[科普中國]-鉆穿莫霍面直達(dá)地幔比登月還難？

我們還未出生，人類就已踏上月球。而踏上月球的那些人陸續(xù)離開人世后，人類卻還沒有觸摸到地球的莫霍面。

不僅要問，在我們有生之年，能看到鉆穿莫霍面，抓一把地幔物質(zhì)的那一天嗎？

答案是：能。

還有多久？快了。

鉆到莫霍面有多難？

史料記載，中國漢朝時(shí)就開始鉆井了，晃眼兩千多年過去了，人類鉆的最深井也就12公里多一點(diǎn)點(diǎn)。而地球平均半徑6371公里，這就是說，自打人類學(xué)會(huì)往下打洞以來，我們只向地心前進(jìn)了0.19%。

為什么這么難？以前蘇聯(lián)鉆探的科拉超深鉆孔為例，當(dāng)他們成功進(jìn)入深度10公里的巖層后，鉆頭和鉆桿的自重就已超過200噸，而中國新一代主戰(zhàn)坦克99式改型50噸左右，也就是說，鉆到10公里深時(shí)，就相當(dāng)于是操縱4輛坦克的重量去鉆井。

另外一個(gè)難點(diǎn)是，1米長的鋼管要有多堅(jiān)硬就能多堅(jiān)硬，但十幾公里長的鋼管，它其實(shí)軟得就像一根繩子，你就是把其彎曲成一個(gè)“8”字，那也是一點(diǎn)問題沒有。

雖然這么難，但我們還是要去做，因?yàn)檫@是人類之所以稱為人類的原因之一：向未知進(jìn)發(fā)！

一個(gè)玩笑引發(fā)的宏大計(jì)劃

也許是二戰(zhàn)剛結(jié)束，美國人民意識(shí)到科技才是決定戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)的重要原因之一。所以，上世紀(jì)50年代，美國大把大把的資金不斷涌進(jìn)科研部門，物理學(xué)家們笑開了花，他們得以用億萬美金建立起先進(jìn)的加速器，可謂是美滋滋。而地質(zhì)學(xué)家們面對(duì)金山卻只能嘆氣，原因是他們提不出像樣的、夠氣魄的科研項(xiàng)目。

根據(jù)國際著名地質(zhì)學(xué)家許靖華教授的回憶，美國地質(zhì)學(xué)家赫斯在1957年伙同他人提出一批項(xiàng)目，但都因?yàn)椴粔驓馄菓K遭淘汰。作為一個(gè)地質(zhì)學(xué)家，赫斯很苦惱，難道我們地質(zhì)學(xué)家就提不出一個(gè)有價(jià)值的項(xiàng)目嗎？！

恰逢那時(shí)，科學(xué)家們對(duì)地球莫霍面以下的地幔知之甚少，他們不知道地幔到底是何種巖石構(gòu)成。有的說是榴輝巖，有的說是橄欖巖，還有的說是某某巖，大家爭(zhēng)論不休，誰也不服誰。

還是在1957年，赫斯和海洋研究所的芒克拉家常，兩人都對(duì)地學(xué)界提不出像樣的項(xiàng)目深感失望。忽然，芒克半開玩笑地說，何不如打一個(gè)深孔直達(dá)地幔，看看莫霍面以下到底是什么巖石。

這是一個(gè)異想天開的想法，但赫斯卻眼睛一亮：沒有比這更高大上的項(xiàng)目了。

于是，赫斯向“美國多學(xué)科研究會(huì)”作報(bào)告，闡述打到地幔的想法。眾人一聽，一拍即合，并將這個(gè)計(jì)劃命名為“莫霍孔”計(jì)劃，開始向美國自然科學(xué)基金正式奉上建議書，準(zhǔn)備申請(qǐng)資金。

“莫霍孔”計(jì)劃雄偉壯闊，很多人都知道它的難度所在。也許，美國政府壓根不會(huì)批準(zhǔn)這個(gè)計(jì)劃并為其撥款，但在一次國際學(xué)術(shù)會(huì)議上，蘇聯(lián)代表暗示，他們也有類似的“莫霍孔”計(jì)劃，這是真的。

這下可刺激到美國政府的神經(jīng)，他們決定在地下與蘇聯(lián)老對(duì)手一見高下，于是火速批準(zhǔn)了該計(jì)劃。

大把的錢有了，剩下的只是怎么鉆的問題。

地殼下面才是莫霍面，莫霍面以下才是地幔。而大陸地殼平均厚度就有33公里，從陸地鉆井的難度可想而知，幾乎不可能，除非從外星人那里偷來某種技術(shù)。幸運(yùn)的是，海洋地殼的平均厚度只有10公里，在一些特殊地方，海底的地殼才有5公里厚，有的地方，比如西南印度洋脊甚至只有3公里厚。

所以，“莫霍孔”就是到深海，去找那些薄地殼的海域，然后開始鉆。他們鉆了很多孔，其中一個(gè)是在1961年4月鉆的，鉆具伸入3558米深的海水，并鉆透了170米的沉積物，取上來13米長的玄武巖。取得這個(gè)成功并返回時(shí)，美國總統(tǒng)肯尼迪致電祝賀，并稱這是科學(xué)史上“歷史上的里程碑”。

然而，“莫霍孔”計(jì)劃持續(xù)了數(shù)年，花錢逐年遞增，而取得的成就卻寥寥。于是，反對(duì)的聲音逐漸多起來。有地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為，地幔物質(zhì)雖然在地殼以下，但由于地質(zhì)運(yùn)動(dòng)，地幔物質(zhì)難免會(huì)跑到地殼之上，只要找到，取來就是了，何必花費(fèi)億萬美元去干這事？

而對(duì)于把鉆頭伸進(jìn)4000多米深的海水，然后再往下鉆5000多米這個(gè)宏大的計(jì)劃，比爾·布萊森在他所著的書中，引用了一位海洋學(xué)家的話，“這就像從帝國大廈頂上用一根意大利式面條在紐約的人行道道上鉆個(gè)孔”。

最終，由于政治等各種原因，1966年8月18日，在耗費(fèi)數(shù)千萬美元之后，美國眾議院以投票的方式終結(jié)了“莫霍孔”計(jì)劃。為什么是政治原因而不是花錢多的原因？因?yàn)楦⒉_計(jì)劃比起來，莫霍孔計(jì)劃花的錢不到登月計(jì)劃的一個(gè)零頭。

前赴后繼

“莫霍孔”計(jì)劃被中止后，科學(xué)家們對(duì)大洋地殼下的世界依然著迷，他們還有著大把的問題未得到解決，還有很多學(xué)說需要去驗(yàn)證。于是又有了后來的“深海鉆探計(jì)劃”。

這是一個(gè)從1966年持續(xù)到1983年的海洋鉆探計(jì)劃，他們的目的不再是可望不可即的鉆穿莫霍面，而是在世界大洋打大量不太深的鉆井，采集沉積巖心，取得洋底地殼上層的資料。

負(fù)責(zé)完成這次計(jì)劃的鉆探船名叫“格羅瑪·挑戰(zhàn)者號(hào)”，1983年11月，挑戰(zhàn)者號(hào)退役，接替它的是更先進(jìn)的“喬迪斯·決心號(hào)”，而“深海鉆探計(jì)劃”也隨之改稱為“大洋鉆探計(jì)劃”。

“大洋鉆探計(jì)劃”從1983年持續(xù)到2003年。

2003年后，“大洋鉆探計(jì)劃”被“綜合大洋鉆探計(jì)劃”接替，一直持續(xù)到2013年。2004年，中國加入了“綜合大洋鉆探計(jì)劃”，每年的會(huì)員費(fèi)100萬美元。

該計(jì)劃結(jié)束后，另一個(gè)10年期計(jì)劃啟動(dòng)，這就是從2013年持續(xù)到2023年的“國際海洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃”，簡稱IODP，同樣，中國也是其成員之一，每年的會(huì)員費(fèi)300萬美元。

IODP每年都會(huì)在大洋上打很多井，而每個(gè)井的研究目標(biāo)大都不一樣。在第360航次中，也就是IODP之“SloMo”計(jì)劃中，他們的目標(biāo)是致力于在人類歷史上首次鉆穿殼幔邊界，而SloMo在2015年11月30日至2016年1月30日的初期目標(biāo)是先在西南印度洋脊打一個(gè)1300米深的井，為將來徹底打穿3000米厚的海底地殼，鉆穿莫霍面做準(zhǔn)備。

鉆穿莫霍面目前還沒有實(shí)現(xiàn)，但隨著技術(shù)的進(jìn)步，以及多國的聯(lián)合，相信總有一天，人類終將直接摸到地幔物質(zhì)。而未來如果這一天真的來了，那么它絕非我們想象的那樣只有象征意義，可以預(yù)見，一些懸而未決的關(guān)于地球的問題將得到解答。

鉆探計(jì)劃之第342航次中的巖石取樣。 喬迪斯·決心號(hào) 挑戰(zhàn)者號(hào)上用過的鉆頭，圖片來自Vassil 格羅瑪·挑戰(zhàn)者號(hào) 正在上課的赫斯教授。