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发射探测器烧钱一百亿 地心之旅:入地难于上天

http://www.sina.com.cn 2003年05月25日15:48 世界新闻报

  奇云

  1863年,法国科幻小说大师儒勒·凡尔纳就写下了《地心之旅》。直到今天,在人造卫星翱翔太空近半个世纪的时候,钻探钻头却最远只能伸到脚下的12公里处。难道这便是人类宿命中的“上天有路,入地无门”?

  然而,凡尔纳是伟大的。正如他其他著作中许多已经成为现实的幻想一样, “地心之旅”也开始有了眉目。近日,美国科学家正在筹划一项耗资100亿美元的宏伟计划,他们准备向地心发射一个探测器!

  时下,受到SARS的影响,影院的生意相当冷清,许多影片都无法达到预期的票房。但由庄·阿米尔执导的一部关于地球内部的科幻片《地心浩劫》(The Core)却从低迷的市场中脱颖而出,自公映以来,吸引了不少戴口罩的观众,成为近日卖座榜首片。

  在《地心浩劫》的开始,地球物理学家乔什·凯斯博士无意中发现了一场可能会导致全球人类灭亡的大灾难,故事便由此展开。凯斯发现,地心温度因某种不明原因发生了改变,同时,这种未知的力量正在阻碍地球的正常运转。随着地球磁场的迅速恶化,一场毁灭性的灾难也接踵而至。为了拯救地球,保卫全人类的安危,凯斯将全球最杰出的科学家组织起来,成立了一支救援小组,他们计划驾驶人类第一艘“钻地船”抵达地核,并在那里引爆一个特殊核装置,只有这样,地球才能将像往常一样正常运转。于是,凯斯一行6人冒着生命危险,驾着“钻地船”深入地核,开始人类前所未有的地心之旅……

  向地核深处灌铁水

  有趣的是,随着这部电影的热映,科学家也跑出来凑热闹。据近日出版的英国《泰晤士报》报道,美国加州理工学院行星科学教授戴维·史蒂文森正在筹划一项耗资100亿美元的宏伟计划,向地心发射一个探测器。

  史蒂文森的设想十分新奇,他计划用向地下注入大量铁水的方法来形成一个“倒火山”,借此把探测器送入地下3000公里处。由于无线电波无法穿透这样的深度,因此探测器只能以地震波的形式将采集到的数据传回地面。关于这一计划,5月15日出版的英国《自然》杂志做了详细的介绍。

  该计划最大的难度在于,如何在地壳和地幔间开凿通道让探测器通过。史蒂文森的设想是,通过一次数百万吨TNT当量级的核爆炸,开凿一条长、深300米,宽1米的裂缝,或者利用地表上类似的一些天然裂缝,比如冰岛的火山坑,然后在其中注入10万到千万吨熔化的铁水,利用铁水的巨大重量将裂缝下的岩层压出一个深深的间隙,这样一来,铁水将在地心引力的作用下,顺着这个间隙流向地核深处。

  假如史蒂文森的计划能够成功,它将使人类直接接收来自地核的信息成为可能。也有科学家质疑这个计划的可行性,认为这种方法需时太久,甚至要数千年时间才能完成。他们的理由是,尽管铁水的总重量十分巨大,但在强大地核压力的作用下,其形成直达地核裂缝的可能性并不大。即便可以形成裂缝,它也会在铁水流下之后被强大的压力闭合。另外,科学家还提出质疑,这么一个小小的探测器,怎么能够形成强大的地震波,将有关数据传回地面呢?

  联合给地球打洞

  人类在赖以生存的地球上已历经了无数个春秋。长期以来,一直有人试图通过各种方法对地球内部进行探测。但是,由于坚硬地壳岩石的阻隔,迄今为止,人类对地球内部仍然所知甚少。随着航天技术的发展,一个与之相呼应的“入地”科学钻探技术应运而生,这就是当代地球科学具有划时代意义的大型科学钻探工程。

  科学钻探主要通过钻孔获取岩芯、岩屑、岩层中的流体(气体和液体)以及通过地球物理测井和在钻孔中安放仪器来进行长期观测,从而获取地下岩层中的各种地球信息。通俗点说,就是为地球钻个深洞当“望远镜”。尽管这个过程十分艰难,但科学家们却从未望而却步。

  科学钻探始于20世纪60年代美国提出的“深海钻探计划”(DSDP),它与“人类登月计划”被誉为人类在20世纪60年代的两大壮举。1985年1月,美、英、法、德等国拉开了“大洋钻探”(ODP)的序幕。鉴于深海和大洋钻探的成功经验,通过全球大陆深钻取得直接证据来认识地球内部的方法逐渐成为共识。1992年11月,在经济合作与发展组织(OECD)的大科学论坛上,有人建议成立“国际大陆科学钻探组织”(ICDP)。当时,德国KTB钻探项目已经取得了令人鼓舞的成果,所以建议由德国负责组建这一组织。1993年8月30日至9月1日,德国地学研究中心(GFZ)在波斯坦召开了关于科学钻探的国际会议,出席会议的人员共有250余人,分别来自28个国家。此次会议之后,来自15个国家的科学家再次相聚在德国KTB钻井现场,正式讨论成立ICDP,与会代表一致认为,大陆科学钻探对固体地球科学研究起着至关重要的作用,需要进行综合性、国际性的研究计划,成立ICDP组织的时机已经成熟。1995年,德国GFZ与美国自然科学基金会(NSF)签属了合作备忘录,决定成立ICDP。中国也在1995年经国务院批准后,加入了ICDP。1996年,中国与美国、德国正式成为ICDP的三个理事国。 科学钻探在世界上已实施了30年,已有13个国家打了近100口深浅不一的科学探测钻孔,其中4000米以上的深孔有20口。根据钻孔的深度,研究者将深度大于8000米的大陆科学钻探称为超深钻。超深钻是一项投资巨大的科学工程,体现了一个国家的实力与地学水平。最早进行大陆科学钻探的国家是前苏联,其中SG—3钻孔的钻探时间最长1970年—1989年,进尺12262米,为目前世界上最深的钻孔。 德国于1987年至1994年间,在德国中部的一个小镇进行了科学钻探,即举世闻名的KTB钻探项目,原设计孔深14000米,实际主孔的终孔孔深9101米。

  大陆科学钻探工程是一项集科学与技术于一体的综合性工程,也是多学科、多领域的系统集成。实施这样大的科学工程,必须精心组织、科学管理、大力协同,必须发扬科学、求实、创新、严谨的精神。

  中国钻探工程举世瞩目

  中国大陆科学钻探工程(CCSD)于1997年被国家科技领导小组列为“九五”国家重大科学工程项目,并在次年被国际大陆科学钻探组织列为国际大陆科学钻探项目。该工程于2001年6月25日进行试钻,预计到2004年方能完成。至2002年4月6日,已完成2000余米先导孔的施工工作,现正在进行主孔钻进,截止到今年5月18日,主孔深度已达2982.18 米。 中国大陆科学钻探工程是目前国际大陆钻探组织资助金额最高的项目之一,也是亚洲第一口科学深钻。由于它是中国乃至世界地球科学界的一件大事,因此有关钻孔位置的选择也当然地成为地球科学家及社会关注的热点问题。经讨论后,中外专家一致赞同在江苏北部东海县毛北镇实施科学深钻,因为那里地处世界上规模最大的超高压变质带上。所谓超高压变质带,是指数亿年前由于地壳运动,原本处于地表的岩层向下俯冲到地幔深处,在高温高压的作用下变质,然后短时间内从地底重回地面。这种特殊岩层的发现,被公认是继板块学说提出以来,地球科学研究领域取得的重大突破性进展之一。我国将用3年时间打出这口5000米深的科研井。同时,我国还计划2010年前实现在青藏高原上打一口10000米的超深井。

  中国大陆科学钻探工程的实施是我国综合国力不断增强的体现,将填补我国在大陆科学钻探领域的空白,大大提高地球科学研究水平,并在某些方面跻身于世界前列。钻井完成后,那里还将建成亚洲第一个深部地质作用长期观测实验基地、亚洲第一个大陆科学钻探和地球物理遥测数据信息库、亚洲第一个研究地幔物质的标本岩心馆和配套实验室,使我国超高压变质带和地幔物质研究达到国际领先水平等一系列殊荣都将降临到这口深井的头上。

  窥探地球内部的望远镜

  大陆科学钻探是获得地球大陆内部信息的唯一的直接途径。因此,由深部钻探技术和地球物理遥测技术构成的科学钻探工程被誉为“伸入地球内部的望远镜”。大陆科学钻探工程对人类认识自然、探索未知领域方面的重要意义并不逊于载人航天,是当代地球科学具有划时代意义的系统工程,是解决人类社会发展所面临的资源、灾害和环境三大问题的重要途径之一,是带动地球科学和相关科学技术发展的大科学。

  具体来说,大陆科学钻探可以帮助人们直接、精确地了解地壳成份、结构构造和各种地质过程,对了解地球资源与环境起着至关重要的作用。国际大陆科学钻探计划的研究主题是:与地震、火山爆发有关的物理、化学过程及相关的减灾措施;近期全球气候变化的方式与原因;天体撞击对全球气候变化及大规模生物灭绝的影响;深部生物圈及其与各种地质过程的关系;如何安全处理核废料和有毒废料;沉积盆地与能源资源的产生与演化;不同地质环境下矿床的形成;板块构造的机理,地壳内部热、物质和流体的迁移规律;如何更好地利用地球物理资料了解地壳内部的结构与性质。

  大陆科学钻探极富魅力,它拓宽着人类的眼界和思维,打开了一扇扇从未触及的大门,戏剧性地改变了人类对地球内部组成与结构的认识。因此,大陆科学钻探一直牵动着全世界地球科学家的神经,成为他们共同关注的焦点。因为,大陆科学钻探的每一次重大发现都是向传统地学理论的挑战,也是对新地球学说的召唤。


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