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揭开地壳探秘
杨 阳
尽管人们已经有能力在另一个星球上着陆,但是对于脚下地球的内部结构,人们还知之甚少.地球内部究竟是一个怎样的世界？是否真如科幻作家儒勒·凡尔纳《地心游记》所描述的模样？近日,由美国、英国、中国等12国科学家组成的团队登上美国“决心”号钻探船,开始在印度洋进行打穿地球壳幔边界的第一次大洋钻探.这是人类历史上首次打穿地壳与地幔的边界.这项科研活动将有望深入地壳与地幔的分界面,看到人类从未见过的地球内部面貌.
地球深处的秘密
地球内部由地壳、地幔和地核3个圈层组成.时至今日,人类之所以对地球内部的世界知之甚少,是因为人类想要穿透地壳并不是—件容易的事. 地幔堪称最大的“地球化学储库”,但迄今,人类尚未能直接从地幔取样,因此对其知之甚少.目前,“决心”号钻探船正在西南印度洋中脊海域开展大洋钻探,最终目标就是钻穿地壳,“触摸”地幔.
神秘而庞大的地幔充满了许多未解之谜.在2013～2023年的国际大洋发现计划提出的科学挑战中,地球深部过程及其对地表环境的影响等一系列科学问题,无不与地幔息息相关.
20世纪60年代以来,板块构造学说的确立,使得地球表面看似分布无序的高山深海变得有条有理.在太阳系中,人类居住的地球拥有其他星球所没有的、独一无二的“生理机制”.板块构造学说比较成功地回答了“地球是怎么活动的”问题,但对于地球活动的具体过程和细节、活动机制等问题,仍需要各国科学家凝心聚智,共同寻求答案.半个多世纪以来,全世界的地球科学家从未放弃过探寻莫霍面、“触摸”地幔的科学梦想.
大洋钻探的挑战
位于南纬32度42分、东经57度17分的“亚特兰蒂斯浅滩”,虽然掩盖在一望无际的海水下700多米,但经过多年坚持不懈的研究,科学家确信这里是研究地壳与地幔转化的理想“构造窗口”.
据介绍,“决心”号抵达目标海域后,科学家已开始进行大洋钻探前的各项准备工作,包括向海里放一个声呐信号装置,以使船舶保持动力定位；向海里放一个水下摄像机,以寻找合适的岩石安装钻孔重返系统.钻孔重返系统能定位钻孔,并能使钻头离开后重返钻孔,是开展钻探前的重要一步.根据计划,“决心”号将首先使用旋转式岩芯取样器钻220米深,然后进行井下测量和监测.从井下220米开始连续钻取岩芯,并尽可能地向下深钻,计划钻到1300米.
地壳内的温度随深度增加,有数据显示,每深入100米温度就会升高1℃.近年的钻探结果表明,在深达3000米以上时,每深入100米温度就会升高2.5℃.越往深处钻探,不仅温度升高,而且周围岩石的压力也会增大,你可以想象把手插进米缸里,越往下周围的米对手的压力会越大.对于钻探装备来说,这是一个极具难度的挑战.这次的大洋钻探项目是要钻探至地壳和地幔之间的莫霍面.这次钻探与石油钻探原理大致相似,不同的是要取得岩芯样品,而且是在硬岩中打入到1300米的深处.
“决心”号从“亚特兰蒂斯浅滩”钻取的岩芯是深入了解地球历史的珍贵“档案”.由于岩芯是一个“有生命的材料”,它们的自然特性每时每刻都会随着周边环境的变化而变化.“决心”号上有12个实验室,装备了多种先进的实验仪器,将在第一时间对采上来的岩芯进行快速、复杂、全面的“体检”,同时还将组织科学家在现场对岩芯进行记录和描述.
通过本次科考,人类能第一次直观地了解壳幔边界的岩石形态,甚至可以对地球演化发展有新的认识.另外,可以了解大洋中脊和地幔的接触关系,进一步了解地球的板块构造和海洋扩张,而且还能看看那个深度的岩石里有没有微生物,调查地球深处的生命活动.这一切无论是对地球还是人类自身的认识,都有重大的意义.
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