人類試圖“打穿”地殼
- 發佈時間:2015-12-05 02:31:17 來源:科技日報 責任編輯:羅伯特
探險家小隊從冰島的火山口進入,一直向下,抵達了地球深處。與電影不同的是,即將“上演”的現實版《地心遊記》不是真正抵達地心,而是打超深鑽井,鑽穿地殼,直接“觸摸”地殼與地幔的邊界。
在斯里蘭卡科倫坡港口,美國、英國、中國等12個國家的30名科學家已登上美國“決心”號鑽探船,準備開展打穿地球殼幔邊界的第一次大洋鑽探。如果一切順利,這將是人類歷史上首次直接抵達地殼與地幔的邊界進行採樣,以檢驗“在慢速、超慢速擴張脊下方的莫霍面代表了地幔的蝕變邊界”的假説。
同濟大學海洋地質國家重點實驗室教授周懷陽告訴科技日報記者,即將開始的是“SloMo”計劃的第一個航次。“SloMo”是“慢速擴張脊下地殼和莫霍面的性質”縮寫。經中國大洋鑽探委員會推薦,周懷陽和學生參加了這一計劃。
地殼和地幔,類似于蛋殼和蛋清,其間為莫霍面,以地震學家莫霍洛維奇命名。地震的縱波和橫波,一經過莫霍面就明顯變化。
有種理論認為:在慢速擴張的洋脊下方,海水滲入到地幔,與橄欖岩反應,降低了地震波速,讓人們錯以為下面是輝長岩——莫霍面可能是蝕變和未蝕變的橄欖岩的分界,而不是殼幔邊界。
為檢驗上述假説,未來兩個月,科學家將乘坐“決心”號前往南緯32度、東經57度附近的西南印度洋中脊海域,鑽一個1300米深的鑽孔。接著,日本“地球”號,將把這一鑽孔加深至3000米,最終打穿殼幔邊界。
周懷陽説,以前這類領域的研究,主要是通過地震波給地球做“CT”,或者在陸地進行野外地質考察。而在海洋地殼上鑽孔,可獲取從地表到地幔的原位觀測數據,能獲取很多直觀資訊,有助於了解地殼的結構和演化以及地震。
“生鮮”的地幔樣品,比月球上的石頭還難獲得。科學家此次前往鑽探的地點有一個非常浪漫的名字——“亞特蘭蒂斯淺灘”。周懷陽説,大洋深處是地球上最容易向地幔進軍的地區,因為地殼層相對較薄,方便儘快抵達地幔層。
科學家曾在亞特蘭蒂斯淺灘成功打過兩個深鑽孔,都獲得了很長的輝長岩剖面。在即將進行的第360航次中,“決心”號將在淺灘北部邊緣新鑽一個1300米的孔。
新孔將與以前的兩個孔組成一個斷面,以便今後開展橫向的火成岩、變質岩與構造的層序對比研究,檢驗洋殼的磁性條帶異常特徵,並調查地球深部的生命活動。之前對於地球內部樣品的獲取和分析只能依靠間接的途徑,如火山爆發時噴出的岩漿等等。
“難度很大,這次還不一定能打穿地殼。”周懷陽説,這項工作既困難又費錢,因為鑽頭必須沉入茫茫大洋,打穿幾公里厚的海床地層,克服幾百攝氏度的高溫,而且一旦抵達地幔層附近,鑽頭部位將“壓力山大”。此外高溫對鑽頭和測量感測器都是一大挑戰。
1960年代的“莫霍面計劃”曾試圖鑽探地幔,但因組織不力、缺乏資金和技術儲備而失敗。
“國際大洋發現計劃”及其前身“大洋鑽探計劃”始於1968年,是20世紀規模最大、歷時最久的大型國際合作計劃,改變了地球科學的發展軌跡。1998年,我國作為“參與成員”加入該計劃,通過競爭,贏得了1999年春在南海實施首次大洋鑽探的機會,並由中科院院士、同濟大學海洋與地球科學學院汪品先教授擔任首席科學家。
從2014年起,我國正式成為“新十年國際大洋發現計劃”的“全額成員”,並在該計劃科學諮詢機構所有工作組享有代表權、在每個航次擁有兩個航行科學家的名額,這將顯著提高我國在大洋鑽探領域的水準,有利於我國的深海資源勘探、深海科技和海洋強國戰略。
“決心號”有世界上最大的升降補償裝置,有1400平方米、七層的實驗室,能同時進行沉積學、岩石學、古生物學、地球化學和地球物理學研究。
汪品先曾在接受媒體採訪時説,隨著鑽探水準提高,地球科學正進入新階段——將地球表層與地球深部結合起來研究“行星迴圈”。
(科技日報北京12月4日電)
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