比海底更深的地方

編譯 湯恒巖

很多人小時(shí)候都想過(guò)一個(gè)問(wèn)題，如果在地上打洞，一直挖下去，能不能挖到地球另一側(cè)？其實(shí)，不只是小朋友，科學(xué)家對(duì)鉆鑿地球這件事也很感興趣。

1909 年，地震學(xué)家莫霍洛維奇在研究歐洲某處的地震記錄時(shí)發(fā)現(xiàn)，地震縱波的參數(shù)在地表下50 千米深度處顯著改變。他認(rèn)為這是地質(zhì)結(jié)構(gòu)在此處急劇變化所致。后來(lái)人們證實(shí)，該突變面在全球普遍存在，并將其命名為“莫霍面”，界面以上的區(qū)域稱(chēng)為地殼，界面以下的區(qū)域稱(chēng)為地幔。

隨后幾十年間，關(guān)于莫霍面的結(jié)構(gòu)形態(tài)和物質(zhì)組成，再無(wú)革命性的研究發(fā)現(xiàn)。當(dāng)下，科學(xué)家已無(wú)法壓制對(duì)地底世界的好奇……

莫霍計(jì)劃：去海底把地殼鉆穿

1957 年，美國(guó)的地質(zhì)學(xué)家和海洋學(xué)家們?cè)跁?huì)議中提出了“打個(gè)洞，直抵莫霍面!”的想法。

會(huì)后，“莫霍計(jì)劃”正式啟動(dòng)策劃。考慮到大陸上地殼平均厚33 千米，而大洋地殼平均厚僅7 千米，策劃組織判斷，要想鉆穿地殼，到達(dá)地幔，就得在水下開(kāi)展。

對(duì)于“莫霍計(jì)劃”，有科學(xué)評(píng)論家半帶挖苦地寫(xiě)道：“在陽(yáng)光明媚的陽(yáng)臺(tái)舉行的早餐會(huì)上，這個(gè)項(xiàng)目聽(tīng)起來(lái)既簡(jiǎn)單又合理。”

如今我們已經(jīng)知道，雖然只是打洞，但鉆穿地殼這件事沒(méi)那么簡(jiǎn)單，莫霍計(jì)劃打一開(kāi)始就難題不斷。

如何把鉆頭送到幾千米深的海底？

如何在水中錨定鉆頭，不讓它隨波逐流？

如何抽出巖芯？

面對(duì)重重困難，科學(xué)家決定先定個(gè)小目標(biāo)——在海底戳幾個(gè)淺洞，找找感覺(jué)。他們改裝了一艘鉆探船，于1961 年在太平洋西海岸靠近墨西哥的海域鉆了5 口深度不超過(guò)200 米的井。該船返回時(shí)，時(shí)任美國(guó)總統(tǒng)肯尼迪致電祝賀，稱(chēng)之為科學(xué)史上“歷史性里程碑”。

遺憾的是，這幾口淺洞幾乎是“莫霍計(jì)劃”的全部直接成果。莫霍計(jì)劃的預(yù)算不斷增加，取得的成果卻寥寥無(wú)幾，讓人感覺(jué)很沒(méi)盼頭。畢竟，在20 世紀(jì)60 年代那會(huì)兒，美國(guó)還有非常重要的航天事業(yè)要發(fā)展。1966 年，美國(guó)國(guó)會(huì)砍掉了撥款，莫霍計(jì)劃擱淺。

無(wú)心插柳，莫霍計(jì)劃啟發(fā)大洋鉆探

莫霍計(jì)劃的初衷是鉆穿地殼，雖然這個(gè)目標(biāo)沒(méi)實(shí)現(xiàn)，但科學(xué)家通過(guò)這個(gè)項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)，在海底鉆鑿采集地質(zhì)數(shù)據(jù)和樣品，無(wú)疑是一種新穎又直接的“窺探”地球的手段。

1968 年，美國(guó)四大海洋所共同提出“深海鉆探計(jì)劃”，這也開(kāi)啟了已延續(xù)數(shù)十年的、地球科學(xué)歷史上規(guī)模最大的國(guó)際合作計(jì)劃。迄今，該計(jì)劃經(jīng)歷深海鉆探計(jì)劃、大洋鉆探計(jì)劃、綜合大洋鉆探計(jì)劃、國(guó)際大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃的多次更名、擴(kuò)建、重構(gòu)，已取得豐碩科研成果。

地中海曾是個(gè)“曬鹽場(chǎng)”

1971 年 和1975 年，鉆探船兩次進(jìn)入地中海，從海底以下取出巖芯。科學(xué)家驚訝地發(fā)現(xiàn)，在形成于約600萬(wàn)年前的巖層中，竟然有石膏和巖鹽。這些礦物需由海水或鹽湖里的鹵水經(jīng)強(qiáng)烈蒸發(fā)形成，怎么會(huì)出現(xiàn)在深海海底以下呢？科學(xué)家推測(cè)，600 萬(wàn)年前的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使地中海和大西洋的通道被切斷，導(dǎo)致地中海水位越來(lái)越低，最后變成了“曬鹽場(chǎng)”，堆積起了巖鹽、石膏等蒸發(fā)巖。

海底巖層中生機(jī)盎然

20 世紀(jì)90 年代，鉆探船在太平洋底下的深部巖層中發(fā)現(xiàn)了微生物，有的沉積物中每立方厘米甚至有1000 多萬(wàn)個(gè)活細(xì)菌。科學(xué)家將這些生活在海底下部巖石里的微生物群稱(chēng)作“深部生物圈”，這是地球上微生物最大的儲(chǔ)庫(kù)，生活在地球深處的微生物可以享有遠(yuǎn)超“萬(wàn)歲”的高壽。

恐龍滅絕的原因很可能是行星撞地球

中生代地球上橫行一時(shí)的恐龍，在距今6500 萬(wàn)年前消失。恐龍滅絕，誰(shuí)是罪魁禍?zhǔn)祝康刭|(zhì)界有兩種解釋?zhuān)夯鹕交顒?dòng)和小行星撞擊。結(jié)果是大洋鉆探給出了答案：一顆直徑10 千米的小行星撞上墨西哥灣，砸出了直徑180千米的隕石坑。

1997 年，鉆探船從水深2600 米的海底取得了這次撞擊事件的證據(jù)：富含化石的軟泥上，突然出現(xiàn)一個(gè)10 多厘米厚的暗綠色層，其中含有大量硅質(zhì)球粒和巖石碎屑。經(jīng)分析，這些物質(zhì)來(lái)自撞擊地球的小行星和炸裂的撞擊坑，它們生動(dòng)地記錄著這場(chǎng)曠世悲劇的慘烈情景。

溫暖的“北冰洋”

600 萬(wàn)年前，地中海可能曾像富集大量鹽分的青海茶卡鹽湖一樣，是天然曬鹽場(chǎng)

一種產(chǎn)甲烷菌，發(fā)現(xiàn)于太平洋日本沿海底部以下2 千米處

一顆直徑10 千米的小行星撞上了墨西哥灣，致恐龍滅絕

2004 年夏，三艘破冰船在北冰洋執(zhí)行大洋鉆探任務(wù)：一艘鉆鑿，兩艘破浮冰（以保證鉆探船的穩(wěn)定）。這場(chǎng)“冰上大戰(zhàn)”十分艱苦，卻換來(lái)了巨大發(fā)現(xiàn)：5000 萬(wàn)年前，北冰洋居然是個(gè)溫暖的“湖泊”！

這次大洋鉆探取得的巖芯中有大量的真蕨植物“滿(mǎn)江紅”的孢子。這是一種小型浮水植物，幼時(shí)呈綠色，也叫“綠萍”，常在水面上長(zhǎng)成一片，到秋冬季節(jié)呈現(xiàn)一片紅色，所以叫作“滿(mǎn)江紅”，現(xiàn)在廣泛分布于江南的水池和稻田里。5000 萬(wàn)年前，這些植物居然漂浮在北極的水面上，這表明當(dāng)時(shí)的北極具有亞熱帶氣候。這個(gè)“北極湖”的生產(chǎn)力極高，沉積了豐富的有機(jī)碳，因此可以說(shuō)，北冰洋底具有重大石油前景。

半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，大洋鉆探船成了海洋科學(xué)的“航母”，接二連三的重大發(fā)現(xiàn)成了20 世紀(jì)地球科學(xué)研究成果的關(guān)鍵組成部分，其研究過(guò)程中也不乏我國(guó)科學(xué)家的身影。

1998 年，我國(guó)加入大洋鉆探計(jì)劃，當(dāng)時(shí)提出的鉆探建議書(shū)在全球競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。1999 年春，在我國(guó)的設(shè)計(jì)和主持下，科學(xué)家實(shí)施了南海大洋鉆探184 航次，取得了南海3000 多萬(wàn)年來(lái)的沉積記錄，這是當(dāng)時(shí)西太平洋海區(qū)的最佳長(zhǎng)期沉積記錄，科學(xué)家由此發(fā)現(xiàn)了氣候演變的長(zhǎng)周期。這一發(fā)現(xiàn)為探索氣候變化打開(kāi)了新途徑，也使我國(guó)的深海基礎(chǔ)研究躋身世界前列。二十多年來(lái)，我國(guó)在南海開(kāi)辟了17 個(gè)鉆探站位，為人類(lèi)認(rèn)識(shí)南海深部做出了不可估量的貢獻(xiàn)。

真蕨植物“滿(mǎn)江紅”曾漂浮在北冰洋的水面上