我們常會聽到這樣的説法,人類目前對外太空的瞭解都比了解自己生存的地球還要多,這句話聽起來有些不合乎常理。
因為在我們的直覺裏總是認為上天貌似更難,想入地的話很簡單:鑽井一搭,鑽桿一放,鑽頭一裝直接往下鑽不就成了。但是真實的情況恰恰相反。
著名的探測器“旅行者1號”(Voyager 1)花了26年的時間離開了太陽系,從距離地球165億公里外發回數據,但人類穿透地球表面僅12公里的距離卻用了差不多同樣長的時間。
足以見得哪件事更難,上天和入地的難度根本就不在同一級別上。所以人類確實很難了解我們生活的地球。
小學時我們都知道地球的結構分為地核、地幔和地殼,其中地殼為固體岩石,也是最薄的一個圈層,平均厚度為17公里。
這裏需要注意的是地殼厚度分佈差異很大,最厚的地方可以達70公里,例如青藏高原地區,最薄的地方只有1.6千米,例如大西洋海底的海溝。
而陸地上地殼的平均厚達為30公里-40公里之間,除了地殼我們還對地幔、地核的組成和厚度有了一定的掌握,不過我們所掌握的地球知識都是通過地震波傳播速度變化得來的。
可以這麼説,所有關於地球內部的信息都是間接的猜測,與真實情況肯定存在比較大的誤差。唯一能夠準確掌握地球結構以及組成的方法就是打穿地球,取出岩心直接研究。其他方法都行不通。
在歷史上我們還真幹過這樣的事,瞭解歷史就能知道鑽透地球到底是人類不行,還是傳説中的不敢!
上世紀,蘇美兩個國家就像是兩個鄰居家的小孩一樣,互相攀比嫉妒,你幹什麼我也要幹,你有什麼我也要有,你上天我就上天,你入地我也入地,看誰更牛。
美國在1960年,就有了鑽地球的計劃,這個項目稱為“Mohole計劃”,但是選址在墨西哥太平洋海岸,其目標是鑽透地殼,達到地殼與地幔的混合處,也就是莫霍洛維奇不連續面。
希望通過這項任務獲得關於地球年齡、構成、內部結構的有價值信息,並幫助理解板塊構造。
如果我們直接探測到地幔是什麼以及地幔活動的情況,我們就能更好地瞭解火山和地震的成因和發生,更好地瞭解整個地球是如何運轉的。所以這項計劃還是非常具有科學價值的。
蘇聯一看,你鑽地球!好,我也鑽!1962年成立領導鑽探工作的科學團隊,1965年選址準備工作完成,決定在蘇聯西北部的科拉半島進行鑽探。
這是個長久性的工程,需要建立大量的地面設置,招募人員以及設備安裝調試,制定鑽探方案,1970年鑽機開始進入運轉,朝地下進發。
不過,蘇聯的目標遠沒有美國那麼大。他們制定的目標就是地下15公里,這個距離遠遠戳不透地殼。
但是就這個距離普通的那種通過鑽桿旋轉帶動鑽頭,逐級增加鑽桿的鑽探方式是行不通的,因為越來後面鑽桿的數量越多,越是耗費能量,到後面甚至會造成機器帶不動的情況。
為了克服這個問題,研究人員設計了一個解決方案,即鑽桿不動,只有末端的鑽頭轉動,這樣就節省了大量的能量,他們還設計了可以在鑽孔底部進行直接物理測量的儀器。
這個項目產生了大量的地質數據,其中大部分説明了我們對我們的星球知之甚少。科拉鑽孔可以使人們直接的看到地球地殼的結構。並且可以直接驗證之前科學家之前對地球結構的理論。
根據地震波的速度變化,科學家之前一直認為在地下3-6公里的地方有一個“康拉德不連續面”,也就是從這個地方花崗岩向玄武岩過渡。
但是鑽探的結果是,人們並沒有發現玄武岩層,花崗岩一直延伸到12公里以外的地方。科學家隨即認識到地震波反射的結果是由於岩石的變質造成的(即由於強烈的熱量和壓力導致了花崗岩變質),而不是岩石類型的變化。
我們還在地下6.7公里的地方發現了大量的生物化石,這些化石的年代足有27億年的歷史,雖然地下存在着高温和高壓,但是這些化石依然保持了完整性。
這足以説明鑽探地球對我們理解地球結構、以及生物演化的重要性。到1979年,該項目已經打破了其他所有的鑽探深度世界紀錄。到1983年,鑽井深度就達到了令人難以置信的12公里。
不過從1983年到1994年這個項目的停止的時候,鑽孔深度只前進了0.262公里,整個項目花費了24年的時間,距離當時既定的15公里的目標還相差了短短的2.7公里。
這裏就有個問題,也是大家比較關心的,最後的2.7公里為何就不鑽了?傳説中是遇到了一些可怕的事情(例如飛出來地下生物、聽見了下面有生物在咆哮,更有人説鑽到了地獄),不敢再往下鑽,不過這些都是謠傳。
官方的解釋是資金問題,當然這也説得通,畢竟耗時幾十年的工程也不盈利確實難以支撐,再加之到最後蘇聯自身的情況已經不允許再幹這種勞民傷財的事了。
不過最根本的原因還是遇見了難以置信的高温,導致鑽頭消耗太過嚴重,到了12公里以後地下温度的上升幅度遠遠超過了當時人們的預計。
研究人員為了對抗高温,還專門將鑽井液事先冷卻,但也無濟於事,當時在鑽孔最深的地方温度達到了120攝氏度,再加上鑽頭的旋轉帶來的高温使得鑽頭磨損特別嚴重,無法前進。
還有一個更為嚴重的問題導致的不得不放棄鑽探,在12公里以上的深度,那裏的岩石由於高温的作用開始變得不像是固體,更具有流體的性質。
當鑽頭磨損在更換鑽頭的時候,剛剛前進的一點點的深度就會因為岩石變軟而發生閉合,也就是説,鑽到最後這個鑽孔就會自己回填,無法再繼續深入。
所以不得已最後在1994停止鑽探,最後的深度為12262米,這是迄今為止垂直深度最深的鑽孔。不過這對於半徑6371公里的地球來説,就像是劃破了一層皮而已。
所以説,挖穿地球這件事從科拉鑽孔以後,人類就沒考慮過,因為我們甚至自己的行,而不是不敢。
未來我們人類想要達到地幔,從陸地上鑽是行不通的,我們可以選擇在海洋最深處往下鑽,不出幾公里就會達到地幔。不過地幔的厚度在2800km以上,可能人類未來的無數個世紀都會止步在這裏!
想要達到地核估計和走出銀河系的難度一樣大。