12国科学家组成“超强”阵容 揭钻探地壳之谜

在最薄的地方钻透地壳。

《新京报》记者就“决议”采访了中外专家，以揭开钻取地壳的神秘面纱。

决议上的研究人员正在观察岩石样本。它们是从西南印度洋中脊的“亚特兰蒂斯浅滩”海洋深处钻出来的。地图供应/国际海洋发现计划

“分辨率”上的月亮池(船体中间的开口直通大海)。

工作人员看着破损的钻头。图片/新华社

我们都幻想过地球内部是什么样的世界？这真的像科幻作家儒勒·凡尔纳在《地心游记》中描述的那样吗？

最近，包括美国、英国和美国在内的12个国家的科学家组成的小组登上了美国的“决心”号钻井船，开始了在印度洋穿过地壳和地幔边界的首次海洋钻井。地球内部的面貌有望在未来逐步显现。

该计划将面临哪些挑战？有什么意义？有人担心钻井会引发地震和火山爆发，这是没有根据的吗？对此，《新京报》记者采访了中外专家，就“决议”一一解答了这些谜团。

来自12个国家的科学家组成了一个“超强”团队

“去年12月18日到达钻井现场后，我们开始在海床上安装设备并开始钻井。目前，它已经到达海底以下407米。如果没有技术问题，以每天45米的平均钻井速度，我们可能会在1月27日完工前超过1300米的预期目标。”该项目的共同负责人克里斯·麦克劳德告诉《新京报》记者。

这是国际海洋发现计划的第360次航行，也是SloMo计划的第一次航行。该计划旨在首次穿越位于西南印度洋中脊的“亚特兰蒂斯浅滩”(Atlantis Shoal)，以检验一些地质假说。

“海洋钻探航行需要很长时间才能获得批准，因为程序很复杂，必须经过许多非常严格的国际科学审查。海洋钻探“国际海洋发现计划”可能是世界上地球科学领域最大的国际科学合作计划，由美国、日本、欧洲和其他国家牵头，预算为1.5亿美元。近年来，中国已将其捐款增加到每年300万美元。”同济大学海洋地质国家重点实验室教授周淮阳告诉《新京报》记者。

周淮阳是中国研究船“大洋一号”的首席科学家，也是“中国海洋发现计划”专家咨询委员会推荐的两名中国科学家之一。然而，在这次远航之前，由于国内工作的临时需要，周淮阳被任命为这次远航的陆上科学家，参加远航后的科学研究。他的博士生马强成为“决议”号上的两位中国专家之一，另一位是中国科学院研究员刘。

科学研究小组由来自12个国家的30名科学家组成，包括岩石专家和结构地质学家、地球化学家、地球物理学家等。该小组的共同负责人是伍兹霍尔海洋研究所的亨利·迪克博士和美国的麦克劳德。除了科学研究小组之外，“决议”号上还有88名其他人员，包括船员、钻井操作员、操作船上最先进科学实验室的支助小组以及一些教育和外联官员。

了解地球内部的结构和组成。

周淮阳说，作为国际海洋发现计划的成员，中国每次航行可以派出两名科学家。一般来说，国内科学家首先向“中国海洋发现计划”专家咨询委员会提交申请，然后由专家咨询委员会向“国际海洋发现计划”委员会推荐申请。由于科学研究船需要来自不同专业和方向的科学家的合作，推荐的标准不仅应取决于科学家的资格，还应考虑科学研究需要哪个专业领域的科学家。

麦克劳德高度赞扬了中国专家，并对周淮阳不能顺利登船表示遗憾。“他们(马强和刘)是中国海洋发现项目下一代科学家的杰出代表。我们也希望周教授能够亲自带领下一次在西南印度洋的钻探航行。”

在许多国家科学家的通力合作下，这个项目进展顺利。这种钻探的原理与石油钻探的原理大致相似，除了要获得岩心样品，并且岩心样品要在坚硬的岩石中钻探到1300米的深度。

麦克劳德说，“这次航行中最重要的项目是钻一个洞，到达地震边界的莫霍表面，进入地幔。在目前的钻井现场，边界位于海底以下5公里处，需要至少三次航行才能到达这个深度。据估计，这次我们可以钻到1300米的深度，留下一个可以在未来航行中反复进入和加深的洞，我们将继续沿着这个洞钻下去。”

麦克劳德口中的“莫霍面”是地壳和地幔之间的界面，以克罗地亚地震学家莫霍洛维奇的名字命名。在地质科学中，它一直是一个神秘的存在。科学家只能通过一些间接的手段、模拟实验和复杂的计算来推测它的物质组成。麦克劳德认为，通过钻探获得的核心将为我们提供对地球构造周期核心部分的新见解。

“事实上，除了矿藏、地震、火山和其他地质现象之外，就连地球表面的大气层也会受到地球内部物质及其结构的影响。莫霍面是这次的主要勘探点，以前只通过地震波探测知道，但是它的物质组成和结构仍然不清楚。我们希望能够获得莫霍面的岩石样本，以确认之前的一些相关推测是否正确。”周淮阳说道。

面临地下高温等诸多挑战

钻探地点位于“亚特兰蒂斯浅滩”，那里的洋流非常大，大多数海底沉积物被冲走。与平均厚度为40公里的大陆地壳相比，这里的地壳厚度只有5公里左右。此外，科学家已经在该地区成功地钻了两个深孔。新孔将与前两个孔形成一个剖面，以便进行火成岩、变质岩和构造的水平层序对比研究，并调查地球深部的活动。

周淮阳解释说，石头的形成过程就是地球的形成史。通过分析钻孔获得的岩石样品的内部和上下关系，研究岩石样品中矿物和元素的来源，以了解它们是如何形成和迁移的。

鉴于此，获取岩石样品是计划中的一项重要而困难的任务。在一个多月的时间里，“坚定的”将会一直在这个洞里钻孔。然而，这个过程将面临许多挑战，因为与太空相比，人类研究地球内部的手段非常有限。

最大的挑战来自于如何在坚硬的岩石中钻孔。周淮阳指出，钻场水深约700-800米。在这种情况下，钻入岩石非常困难，在钻孔的同时，应获得岩心，并采集样品。“我们希望每钻一米就能获得一米的岩心，即100%的取心率。虽然目前的取芯率在50%以上，但以后可能会下降。”

周淮阳还说，由于岩石的硬度，钻具和钻杆进展缓慢，通常为每小时1米。然而，钻井现场有许多断层和裂缝。当遇到裂缝时，钻头会沿着裂缝偏离，钻孔也会导致钻杆倾斜。

不仅如此，在钻井过程中还应考虑地热梯度的影响，即地下温度越高。周淮阳解释说，地温梯度一般比1千米/深的温度高33℃，在钻井过程中会产生摩擦热，因此这将是对钻具材料的一次重大考验。后期钻井的高温可能会使一些钻具无法站立，再加上物理磨损，钻井一段时间后需要更换钻具，更换过程相当麻烦，而且会耗费大量时间。

这相当于在冰上“钻孔”。

目前，科学家已经成功地获得了一些样本，并开始研究和分析。钻井的实时进度可以在“海洋发现计划”官方网站上看到。在引起网民广泛兴趣的同时，也引发了一些争议。一些网民担心在地球上钻孔会导致地震和火山活动。

"这表明我们在地球科学研究中的科普工作需要大大加强."周淮阳笑着解释说，这种钻探只相当于在厚厚的冰层表面“用大头针钻一个洞”。周淮阳说，地球表面许多自然形成的断层和裂缝比这次钻探要深得多，钻探不可能造成破坏性影响。

“例如，鸡蛋就像地球的结构一样，有三层结构。蛋壳、蛋白和蛋黄等同于外壳、外壳和核心。这次钻探的深度甚至还没有打破蛋壳。以目前的技术，仍然不可能进入蛋清。目前，人类没有这种能力。”周淮阳接着说道。

尽管随着钻井深度的不断增加，挑战也在增加。关于项目的前景，麦克劳德说，团队成员经验丰富，知道事情可能会出错，但他坚信最终目标会实现。“以前从来没有人能够在一次航行中在海底坚硬的岩石中钻得如此之深。”麦克劳德说。

■动力学

该工作人员生病，需要通过“决议”送往毛里求斯

2015年12月30日晚，由于船上一名工作人员生病，需要立即送往医院，海洋钻井船“决心”号从西南印度洋钻井区起航前往毛里求斯。

伍兹霍尔海洋研究所的亨利·迪克教授是这次航行的首席科学家，根据他的说法，尽管生病的工人没有生命危险，但船上的医生无法做出明确的诊断。为了确保安全，“决议”决定连夜起航，将患者送往毛里求斯的医院进行治疗。到达毛里求斯附近海域后，将安排直升机或船只接载患者，之后“确定”将返回目标钻井区域。如果一切顺利，这次往返旅行将需要五六天。据新华社报道

海底勘探的历史

●1910年

克罗地亚地震学家莫霍洛维奇发现，地壳和地幔之间有一个不连续的界面，即莫霍面。

* 1961年

科学家们第一次使用动态定位技术钻出了第一个科学钻孔，并在墨西哥海岸3558米深处钻出了五口深海油井。

●1964年

几个美国研究机构发起成立了“深海取样联合海洋组织”，并提出了“深海钻探计划”。

●1968年

深海钻探计划开始实施，并于1983年完成。“格洛丽亚挑战者”号已经完成了624个钻井站，实际钻井超过1000口。

●1970年

前苏联在科拉半岛进行了科学钻探，最深的达12262米。

* 1985年

随着前苏联、德国、法国、英国、日本等国家相继加入，深海钻探计划已升级为国际海洋钻探计划。

* 1998年

中国加入了海洋钻探计划，并作为184航次的领导者，于1999年成功实施了中国在南海的首次海洋钻探。

* 2003年

国际海洋钻探计划进入综合海洋钻探新阶段。钻井船的数量从一艘增加到两艘以上，钻井范围扩大到全球海域。

这一版是由北京新闻的记者王晓枫写的

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