探险家小队从冰岛的火山口进入,一直向下,抵达了地球深处。与电影不同的是,即将“上演”的现实版《地心游记》不是真正抵达地心,而是打超深钻井,钻穿地壳,直接“触摸”地壳与地幔的边界。
在斯里兰卡科伦坡港口,美国、英国、中国等12个国家的30名科学家已登上美国“决心”号钻探船,准备开展打穿地球壳幔边界的第一次大洋钻探。如果一切顺利,这将是人类历史上首次直接抵达地壳与地幔的边界进行采样,以检验“在慢速、超慢速扩张脊下方的莫霍面代表了地幔的蚀变边界”的假说。
同济大学海洋地质国家重点实验室教授周怀阳告诉科技日报记者,即将开始的是“SloMo”计划的第一个航次。“SloMo”是“慢速扩张脊下地壳和莫霍面的性质”缩写。经中国大洋钻探委员会推荐,周怀阳和学生参加了这一计划。
地壳和地幔,类似于蛋壳和蛋清,其间为莫霍面,以地震学家莫霍洛维奇命名。地震的纵波和横波,一经过莫霍面就明显变化。
有种理论认为:在慢速扩张的洋脊下方,海水渗入到地幔,与橄榄岩反应,降低了地震波速,让人们错以为下面是辉长岩——莫霍面可能是蚀变和未蚀变的橄榄岩的分界,而不是壳幔边界。
为检验上述假说,未来两个月,科学家将乘坐“决心”号前往南纬32度、东经57度附近的西南印度洋中脊海域,钻一个1300米深的钻孔。接着,日本“地球”号,将把这一钻孔加深至3000米,最终打穿壳幔边界。
周怀阳说,以前这类领域的研究,主要是通过地震波给地球做“CT”,或者在陆地进行野外地质考察。而在海洋地壳上钻孔,可获取从地表到地幔的原位观测数据,能获取很多直观信息,有助于了解地壳的结构和演化以及地震。
“生鲜”的地幔样品,比月球上的石头还难获得。科学家此次前往钻探的地点有一个非常浪漫的名字——“亚特兰蒂斯浅滩”。周怀阳说,大洋深处是地球上最容易向地幔进军的地区,因为地壳层相对较薄,方便尽快抵达地幔层。
科学家曾在亚特兰蒂斯浅滩成功打过两个深钻孔,都获得了很长的辉长岩剖面。在即将进行的第360航次中,“决心”号将在浅滩北部边缘新钻一个1300米的孔。
新孔将与以前的两个孔组成一个断面,以便今后开展横向的火成岩、变质岩与构造的层序对比研究,检验洋壳的磁性条带异常特征,并调查地球深部的生命活动。之前对于地球内部样品的获取和分析只能依靠间接的途径,如火山爆发时喷出的岩浆等等。
“难度很大,这次还不一定能打穿地壳。”周怀阳说,这项工作既困难又费钱,因为钻头必须沉入茫茫大洋,打穿几公里厚的海床地层,克服几百摄氏度的高温,而且一旦抵达地幔层附近,钻头部位将“压力山大”。此外高温对钻头和测量传感器都是一大挑战。
1960年代的“莫霍面计划”曾试图钻探地幔,但因组织不力、缺乏资金和技术储备而失败。
“国际大洋发现计划”及其前身“大洋钻探计划”始于1968年,是20世纪规模最大、历时最久的大型国际合作计划,改变了地球科学的发展轨迹。1998年,我国作为“参与成员”加入该计划,通过竞争,赢得了1999年春在南海实施首次大洋钻探的机会,并由中科院院士、同济大学海洋与地球科学学院汪品先教授担任首席科学家。
从2014年起,我国正式成为“新十年国际大洋发现计划”的“全额成员”,并在该计划科学咨询机构所有工作组享有代表权、在每个航次拥有两个航行科学家的名额,这将显著提高我国在大洋钻探领域的水平,有利于我国的深海资源勘探、深海科技和海洋强国战略。
“决心号”有世界上最大的升降补偿装置,有1400平方米、七层的实验室,能同时进行沉积学、岩石学、古生物学、地球化学和地球物理学研究。
汪品先曾在接受媒体采访时说,随着钻探水平提高,地球科学正进入新阶段——将地球表层与地球深部结合起来研究“行星循环”。
(科技日报北京12月4日电)