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花了300年 人类向地心只走了0.2%(  

2017-10-02 18:46:08|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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花了300年 人类向地心只走了0.2%(


花了300年,人类向地心只走了0.2%。(图片来源:Adobe stock) 济南翡翠雕刻加工翠玉轩和田玉加工13573791258
当层出不穷的太空歌剧片把人类的足迹拓展到银河尽头,我们对地底的幻想,却停留在几十年前的《地心游记》——跳进火山口,发现伊甸园,听起来更像奇幻而非科幻。但其实,在宇航员抢尽风头的同时,地质学家从没闲着。 
300多年来,科学家对脚下这颗球体的研究从未停止,人类难以克服的困难也许正横亘在地底,而非远在天边…… 
进军地心并不是什么新鲜的想法,科学界对它的讨论已有数百年之久。早在17世纪,英国科学家罗伯特?胡克就设想过挖掘一条穿过地核的隧道作为新的旅行方式,并致函牛顿进行讨论。可惜后来两人交恶,这个设想也就此搁浅。 
19世纪,法国科学院的学者们又重新捡起这一想法,那是经典物理学的黄金时代,人们沉浸在物理学大厦即将完工的喜悦中,许多人乐观地认为本世纪或下世纪内人类就可以抵达地心。以当时的技术条件来看,钻一个直通地心的洞可比发射飞出太阳系的飞行器简单多了。 
阿瑟?柯南道尔爵士是这个美好幻想的坚定支持者之一。他笔下的大侦探福尔摩斯享誉全球,但许多人可能不知道,除侦探小说外,柯南道尔还创作过一系列科幻小说,主人公为乔治?爱德华?查林杰教授。 
查林杰教授于《失落的世界》中初次出场,从这部小说开始,巨猿、恐龙和蛮荒生物大规模进入读者的视野,它堪称后来《金刚》和《侏?纪公园》的祖师爷。一九二九年,柯南道尔又出版了《地球痛叫一声》,在这部小说里,柯南道尔将行星想像成海胆般有硬壳的生物,它们从遍布宇宙的以太中汲取养分;而查林杰教授打了一口八英里深的井,穿过地壳抵达了地球母亲裸露的内脏。 
再往前追溯,上一部出自名家之手、意图征服地心的科幻小说大概就得推到凡尔纳那篇《地心游记》了。无论柯南道尔还是凡尔纳,他们似乎都想不出什么办法克服横亘在人类与地心之间的最大障碍:地温梯度。每向下一百米,温度要升高两到三度,虽然缓慢,但十分无情。以全球平均地温梯度每百米3℃计算,地下四千米处温度超过水的沸点,地下十千米处可达到普通打火机火焰的温度,而地心处——虽然尚无精确数据,但地质学界普遍认为地心温度在6000℃以上。 
太阳表面也不过5000多摄氏度而已。从这一角度说,征服地心比抵近太阳还要困难。 
但科幻小说家毕竟不是钻井工程师,地温梯度并不能阻挡人类的想像力,凡尔纳与柯南道尔干脆忽视了它,假设地底深处的环境仍然允许人类生存,以方便故事进行下去。 
二战结束后,冷战的大幕拉起,美苏两个超级大国在所有科学领域都展开了竞争。除了家喻户晓的星球大战计划、阿波罗计划以外,当年美苏的目光并不只是盯着星空,同样也投向了脚下的大地。相比遥远的月球、火星,离我们仅有6000多千米的地心似乎是个更具吸引力的探索目标。 
宇航学家们忙着射火箭放卫星送载人飞船上天,地质学家们同样没闲着。1958年,美国启动了“莫霍计划”(Project Mohole):在大洋底开一口超深井,直达地壳与地幔的分界线——莫霍面。如果做成这件事,其意义将足以与阿波罗计划比肩,美国将成为第一个挖通地壳的国家! 
苏联不甘落后,二十世纪六十年代初,苏联地球科学家制定了他们自己的超深钻井方案——俄罗斯莫霍计划(Russia Mohole),但进展并不迅速。 
另一方面,美国原本计划用三亿美元完成莫霍计划,可惜事与愿违,大地母亲好像并不欢迎人类的拜访,随着钻井深度增加,自牛顿时代以来的美好幻想逐渐被打破:工程师们真切感受到了地温梯度的威力,每前进一米,钻头都要经受更高温度的考验,金属能对付坚硬的岩石,但高温令它们变得脆弱柔软;此外,地层压力梯度是征服地心的又一巨大障碍,超深井的井壁承受着来自周围数千米厚的地壳的水平压力,这口井就像插进地球深处的一根脆弱蛋卷,怎样维持井壁不崩溃令工程师们费尽了心思。 
他们甚至无法保证钻头向下垂直前进! 
觉得一根钢管很坚硬?把几百几千根钢管连起来试试,它们会组成一根柔软的金属面条,地下岩石的硬度并不均一,使得钻头很容易带着后面几千米长的的钻杆偏离垂直线,需要上面的操作者们及时纠正。 
为了抵抗地底深处的高温高压,钻头的材料、形状、锻造工艺都需要精心设计,造价不菲;另一方面,钻头虽然坚固,但磨损速度依旧惊人地快,有时仅仅掘进几十米就必须更换;为了维持井壁稳定,还要使用套管、钻井液,而每一样都不是便宜货……到1965年,该计划耗资已经超过1亿1500万美元,但成果相当令人失望。 
高昂的费用令莫霍计划被叫停,人们的注意力集中在更加震撼的阿波罗计划上。 
1969年,尼尔?阿姆斯特朗在月面上踩下了第一个人类脚印,这让苏联领导人们如坐针毡,极力想要在其他方面扳回一城。 济南翡翠雕刻加工翠玉轩和田玉加工13573791258
1970年,在北极圈内的科拉半岛上,一项了不起的超级工程开始了。大陆地壳平均厚度为33千米,而大洋地壳平均厚度只有7千米,所以美国人选择在墨西哥近海的海底向下打洞;但苏联人并没理会这点,他们在列宁格勒州荒凉的旷野上竖起了一座郁金香般的金黄井塔,为了保障这里工作人员的正常生活,苏联人还在不远处建起了整整一个城市——扎波利亚尔内。 济南翡翠雕刻加工翠玉轩和田玉加工13573791258
自1970年开始,至1990年结束,上千名工作人员在这里忙碌了二十年。1983年,科拉超深井抵达了12000米深度。1989年,科拉超深井的SG-3钻孔抵达了地面以下12262米处。 
当然,如果纯粹只是向着地心挖洞,意义不大。科研钻探除了追求深度之外,更重要的是取得岩心样本。 
岩石在漫长的时光里会变得像黏土一样柔软,给一块花岗岩施加一个微小的力,持续五千万年,花岗岩可以变成任何形状。《肖申克的救赎》里说地质学所有的要素就在于压力与时间,某种程度上来说,没错。 
科拉井塔的岩心库,看着很有冷战背景科幻片中武器库的感觉。当年苏联人希望这里能够引爆一颗“核弹”:世界上第一口抵达地幔的深井!他们对“深井冰”的执着简直到了可怕的地步,曾经拦住美国人的难题没能拦住苏联人,他们将材料力学利用到了极致,苏联的钻头经受住了高温高压的考验,不停掘进,向下,再向下。 
也许是深入地壳一万两千米这件事听起来太过科幻,以致围绕科拉井塔传出了许多谣言:有人信誓旦旦地说这口井挖到了地狱,地质学家们从井口听到了地狱里罪人们的恐怖惨叫,更有人说SG-3钻孔里飞出了恶魔,导致当局不得不中止钻探计划。网上甚至可以找到所谓的“地狱录音”。 
深度12260米,是人类历史上曾取得的最接近地心的物质。在这个深度,岩石与其中所含的矿物高度变质化,对地质学界而言,它比与之等重的钻石还要珍贵。 
1991年苏联解体后,科拉超深井项目随之终止,15000米的目标也变得遥不可及。2008年,卡达的阿肖辛油井抵达12289米深度,首次打破SG-3钻孔的纪录;2011年,俄罗斯在库页岛的Odoptu OP-11油井达到12345米深度,再次打破最深纪录。然而,若考虑到海拔、井壁并不垂直等因素,科拉超深井的SG-3钻孔依旧是人类世界里离地心最近的地方。 
更重要的是,这两口“后来居上”的超深井都是石油生产井,而非钻探井,它们不以取得岩心为目的,对地质学的贡献远远无法与科拉超深井相提并论。 
在柯南道尔的《地球痛叫一声》中,查林杰教授那口井的深度是八英里,换算一下约为12.8千米,与半个世纪后科拉超深井的成就相去不远,如此巧合实在令人遐想。 
把地球看成是个鸡蛋,经过美国与苏联几十的年努力,我们连蛋壳都没钻透。抵达莫霍面至今是地质学家的一个梦,今天我们已经拥有了飞出太阳系外的探测器,但对脚下的大地依旧知之甚少。有个笑话说,“新地平线号”探测器驶向冥王星之前,我们对冥王星的了解能写在一张扑克牌上。如果把我们对地球深部结构的了解写下来,估计也就是十几张扑克的事儿,保不齐还有富余。 
现实很严酷,不过科幻作家们已经无数次证明,物理规律从来拦不住他们的想像力。 济南翡翠雕刻加工翠玉轩和田玉加工13573791258
《带上她的眼睛》和《地球大炮》两篇小说中提出了新的进军地心方案:使用简并态物质制造井圈与地心飞船。简并态物质具有极高的密度,以致在地壳中可以自行下沉,就像石子在水中下沉那样。形成简并态物质本身就需要相当极端的温压条件,因此地温与地层压力也对它无可奈何。但很可惜的是,制造简并态物质和制造《三体》中的水滴差不多,对目前的物理学界来说实在有点过于遥远。 
冷战落幕后,由于汲取了苏联的教训,各国在科技研发方面越来越注重效益与实际收获,而非追求政治上的象征意义。耗资巨大的超深井计划在世界范围内都进入了平稳发展的阶段,苏联人那种十年狂飙突进一万米深度的盛况多半是不会再现了。
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