从凡尔纳的《地心游记》到科学界探究地下之谜

2024-06-25阿斌

美育 2024年5期

阿斌

人类自诞生之日起，便从未停止过对这个世界的探索。我们向往璀璨的星空、沉迷广阔的海洋……神秘莫测的生存环境在引起人类好奇心的同时，也激发了人类的想象力和创造力，无数相关的文艺作品相继出现。

法国作家儒勒·凡尔纳是科幻作家中的佼佼者，他的科幻小说题材包罗万象，深受广大青少年喜爱。其中1864年10月首次出版的《地心游记》另辟蹊径，将人们的视线由关注地外文明转为关注地心世界，在当时引起了不小的轰动。

2008年，探险题材的影片《地心历险记》对小说《地心游记》进行了大胆改编。影片仍以叔侄探险为核心，讲述了构造物理学教授特雷弗带着侄子肖恩一同前往冰岛探险。十年前，肖恩的父亲在冰岛神秘失踪。特雷弗在他留下的遗物中发现了儒勒·凡尔纳创作的《地心游记》手稿，其中一些内容与他的研究惊人的契合。叔侄二人前往冰岛后遇到了向导汉娜，三人结伴而行。他们意外发现了一个洞穴，在探索的过程中却不慎跌入深渊。当他们落地时，发现已经到了地下世界。这里有炽热翻滚的岩浆，有河流和海洋，海里潜伏着可怕的食人鱼，陆地上徘徊着凶猛的巨型恐龙，还有花瓣开合时如血盆大口一般的食人植物以及缠人的藤蔓。在经历了种种磨难之后，最终特雷弗点燃燃烧棒炸毁了岩层，三人成功返回地面。

地下世界是否真的如文艺作品中描绘的那样神秘而又奇幻？事实上，人类一直在往探索地心的方向前进，并在向下挖掘的过程中发现了埋藏在地下世界的诸多资源。

相传在我国战国末期，秦昭王派李冰到蜀郡（今成都一带）担任太守，治理水患。李冰上任后，修建了举世瞩目的都江堰水利工程。在修建过程中，李冰发现了潜藏在地下的宝贵的盐水资源。在李冰的带领下，我国第一口盐井——广都盐井被开凿出来。这口盐井的口径约2米，井深15米。随着浅层盐水资源的日渐枯竭，人们开始向更深处进行挖掘。

北宋庆历年间（1041—1048），四川地区的百姓发明了一种新型的开采方式——冲击式顿钻凿井法，用小口深井取代了传统的大口浅井，并将用这种工艺开采的井命名为“卓筒井”。卓筒井被誉为“世界石油钻井之父”，是世界钻探深井的始祖和活化石。

到了明代，人类向地下钻探已经达到400米的深度。在清代道光时期，四川自贡地区出现了燊（shēn）海井。这种井是利用井架装置辅助进行打井，井深可达1001.42米，居当时世界之冠。

1973年，在河姆渡遗址发现了一口距今约5600年的水井，这是我国迄今为止发现的最早的木结构水井。这一考古发现表明，我国古代先民们早已意识到水资源不仅存在于江河湖海之中，还包括地下的水源。

2018年，在河南谢老庄遗址，考古学家发现了一口深约5米的水井，井内出土了5件保存完好的陶器。经考古学家勘测，这口水井距今已有约9000年的历史，当时的人们还在陶器两侧设计了双耳，方便提绳取水。这一发现将我国打井的历史又向前推进了2000多年。

然而，尽管人类始终坚持不懈地向下挖掘，距离抵达地心仍然遥不可及。地心究竟是什么模样，始终是个谜。

17世纪，英国天文学家埃德蒙·哈雷提出了“地球空心论”。在研究地球磁场时，他发现不同地方的磁场有所差异。于是，哈雷在1692年向英国皇家学会提交了题为《地球内部空间》的报告。他认为地球是空心的，并且内部还有几个一层套一层的空心球体，而每一层都具有不同的磁场。这一理论在当时引发了诸多异议。

18世纪，英国著名的物理学家亨利·卡文迪许对哈雷的“地球空心论”表示支持。1798年，卡文迪许通过扭秤实验，验证了牛顿的万有引力定律，并测算出了地球的质量，其测量结果远远小于实体地球应该具有的质量。这份研究成果使当时的许多科学家确信地球内部是空心的。

1818年，美国退役军官小约翰·克利夫斯·西姆斯也认为哈雷的理论是正确的。他坚信在地球的两端存在通往地心的通道，其入口就像一个巨大的山洞。西姆斯积极地组织前往北极寻找入口的人员，但最终没能成行。在西姆斯去世后，仍有许多人前往南极或北极，希望找到通往地心的“洞口”，却在找寻的过程中意外地发现了世界第七大洲——南极洲。

虽然人们未能找到通往地心的通道，但“地球空心论”却风靡了整个欧洲，促使《地心游记》等科幻作品的诞生。

随着物理勘探技术的不断发展，人们开始真正触碰到了地球内部结构的秘密。

大航海时代的到来让人们认识到地球是个圆形的球体。地震学家莫霍洛维奇在研究地震波的过程中发现，地震波在不同介质之间的传播速度是不一样的，在其传播至地下几十千米时会发生折射现象。基于这一观察，他推测在地球内部几十千米的地方存在一个间断面。1910年，莫霍洛维奇向世界宣布，地球具有内外层之分。这个间断面后来被称为“莫霍洛维奇间断面”，即“莫霍界面”，界面以上的部分被称为地壳，以下的部分被称为地幔。

1912年，物理学家宾诺·古登堡在莫霍洛维奇研究结果的基础上进一步发现，地震波的传播速度在地下2900千米处也发生了变化。这一发现表明在这个深度同样存在一个界面，这个界面后来被人们称为“古登堡界面”。

至此，人们否定了地球空心说，并普遍认为地球从外到内分为三层：最外层是地壳，包括岩石圈和大气圈，而人类则生活在地壳的表面；第二层是地幔；再往下则是地核。这种结构就像鸡蛋，最外层是蛋壳，其内是蛋清，然后是蛋黄。

为了验证这一理论，人类开始利用先进的科技手段继续向地下深入钻探。

1957年，美国科学家沃尔特·曼可提出一个观点：从地面进入莫霍界面十分困难，但如果从海底进行探测则相对容易一些。他还指出，在海底钻探时，海水可以起到冷却钻头的作用。这个计划被称为“莫霍计划”，且被视为20世纪50年代末与“登月计划”相媲美的宏伟科学计划之一。该计划开启了大洋钻探的新篇章，拉开了探索海洋岩石圈形成和演变的序幕。

1961年，曼可组织人力在美国和墨西哥之间的海域进行了实验性钻探，获取了辉绿岩、玄武岩等样品，并由此推测地幔是地球上最大的“化学储库”。然而，由于耗资巨大，莫霍计划被迫终止。

1970年，苏联开始实施“科拉超深钻孔”项目。随着钻头不断向下深入，钻头承受的岩石压力逐渐增加，导致钻头极易损坏，钻探成本极高。到1979年，苏联打破了美国超深钻井9583米的纪录，并于1983年突破了12000米。在之后的十年间，苏联又继续向下挖掘了262米，最终深度达到12262米，相当于15座全球最高建筑哈里法塔的高度，是当时人类能够达到的距离地心最近的地方。2006年，这项非营利性质的科研项目，在资金耗尽后宣告结束。

该项目从地下约12000米处提取的岩石对研究地球内部构造具有重要价值，可推动地壳结构、成分、成矿原因、地质作用等领域的研究。同时，科研人员在地下发现了大量氢气，在6700米处发现了大量浮游生物化石，而在9500米处则发现了黄金矿层。

21世纪，我国正值科学技术发展的黄金时期。2023年5月30日，在塔克拉玛干沙漠腹地举行了“深地塔科1井”开钻仪式。深地塔科1井是我国首个万米深地科探井，采用全球首台自主研发的12000米特深井自动化钻机进行作业，同时创新研发出耐220摄氏度超高温工作液等技术，为钻探万米特深井提供技术支持和设备保障。2023年12月，深地塔科1井的钻井深度突破11000米，奠定了我国在油气工程技术领域的国际领先地位。