制圖 | 俠客君

　　2024年10月8日，發(fā)表在《地質(zhì)學(xué)》期刊上的一項(xiàng)研究指出，科學(xué)家利用先進(jìn)的地震全波形反演技術(shù)，在大西洋赤道區(qū)域發(fā)現(xiàn)了一處形成于7000萬(wàn)年前的異常薄的海洋地殼，僅為4±0.2千米，遠(yuǎn)低于全球平均值，甚至比之前利用傳統(tǒng)地震層析成像技術(shù)估算的結(jié)果還要薄30%。

　　這一發(fā)現(xiàn)不僅刷新了我們對(duì)地殼厚度的傳統(tǒng)認(rèn)知，還為地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究提供了新的窗口。

　　01

　　地殼最薄的地方

　　地質(zhì)學(xué)家一直在努力尋找地殼最薄的地方，并試圖通過(guò)深部鉆探穿透地殼、直達(dá)地幔。可是，地殼最薄的地方究竟在哪里呢？

　　我們都知道，地球分為地殼、地幔和地核三大層圈，其中，地殼是固體地球的表層部分，體積僅為地球體積的0.5%，它在地球上呈連續(xù)分布，但厚薄不等，其中大陸地區(qū)的平均厚度為35千米，大洋地區(qū)為5-10千米。事實(shí)上，地殼在地球的不同區(qū)域的差異十分顯著，例如，中國(guó)青藏高原的地殼厚達(dá)60-80千米，而太平洋地區(qū)僅為4-7千米而已。

　　地球結(jié)構(gòu)示意圖

　　圖源：視覺(jué)中國(guó)

　　以前人們通常認(rèn)為，太平洋西部的馬里亞納海溝是地球上地殼最薄的地方，但事實(shí)并非如此。科學(xué)家通過(guò)對(duì)地球引力波動(dòng)的測(cè)量發(fā)現(xiàn)，距離南美洲圭亞那1600千米的大西洋底部，有一條從北往南的裂縫，地殼厚度僅為1.5千米，被認(rèn)為是地殼最薄的地方。

　　在這里，地球的兩個(gè)板塊相互分離，地幔中的高溫物質(zhì)沿著中脊上涌，部分熔融形成巖漿，冷卻后形成新的洋殼。這個(gè)過(guò)程就像是在地殼上拉開(kāi)了一條“裂縫”，使得中脊區(qū)域的地殼厚度遠(yuǎn)低于周?chē)貐^(qū)。這是地球上地殼最薄的地方之一，也是海底擴(kuò)張最為活躍的區(qū)域之一。

　　地質(zhì)學(xué)家此次在大西洋赤道區(qū)域發(fā)現(xiàn)的一處異常薄的海洋地殼，也位于大西洋中脊。經(jīng)推測(cè)，這種超薄地殼的形成可能與該區(qū)域的地幔溫度較低有關(guān)。

　　由于地殼的形成與巖漿活動(dòng)、板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等地質(zhì)過(guò)程密切相關(guān)，而地幔是地球內(nèi)部的一個(gè)巨大熱源，其溫度的高低直接影響著地殼的形成和演化。在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)超薄地殼所在區(qū)域的地幔溫度比先前估計(jì)的要低至少50℃，導(dǎo)致巖漿活動(dòng)不劇烈，從而形成了較薄的地殼。

　　此外，研究還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)厚度為1±0.5千米的莫霍面過(guò)渡帶。莫霍面是地殼和地幔的分界面，而莫霍面過(guò)渡帶則代表了地殼和地幔之間的物質(zhì)和結(jié)構(gòu)的過(guò)渡區(qū)域。

　　圖1(A)大西洋洋中脊的測(cè)深圖，描繪了標(biāo)記的斷裂帶（FZ）和部署的海底地震儀(OBS); (B) A圖黑框中的測(cè)深圖放大圖

　　圖源：地刊速覽公眾號(hào)

　　超薄地殼的發(fā)現(xiàn)具有重要的科學(xué)意義。首先，它們是研究地殼形成和演化的天然實(shí)驗(yàn)室。在這些區(qū)域，地殼的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組成往往更為簡(jiǎn)單和原始，地質(zhì)學(xué)家通過(guò)對(duì)比分析超薄地殼與正常厚度地殼的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組成，可以更深入地了解地殼增生、巖漿活動(dòng)以及板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等地球動(dòng)力學(xué)過(guò)程。

　　其次，地殼最薄處也是研究地球內(nèi)部熱量傳輸和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)鍵區(qū)域。地殼作為地球內(nèi)部的熱屏障，其厚度和物質(zhì)組成對(duì)熱量的傳輸效率具有顯著影響。超薄地殼的存在可能意味著該區(qū)域的熱量傳輸機(jī)制更為高效，從而影響地球內(nèi)部的熱平衡狀態(tài)。

　　02

　　人類(lèi)能否鉆透地殼

　　既然地殼之薄超乎人們想象，那能否通過(guò)鉆探穿透地殼呢？近幾十年來(lái)，許多國(guó)家都開(kāi)展了深部鉆探計(jì)劃，努力實(shí)現(xiàn)這個(gè)充滿(mǎn)挑戰(zhàn)的偉大夢(mèng)想。

　　20世紀(jì)60年代，美國(guó)開(kāi)展了一項(xiàng)大規(guī)模的鉆探計(jì)劃，在海底選定某些地點(diǎn)向下鉆探，期望穿透地殼，直達(dá)地幔。該計(jì)劃以地球物理學(xué)家莫霍洛維奇的名字命名，稱(chēng)為“莫霍計(jì)劃”。

　　莫霍計(jì)劃

　　1961年，莫霍計(jì)劃開(kāi)始實(shí)施，在墨西哥灣西海岸成功完成5個(gè)鉆孔，在3558ｍ的深水區(qū)鉆透170米深的洋底沉積物，獲取了13米厚的玄武巖，但距離鉆透地殼還相差甚遠(yuǎn)。最后，這項(xiàng)計(jì)劃在管理上出現(xiàn)了很多問(wèn)題，雖然投入了巨額資金卻還是于1966年宣告失敗。

　　1970年，蘇聯(lián)在位于北極圈深處的科拉半島上開(kāi)啟了雄心勃勃的深鉆計(jì)劃，19年后達(dá)到它的最大井深——12262米，創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。盡管如此，該深度還不足地球半徑的1/500，如果把地球比作一個(gè)雞蛋，它連雞蛋殼還沒(méi)鉆破。

　　科拉超深井

　　圖源網(wǎng)絡(luò)

　　2008年，新聞媒體報(bào)道，日本的“地球”號(hào)深海探測(cè)船項(xiàng)目首次嘗試鉆入地幔層，該項(xiàng)目計(jì)劃在東京以南的一處水深2500米的海洋進(jìn)行鉆探，進(jìn)而從海底向下鉆入7000米深處，進(jìn)行探測(cè)、鉆孔、取樣和安裝地震監(jiān)控儀器，整項(xiàng)計(jì)劃預(yù)計(jì)到2012年完成。

　　然而，科學(xué)家對(duì)鉆透地殼的計(jì)劃過(guò)于樂(lè)觀了。據(jù)日本媒體報(bào)道，截至2024年9月21日，“地球”號(hào)深海探測(cè)船在日本海溝水深6897.5米處向下鉆探980米，自海面探測(cè)深度達(dá)7877.5米，刷新該船此前保持的深海科學(xué)鉆探紀(jì)錄，但這個(gè)結(jié)果仍未達(dá)到鉆入地幔層的目的。

　　此后，世界各國(guó)相繼啟動(dòng)了深海鉆探計(jì)劃、國(guó)際大陸科學(xué)鉆探計(jì)劃、深地鉆探計(jì)劃等。甚至還有科學(xué)家提出了更為大膽的設(shè)想，如美國(guó)加州理工學(xué)院的一位行星學(xué)家曾提出，通過(guò)某種途徑打開(kāi)一個(gè)地殼裂縫（不排除采用核武方式），將一個(gè)柚子大小的探針與幾十萬(wàn)噸重的溶化的鐵水一起注入裂縫，使其慢慢沉入地核，從而實(shí)現(xiàn)地心探測(cè)的目的。

　　很顯然，這個(gè)設(shè)想如同科幻電影中的場(chǎng)景，不僅需要巨額投資，而且操作起來(lái)難度極大，有些不切實(shí)際。

　　03

　　向地球深部進(jìn)軍

　　超深鉆一直是世界難題。隨著鉆探的深度不斷增加，施工難度越來(lái)越大，成本也越來(lái)越高。首先，面臨著溫度的考驗(yàn)。從地表向下，平均每深入100米，溫度大約會(huì)上升3℃，如果鉆到10千米深度，溫度將高達(dá)300℃以上。這意味著，無(wú)論是鉆頭還是鉆桿都要面臨極大的考驗(yàn)。

　　其次，在鉆探過(guò)程中還經(jīng)常遇到鉆進(jìn)方向傾斜或彎曲、因孔壁不穩(wěn)定而發(fā)生坍塌等諸多科技難題。所以有專(zhuān)家直言不諱地說(shuō)：“表面上看是打一口井，實(shí)際上卻是在考驗(yàn)一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、基礎(chǔ)工業(yè)實(shí)力和整個(gè)科技的發(fā)展水平。”

　　2023年5月30日，位于新疆塔克拉瑪干沙漠腹地的深地塔科1井開(kāi)鉆。盡管深井鉆探面臨著高溫高壓等重重困難，但技術(shù)人員憑借精湛的專(zhuān)業(yè)能力和驚人的毅力朝著萬(wàn)米深度挺進(jìn)，終于在2024年3月4日突破10000米，使其成為世界陸上第二口、亞洲第一口垂直深度超萬(wàn)米的井。這不僅為今后的深地鉆探提供核心技術(shù)和裝備儲(chǔ)備，也證明了我國(guó)深地探測(cè)系列技術(shù)已跨入世界前列。

　　深地塔科1井

　　圖源 | 網(wǎng)絡(luò)

　　2023年12月18日，我國(guó)首艘大洋鉆探船“夢(mèng)想”號(hào)首次亮相。這艘鉆探船具備全球海域無(wú)限航區(qū)作業(yè)能力和海域11000米的鉆探能力，承載著全球科學(xué)家“打穿莫霍面、進(jìn)入上地幔”的夢(mèng)想，未來(lái)有望率先打開(kāi)“地心之門(mén)”。

　　我國(guó)首艘大洋鉆探船“夢(mèng)想”號(hào)

　　圖源 | 網(wǎng)絡(luò)

　　鉆探就像外科醫(yī)生的“手術(shù)刀”，深入地球取出某些“組織”供科學(xué)家化驗(yàn)。雖然現(xiàn)在的地質(zhì)學(xué)家可以利用地震波對(duì)地球進(jìn)行“CT掃描”并推斷地層深部結(jié)構(gòu)，但相比之下，鉆探更直接、更準(zhǔn)確。我們相信，未來(lái)的鉆探技術(shù)一定能夠突破重重困難，帶我們目睹地殼之下的秘密。

　　本文創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)

　　撰文 | 馬志飛

　　編輯 | 李馨宇

　　封面設(shè)計(jì) | 俠客君

　　審稿 | 李忠東

　　部分圖源| 愛(ài)給網(wǎng) 豆包AI