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钻到海底之下,揭开地球的秘密

时间:2022-11-01 11:35:03 来源:网友投稿

【背景介绍】大洋钻探也称“深海钻探”,是为研究海底地壳结构和构造及大洋底部的矿产,而用动力定位船对深洋底进行的钻探工程。随着我国南海第二次钻探的展开,人们对于这一工程也越来越感到好奇。

海洋的科考航次很多,但此次南海二次钻探引起了全国的广泛关注。这一回的钻探为什么如此重要?这话要从40多年前说起……

大洋钻探1968年始于美国,但传到中国已是上世纪70年代末。随着“文革”结束,中国学术界开始与世界接触,并听说有“板块学说”这一新名词。原来,地球表层分成多个板块在运动,它们张开了形成海洋,碰撞了出现山脉。而证明这一板块学说的正是大洋钻探——用船上的钻机向深海底下打井,取上岩芯测定年龄,结果发现了大洋中间的海底地壳年龄最新,向两边越来越老,这就是板块运动的“海底扩张”。

大洋钻探难度极大——在4000米深海打钻,从船上将钻具送到海底钻孔,相当于从4000米高空的飞机上向地面投篮。但是,地面的篮框是亮的,海底却一片漆黑。再向下钻进海底1000米,那根5000米长的钻杆长度就相当于5条上海南京路步行街。其次,深海不能抛锚,钻探船要稳定在同一钻孔上方连续作业,才能把钻成的完整岩芯从海底取上。

因此,大洋钻探是国际海洋高科技的结晶,也是几十年来地球科学新发现的源头。继美国之后,法、英、日等发达国家纷纷加入大洋钻探而形成了国际计划,到现在历经40多年,盛况不衰。到几年前,它已经发展为20多个国家参加、年预算接近2亿美金的巨型国际合作。大洋钻探受重视的根本原因,是人类对深水海底以下几乎一无所知,因此大洋钻探不仅能够证明板块学说,还是各种重大科学发现的源泉。

深海沉积是千万年来海洋变迁的历史档案,大洋钻探把埋没在海底的“史书”取了上来,发现了出人意料的史前奇闻。比如,在地中海底发现了大量盐层,说明600万年前一度干枯成了晒盐场;北冰洋曾经是个暖温带的淡水湖,5000万年前飘满了浮萍,满江红;大洋钻探还证明了6500万年前恐龙灭绝的原因,确实是小行星撞击了地球。

大洋钻探还有直接应用价值的发现,主要在于资源和防灾方面。比如,大洋钻探揭示了深海形成金属矿的“热液”,和蕴藏“可燃冰”的“冷泉”区;发现了生活在海底岩石里的微生物群——“深部生物圈”,这里是地球上微生物最大的储库,它们可以享有远超“万岁”的高寿;在地震海啸的多发带,大洋钻探可为灾害寻找原因、提供预警。大洋钻探成了地球科学中规模最大、历时最久、成绩也最为显著的国际合作计划。

作为一项国际合作,大洋钻探计划能够历经四五十年而不衰,动力从哪里来?关键在于它节节攀升、不断更新的科学目标。最新制定的科学计划叫“照亮地球”,其中最“亮”的内容是“地球连接”,或者叫“行星循环”。

人类生活在地球表面,但是生态环境变化的原因并不都出自地球表面。随着科技发展,上世纪60年代,人类终于能克服地心引力进入太空,又发明了遥感技术从空中观测地球;到80年代,出于对温室效应的忧虑,又开展了“全球变化”的研究,“上穷碧落下黄泉”地寻找二氧化碳排放后的下落。但是,从土壤到大气,从陆地到海洋,所有这些都还是在地球表层。近年来,越来越多的证据都在说明,地球内部的过程对于表层有着重大的影响。至今为止,人类对这些影响还缺乏认知。

决定人类生态环境的两大因素是水循环和碳循环,科学家成天在地球表面研究它们,殊不知,更多的水和碳是在地球内部。可人类“入地”的能力,远远不如“上天”。地球半径6300多公里,地壳的厚度只占几十公里,而人类最深的钻井只打穿了12公里。地球的大部分属于地壳下面的地幔,它占地球体积的84%,地幔里的水和碳要比地球表面多许多倍。

当然,地球内部的水和碳的赋存状态与地球表层不同:地幔里的水锁在矿物的晶格里,在高温盖压下的碳也是面目全非。比如,地幔里居然有个金刚石富集层,可惜人类没有本事进去开采。然而,地球内部的水和碳,是在和表层不断交换着的。通常火山爆发喷出的气体,60%是水汽,10%—40%是二氧化碳,但更大量的交换发生在海底。海底是漏的,大量的水和碳酸盐随着板块从深海底俯冲到地幔深处,又有大量的水和碳从地球深处冒出海底。但是这种交换并不平衡,从表层流进地球内部的水多、流出来的少,有人推测六亿年来地球表面的水流失了6%—10%。

将地球表面和地球内部结合起来研究水循环和碳循环,这就是“行星循环”,也就是近十年大洋钻探的科学亮点。说到底,直接探测地球内部的唯一办法还只有打钻,而深海海底正是最贴近地球内部的地方。

【纵深阅读】

大洋钻探的进程越深就越让人意识到,人类对于海洋和地球依旧知之甚少。《海洋传》则以娓娓道来的方式,向我们谈论关于海洋的各种知识和故事。通过作者优美的文字,我们仿佛可以聆听大海永恒的乐章,体会海洋中各种生物的微妙联系,以另一种胸怀去体会人类与周围的世界。

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