近日，由美、英、中等12國科學家組成的團隊登上美國“決心”號鉆探船，開始在印度洋進行打穿地球殼幔邊界的第一次大洋鉆探。計劃將面臨哪些挑戰？有什么重要意義？對此，記者專訪“決心”號上的中外專家，一一解開謎團。
“決心”號上的科研人員在查看巖石樣本。它們是從西南印度洋中脊一處叫作“亞特蘭蒂斯淺灘”的海洋地下深處鉆探上來的。 供圖/國際大洋發現計劃
“決心”號上的月池（船體中間直通海水的口子）。
工作人員查看鉆壞的鉆頭。圖/新華社
我們都曾幻想過，地球內部究竟是一個怎樣的世界？是否真如科幻作家儒勒·凡爾納《地心游記》所描述的模樣？
近日，由美、英、中等12國科學家組成的團隊登上美國“決心”號鉆探船，開始在印度洋進行打穿地球殼幔邊界的第一次大洋鉆探。地球內部的面貌，有望在未來一步步揭開。
計劃將面臨哪些挑戰？有什么重要意義？一些有關鉆探會引發地震和火山爆發的擔憂是否杞人憂天？對此，新京報記者專訪“決心”號上的中外專家，一一解開這些謎團。
12國科學家組成“超強”陣容
“去年12月18日到達鉆探地點后，我們開始在海底架設設備并開始鉆探。目前已經到達海底407米深的下方。如果沒出現技術問題，以平均每 天45米的鉆探速度，我們可能在1月27日收工前超出預期制定的鉆探1300米的目標。”項目聯合負責人克里斯·麥克勞德對新京報記者表示。
此次是“國際大洋發現計劃”的第360航次，也是“SloMo”計劃的第一個航次。該計劃致力于在西南印度洋中脊一處名為“亞特蘭蒂斯淺灘”的地方首次打穿地殼與地幔的邊界，以驗證某種地質學上的假說。
“大洋鉆探航次獲批需要一個漫長的過程，因為程序復雜，要經過多次十分嚴格的國際科學評審。開展大洋鉆探的‘國際大洋發現計劃’可能是世界 上地球科學領域最大的國際科學合作計劃，由美國、日本、歐洲等國牽頭，預算為1.5億美元。中國近年來出資比例上調，每年為300萬美元。”同濟大學海洋 地質國家重點實驗室周懷陽教授對新京報記者表示。
周懷陽曾擔任中國科考船“大洋一號”的首席科學家，是“中國大洋發現計劃”專家咨詢委員會推薦參與本航次的兩名中國科學家之一。不過在航次 前，因國內工作臨時需要，周懷陽轉為本航次的岸上科學家，參與航次后科學研究。他的博士生馬強成為登上“決心”號的兩名中國專家之一，另一人是中科院研究 員劉傳周。
科考團隊由包括巖石專家和構造地質學家、地質化學家、地質物理學家等來自12個國家的30名科學家組成，團隊聯合負責人是美國伍茲霍爾海洋 研究所亨利·迪克博士和麥克勞德。除了科考團隊，“決心”號上還有88名其他人員，包括船員、鉆探操作員、操作最先進船上科學實驗室的支持團隊以及一些教 育和外聯官員。
了解地球內部的構造及組成
周懷陽說，作為“國際大洋發現計劃”的成員國，中國在每個航次可以派出兩名科學家。一般是國內科學家先向“中國大洋發現計劃”專家咨詢委員 會遞交申請，再由委員會推薦給“國際大洋發現計劃”委員會。因科考船需要不同專業和方向科學家的合作，因此推薦標準除了看科學家的資質，還得考慮科考需要 哪個專業領域的科學家。
麥克勞德對中國專家予以高度肯定，對周懷陽未能順利登船表示遺憾。“他們（馬強和劉傳周）是‘中國大洋發現計劃’下一代科學家的優秀代表，我們也希望周教授本人可以領導下一個在西南印度洋的鉆探航次。”
在多國科學家鼎力合作下，目前項目進展順利。這次鉆探與石油鉆探原理大致相似，不同的是要取得巖芯樣品，而且是在硬巖中打入到1300米的深處。
麥克勞德介紹說，“本航次最重要的工程就是鉆一個孔，達到地震邊界莫霍面，并進入地幔下面。在目前的鉆探地點，這個邊界位于海底5公里以 下，需要至少三個航次才能鉆探到這個深度。估計此次能鉆到1300米的深度，留下一個能反復進入并且能在今后航次中不斷加深的孔，我們將會沿著這個孔不斷 鉆探下去。”
麥克勞德口中的“莫霍面”是以克羅地亞地震學家莫霍洛維奇命名的地殼與地幔的分界面，在地質科學界一直是神秘的存在。科學家只能夠通過一些 間接手段、模擬實驗和復雜的計算，推測其物質組成。麥克勞德認為，通過鉆探獲取的巖芯將會為我們了解地球構造循環的核心部分提供新的見解。
“其實除了礦藏、地震、火山和其他一些地質現象，連地球表面大氣層都會受到地球內部物質及其構造的影響。這次最主要探索的莫霍面，以往僅根 據地震波探測得知這個面層，但它的物質成分與構造還不清楚。我們希望能夠拿到莫霍面的巖石樣品，以印證此前的一些相關推測是否正確。”周懷陽表示。
面臨地底高溫等多項挑戰
鉆探地點位于“亞特蘭蒂斯淺灘”，這里洋流很大，海底沉積物大部分被沖走，相比大陸地殼的平均厚度40公里來說，這里地殼厚度僅約5公里。 另外，科學家曾在該地成功打過兩個深鉆孔。新孔將與以前的兩個孔組成斷面，以便開展橫向的火成巖、變質巖與構造的層序對比研究，并且還可以調查地球深部的 活動。
周懷陽解釋，石頭的形成過程就是地球的形成歷史。通過分析鉆探拿到巖石樣品的內部以及上下的相互關系，研究巖石樣品中的礦物和元素的來源，弄清它們是如何形成以及遷移轉化的。
鑒于此，獲得巖石樣本是該計劃中的重要任務，也是一大難點。今后一個多月中，“決心”號將一直在這個孔里鉆取巖芯。不過這個過程將面臨諸多挑戰，因為相比太空，人類研究地球內部的手段還十分有限。
最大的挑戰來自于如何在堅硬巖石中鉆探。周懷陽指出，鉆探地點水深大約七八百米。在這種情況下，鉆入巖石很困難，而且在打鉆的同時還要獲取 巖芯，把樣品拿上來，“我們希望每鉆入一米就要取到一米的巖芯，即100%的取芯率。雖然目前的取芯率在50%以上，但之后可能會降低。”
周懷陽還表示，由于巖石堅硬，鉆具和鉆桿進程很慢，一般是1小時鉆探1米。但鉆探地點有很多斷層和裂隙，碰到裂隙時，鉆頭就會沿著裂隙縫走偏，空洞也會導致鉆桿傾斜。
不僅如此，鉆探過程中還要考慮地溫梯度的影響，即越到地底下溫度越高。周懷陽解釋說，地溫梯度一般是每深1公里溫度增加33℃，而鉆探時還 會摩擦生熱，因此對于鉆具材料考驗很大。后期鉆探中的高溫可能會使一些鉆具吃不消，再加上物理磨損，鉆探一段時間后就要替換鉆具，而替換程序相當麻煩，會 消耗很多時間。
相當于在冰層上“扎了個孔”
目前，科學家們已經順利獲得一些樣品，并開始進行研究和分析。鉆探的實時進展都可以在“大洋發現計劃”官網看到，在引發網友廣泛興趣的同時，也激起一些爭議，有網友擔憂鉆探因給地球打洞而導致地震和火山活動。
“這說明我們地球科學研究的科普工作還需大大加強。”周懷陽笑著解釋說，這次鉆探僅相當于在厚厚的冰層表面上“用大頭針扎了一個孔”。周懷陽表示，地球表面很多自然形成的斷層和裂隙都比此次鉆探深得多，鉆探根本不可能造成破壞性影響。
“舉個例子，雞蛋像地球構造一樣也是三層結構，蛋殼、蛋清和蛋黃相當于地殼、地幔和地核。此次鉆探的深度，都還沒鉆破蛋殼。以目前的技術，還做不到進入蛋清，人類目前還沒有這種能力。”周懷陽補充說。
雖然隨著鉆探深度不斷加大，挑戰也越來越大。對于項目前景，麥克勞德表示，團隊成員經驗豐富，知道事情可能會有不順利，但他堅信會實現最終的目標。“以前從來沒人在一個航次中就能在海底硬巖中鉆探到如此深的深度。”麥克勞德說。
■ 動態
工作人員生病需送醫“決心”號急赴毛里求斯
2015年12月30日夜，由于船上一位工作人員生病需立即送醫，“決心”號大洋鉆探船從西南印度洋鉆探海域緊急起航，奔赴毛里求斯。
據本航次首席科學家、美國伍茲霍爾海洋研究所的亨利·迪克教授介紹，雖然那位患病的工作人員沒有生命危險，但船上醫生無法確診。為確保安 全，“決心”號決定連夜起航，將病人送到毛里求斯的醫院治療。抵達毛里求斯附近海域后，將安排直升機或船只把病人接走，此后“決心”號將返回目標鉆探海 域。如果一切順利，這一趟往返需耗費五六天時間。據新華社
海底探險歷程
●1910年
克羅地亞地震學家莫霍洛維奇發現，地殼和地幔間有個不連續的分界面，即莫霍面。
●1961年
科學家們首次利用動力定位技術打下了第一口科學鉆孔，在墨西哥近海3558米水深處鉆了5口深海鉆井。
●1964年
美國幾個研究單位發起組成“地球深層取樣聯合海洋機構”，提出了“深海鉆探計劃”。
●1968年
深海鉆探計劃開始實施，至1983年計劃結束，“格洛瑪·挑戰者”號船完成鉆探站位624個，實際鉆井逾千口。
●1970年
前蘇聯在科拉半島進行科學鉆探，最深的一個鉆孔達12262米。
●1985年
由于前蘇聯、德、法、英、日等國相繼加入，深海鉆探計劃升級為國際性的大洋鉆探計劃。
●1998年
中國加入大洋鉆探計劃，并作為第184航次主導者，于1999年在南海順利實施中國的首次大洋鉆探。
●2003年
國際大洋鉆探計劃轉入綜合大洋鉆探新階段。鉆探船由一艘增加到兩艘以上，鉆探范圍擴大到全球海區。
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