中国教育和科研计算机网 中国教育 高校科技 教育信息化 下一代互联网 CERNET 返回首页
汪品先院士:人类何时才能钻穿地壳
2007-10-08 SRC-103 汪品先

  日前,国内多家媒体以《日本探测船钻地幔,深入地底7000米》为题报道说,日本探测船“地球”号9月21日起在东京以南太平洋某处钻探,从海底向下钻入7000米深的地心,这是人类首次尝试钻入地幔层。

  汪品先 同济大学教授,中国科学院院士。从事古海洋学和微体古生物学研究,曾于1999年在南海主持实施了中国海首次大洋钻探,2000~2005年担任“973”计划深海项目首席科学家,现任中国大洋钻探学术委员会副主任。

  9月21日,日本大洋钻探船“地球”号正式开始科学钻探,执行“综合大洋钻探计划”(IODP)第314航次。当天,国内一些媒体纷纷报道,说日本船“从海底向下钻入7000米深的地心,这是人类首次尝试钻入地幔层”。

  这则消息如果属实,确实振奋人心;但可惜这是一则错误连篇、误导读者的报道。这一方面反映了社会各界对探索海底深处的浓厚兴趣,另一方面也暴露出我们的科学报道是何等的缺乏严肃性,而以误传误的过程又是何等的一往无前。

  打穿地壳的计划至少10年内不可能提上日程

  人类接触的高山深渊,其实都属于地壳。相对于6000多公里的地球半径来说,地壳只是表面的一薄层,论厚度其比例远比不上鸡蛋壳或者西瓜皮。

  地球科学界梦寐以求的理想是打穿地壳,钻进地幔,揭示地球内部奥秘。但人类“入地”的本事远不如“上天”,大陆上地壳平均厚33公里,大洋地壳平均厚7公里,可是至今陆上最深的钻井也只到12公里。地壳在高山底下最厚,深海底下最薄,想要打穿地壳当然选择深海。1961年,美国曾决心在东太平洋3000多米的海底打穿地壳,但是技术难度和惊人的耗费迫使他们“浅尝辄止”。此后几十年,人类一共在大洋基岩中打过4个超过千米的深井,井深最大达到1800米,离7000米的地壳厚度还远得很。

  真要打穿地壳,在150°C~200°C的高温下钻进,现在的设备都不适用,一系列高难度的技术问题仍有待解决。专家估计,打穿地壳的实施计划至少10年以内不可能提上日程。

  实际上,“地球”号9月21日开始的航次既不是“钻入7000米深的地心”(“地心”也绝不只7000米深),也不可能“钻入地幔层”;而是钻探日本岸外海底的震源带。

  日本是个地震灾害严重的国家,震源主要来自太平洋的俯冲带。要理解地震如何发生、对地震作预报,必须研究引发地震的源头,监测太平洋板块在海底向下俯冲的运动。上月IODP第314航次起航,就是在日本以南的太平洋,即菲律宾海北端打钻。尽管不是“打穿地壳”,航次的目标也极其雄伟,是要打穿发震带、揭示地震的奥秘。这是一项多年计划,分4个阶段完成:第一、二、三阶段依次打到1000米、3000米和5000~6000米,第四阶段在井底安置地震监测仪。这次的314航次只是第一阶段的第一步。

  打穿发震带,在地球科学历史上是破天荒第一次,实现此项科学壮举的基础是日本的“地球”号钻探船。“地球”号排水57000吨,是当今世界上最先进的深海科学钻探船,更为重要的是这是一条立管钻探船,使用泥浆循环,因而能维持长期的深井钻探。日本投资五六亿美元建造此船,目的之一就是在将来技术条件成熟时钻穿地壳。

  从“深海钻探计划”到“综合大洋钻探计划”

  深海科学钻探,始于上世纪60年代。1968年,美国万吨船“格罗玛·挑战者”号开始在墨西哥湾钻探,揭开了“深海钻探计划”(DSDP)的序幕,并很快发展为地球科学空前规模的国际合作计划。DSDP在15年(1968~1983年)里证实了洋底扩张的假说,确立起全球构造运动的“板块理论”;揭示了地球轨道周期造成的冰期旋回,建立了古海洋学新学科。其接连的科学突破,改变了整个地球科学发展的轨迹。

  1985年开始的“大洋钻探计划”(ODP)是更大规模的国际合作,美国17000吨的“JOIDES”号钻探船设备更为先进。ODP18年(1985~2003年)的探索,从大洋中脊的热液区到洋底巨型火成岩区,从天然气水合物到深部生物圈,从小行星撞击事件的追踪到深海地球物理检测站的建立,始终引领着地球科学的前沿。

  2003年开始的IODP规模更大,由美国和日本各出大型钻探船共同执行,日本的“地球”号正是为此而造,除此之外还有欧盟的船只投入。这项新的国际深海合作计划目标更高,将要探索“洋底下的海洋”、“极端气候”、“发震带”等重大新领域,甚至包括21世纪打穿地壳等目标。IODP的头三四年具有筹备性质,但取得的成果已十分辉煌。比如2004年IODP第302航次,由欧盟提供3条破冰船钻探北冰洋,发现5000万年前的北冰洋暖若亚热带一度是个淡水湖泊,沉积了极其丰富的有机碳,具有重大石油前景。说不定正是这项发现,促使俄罗斯到北冰洋海底下潜插旗。

  中国积极参与大洋钻探

  深海大洋的科学钻探固然是地球科学的前沿,但由于要求大额投入和尖端技术,非发达国家难以问津。

  “深海钻探计划”开始时正值中国“文革”浩劫,一切无从谈起;“大洋钻探计划”起步时,我们也缺乏加入这“富国俱乐部”的实力。但是中国地球科学界始终相信,只要给我们机会,就有望作出超水平的发挥。

  终于在1998年,我国以正常成员国1/6的会费,作为参与成员国正式加入“大洋钻探计划”。

  同时我国科学家的钻探建议书在全球竞争中脱颖而出,1999年春,在中国的设计和主持下,实施了南海大洋钻探184航次,取得了南海3000多万年来的沉积记录,不仅揭示了南海和气候环境演变的历史,而且发现了大洋碳储库长周期,为探索气候变化的热带驱动打开了新途径。南海的184航次是我国海域深海科学钻探零的突破,使我国一举进入国际深海研究前沿。

  2003年起的“综合大洋钻探计划”,我国一开始就作为“参与成员国”积极参加,随着我国向深海大洋科学进军的步伐,中国人必将在其中发挥更大作用。

  大洋钻探与大陆钻探的结合

  科学钻探并不限于海洋,比如冰芯的钻探获得了高分辨率的气候记录。而大陆深钻的历史更长,早在上世纪70年代,前苏联在克拉半岛打大陆超深钻,直到12262米;联邦德国的大陆超深钻从上世纪80年代开始,打到9000米。

  上世纪90年代,德国发起大陆钻探的国际计划。1996年“国际大陆钻探计划”(ICDP)正式启动,我国是3个发起国之一。几年来,我国在大陆钻探中取得重大进展,在江苏东海对超高压变质带的钻探于前年胜利完成,接着又在湖泊和含油盆地进行大陆钻探,科学成果不断涌现。

  随着地球系统科学的发展,人们越来越认识到将大陆与海洋研究结合起来的必要。大洋钻探研究海平面变迁,就是从岸上打到陆架、再到深海大洋。目前,“综合大洋钻探计划”和“国际大陆钻探计划”正在加强合作。2005年起,两家联合出版通讯刊物举行共同的学术讨论,推进海陆结合的钻探项目。我国科学界也正与日本等国合作,提出沿着长江流域到东海陆架、冲绳海槽打一排钻井,以通过大洋钻与大陆钻的结合,从东侧确定青藏高原隆升的历史,揭示东亚地形倒转与季风气候演变的关系。

教育信息化资讯微信二维码

特别声明:本站注明稿件来源为其他媒体的文/图等稿件均为转载稿,本站转载出于非商业性的教育和科研之目的,并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。如转载稿涉及版权等问题,请作者在两周内速来电或来函联系。

高校科技频道联系电话:010-62603071
邮箱:zhangwj#cernet.com
微信公众号:高校科技进展