20世界人類對自然的探索可以分為兩個比較大的方向,上天和入地,上天說的是人類的飛天夢想,我們想探索未知的星空,想去往深邃的宇宙空間;
入地說的是,我們腳底下的地球,我們想看下它裡面有什麼,雖然我們生活在地球上,但是我們對自己星球的內部一點都不瞭解,原因是我們下不去,也看不到。
因此在上世紀的冷戰期間,美國和蘇聯就在這兩大方向上展開了競爭,太空競爭我們比較熟悉,以1969年美國將人類送上月球取得全面勝利而結束。
入地競爭相對來說就沒有天空競爭這麼激烈了,也不怎麼為人所知,因為入地要比登天更加困難,雖然兩個國家都制定了非常雄偉的向地球深處鑽探的計劃,但最終取得的成績都不那麼如人意。
最為被後世記住的就是蘇聯從1970年開始花費了24年,在北極圈深處的科拉半島打出了人類歷史上最深的鑽孔總深度為12226米,堪稱人類入地的壯舉。
而美國也曾向地球深處進發,甚至計劃要鑽透地殼,直達地幔並取出地殼和地幔連線處的樣本,但這個計劃現在已經被大多數人遺忘。
雖然這兩項計劃都沒有完成最初制定的目標,也可以說都以失敗告終,但這兩次向地球深處的鑽探,讓我們對地球內部有了更深刻的理解。
下面我們就看下這兩項人類的“入地壯舉”。
科拉鑽孔
在北極圈深處的科拉半島上,這裡有大片的森林、有湖泊,地面常被積雪覆蓋,被薄霧籠罩,是一個人跡罕至的地方。
但在美麗的自然風光中,矗立著一個已經廢棄的前蘇聯科學研究站,在破敗不堪、搖搖欲墜的建築中間,有一個厚重的已經佈滿鏽跡的金屬管道鑲嵌在混凝土地板上。
曾經有人說這是地獄的入口,從裡面聽到了來自地獄的聲音,這就是前蘇聯的科拉超深鑽孔,是地球上最深的人造鑽孔,深度大約12公里。
但是這個深度對於地球來說就像是被蹭破了一層皮,最多隻有地殼厚度的1/3,我們知道地球的結構像是一個洋蔥,一層一層的,有地殼、地幔和外核、核心構成。
其中就外面的一層地殼就讓人類頭疼,因為它太厚了。地球的地殼有這麼一個特點,它並不是每處的厚度都是一樣的,在高原地區地殼厚度能達到70公里,在海底深處地殼厚度最薄只有1.6公里。
平均來說陸地上地殼的厚度在30到50公里,而前蘇聯選擇鑽孔的位置,地殼厚度應該在40公里左右。
那為什麼蘇聯不選擇在地殼薄的地方往下鑽呢?
其實一直以來人們都有一個誤解,說蘇聯想挖穿地球,其實人家一直以來就沒這麼想過,蘇聯的科學家多聰明啊,它們能不知道地球的半徑是多少,不知道自己的實力幾斤幾兩?
科拉鑽孔最初設計的深度就只有15公里,目的也不是挖穿地球,只是想透過鑽探了解地球構造、以及地球地質的演化歷史。
科拉鑽孔在1970年開始實施,總共進行的24年,1983年也就是13年的時間就鑽到了12公里的距離,最後的0.262公里花費了7年的時間。
最終鑽孔深度12.262公里,距離設計目標15公里只差了兩公里多,為什麼不往下鑽了?
原因有兩點,資金問題,這項工程沒有任何實際的效益,完全是在燒錢,能堅持24年已經不錯了。1994年蘇聯已經沒有了,所以這項工程也無法進行下去。
最重要的是,在往下鑽太過艱難,12公里以下的深度溫度已經達到了120攝氏度,鑽探造成了高溫對磚頭磨損非常嚴重,而且 在12公里以下的岩層已經表現得非常像流體了,鑽孔孔壁無法穩定,就會塌孔,也就是說鑽好的孔會自行閉合。
因此科拉鑽孔就這樣徹底封孔了。
莫霍專案
莫霍專案是美國在1960年進行的鑽探計劃,該計劃的目的是想達到莫霍不連續面,從中取出物質樣本。
莫霍不連續面就是地殼與地幔的連線處,根據地震波資料人們發現在這個層面上地震波的速度發生了變化,因此人們認為地殼到這裡接觸,在往下就是地幔。
可以看出美國的莫霍專案要比蘇聯的科拉鑽孔目標更遠大,這項計劃在1957年3月被提出,如果成功的話,將會為人類提供關於地球年齡、組成和內部結構變化過程的寶貴資訊。
如果想從陸地鑽到地幔是不切實際的想法,所以科學家計劃從地殼相對較薄的地方,也就是海底往下鑽探,鑽孔位置選在了墨西哥瓜達盧佩島附近的海域上。
海洋鑽探還有一個優勢,海底樣本不受大氣和表面活動的影響,比陸地樣本更能提供長期地質活動的證據。
莫霍專案包括三個階段,實驗鑽井計劃、鑽井平臺程式設計、最後鑽到莫霍面。
1961年進行了第一階段的實驗鑽探,鑽井船在墨西哥瓜達盧佩海域進行了一系列鑽探,在3600米深的海底打了5個鑽洞,最深的一個洞只有183米,取出的樣本有中新世時代的沉積物,有玄武岩。
但是在進行第二階段的時候,也就是選擇鑽井技術、以及設計鑽井平臺的時候,這項計劃被叫停了,原因是預算自己的失控,但更重要的是美國比較務實,因為在60年代的時候,有非常重要的航天事業要發展。
雖然莫霍專案沒有進行下去,但它表明了深海鑽探是獲取地質樣本的一種可行手段,也促進了海洋鑽探事業的發展。
因為當時在全球的海洋上還沒有一家石油鑽井平臺,莫霍爾專案雖然進行了一半,但是它發展出了新的海洋鑽探技術,比如動態定位,它可以讓鑽井船保持在穩定的位置上;
當時在進行第一階段的實驗鑽探的時候,科學家在鑽井船的四周安裝了四臺發動機,以保證鑽井船可以穩定在鑽孔的上方。
後來很多的石油公司看到了海洋鑽探的潛力,這就是莫霍專案留給後世最寶貴的經驗。
蘇聯的科拉鑽孔達到了12公里,挖出了很多地質樣本,發現了非常多的生物化石,例如6公里處發現的生物化石有27億年的歷史,讓我們對地球生物的演化有了更多瞭解。