壳都还没钻透。
问号二：打穿地壳以后，海水会不会沿着钻孔进入地幔，引发灾难呢？
地壳并不是一块铁板，它存在着很多裂隙。海水早就进入上地幔了。而且，海底还有很多火山，都没有引起灾难呢，这不过是一个小小的钻孔，不知道比火山口小了多少。
问号三：会不会探测到天然气或者石油呢？
不会。这次准备打穿地壳的地方在洋中脊，这里的地质活动非常频繁，既不具备生成天然气或石油的物质基础，也不具备储存天然气或者石油的条件。
问号四：会不会把地球打爆炸了？
不会。地球的半径大约为6 371千米，这次计划的钻孔深度只占地球半径的0.04%。前面已经提到，地球上本来就有很多火山和裂隙，它们都没有引起爆炸，何况一个小小的钻孔？
随着美国“决心号”大洋钻探船对地壳的探测，地球内部结构也再一次引起了大家的关注。随着技术的发展，也许在不久的将来，我们也能进入地心探险，发现更多未知的秘密！
“决心号”上两位首席科学家——美国伍兹霍尔海洋研究所的亨利·迪克教授（右）和英国卡迪夫大学克里斯托夫·马克里德教授正在给新岩芯划切割线
黄志明 文
