作者:宗华 来源:中国科学报 发布时间:2015/12/9 10:39:28
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印度洋远征再续60年计划
钻探地幔任务重启

工作人员安装大型钻机。图片来源:J. Baylor Roberts/ National Geographic/ Getty Images

“科幻小说之父”儒勒·凡尔纳应当会对这项计划产生共鸣:穿过数千米的地球岩石地壳钻探到海底,并进入更加致密的底层地幔。这是近60年前板块构造论风头正盛时被构思出来的地质学经典任务之一。自此以后,很多人尝试完成该任务,但相继失败。不过,从本月开始的一次探险正再次接受这一挑战。

12月初,钻探船“乔迪斯·决心”号驶离斯里兰卡科伦坡,前往西南印度洋中一处名为亚特兰蒂斯浅滩的地点。在那里,它将放下一个钻头,试图转动它穿过1.5千米厚的岩石,并在行进时采集岩芯样本。如果一切顺利,未来的探险——尚未得到安排或资助——将再次返回并完成对地幔的钻探。

通常,地壳—地幔边界被认为拥有一种被称为莫氏不连续面(简称莫霍面)的特征。在这个界面,地震波会改变速度。而在亚特兰蒂斯浅滩,地幔被认为在莫霍面以上2.5千米处沸腾,从而使其更容易到达。

美国伍兹霍尔海洋研究所地球物理学家、此次探险共同领导者Henry Dick表示,接触这些地球深处的未知领域“是本世纪最伟大的科学事业之一”。

莫霍面位于大陆底下30~60千米处。然而,在海洋中,它近到足以被船载钻探设备接触到。在名为“慢速扩张脊下莫霍面”的钻探计划中,Dick希望接触到亚特兰蒂斯浅滩地壳—地幔过渡带,然后有一天搭乘最先进的日本船只返回,并在5千米或更深的地方接触到莫霍面。在这个过程中,科学家旨在回答关于地球的一些深奥问题,比如熔融岩石如何从内部冒出并冷却,形成覆盖五分之三地球的表面——海洋地壳。法国蒙彼利埃大学地质学家Benoit Ildefonse表示,如此深的洞“将成为探查我们此前从未见过的一些事情的窗口”。

科学家最先尝试触及莫霍面是在20世纪中期。上世纪60年代,美国科学家主导的“莫霍面计划”钻探进墨西哥达鲁普岛附近的海底。该项目在因开支猛增被国会扼杀掉之前,仅到达183米深的地方。然而,“莫霍面计划”诞生了一系列从全球上百个位置提取岩芯的海洋钻探科学项目。它们通过获取可追溯至几百万年前的沉积记录,提供了大陆如何分开的线索,并且有助于发现深海底部的微生物,从而使地球科学发生了革命性变化。

“我们生活在这个地球上,应当对地下发生的一些事情有所了解。”和同事在1957年夜晚的鸡尾酒会上构思出“莫霍面计划”的加州斯克里普斯海洋研究所海洋学家Walter Munk表示。他对科学海洋钻探整体上的成功感到满意,但仍希望看到在地幔处打开缺口。

此前的探险已接近地幔。2002~2011年,在东太平洋一处地方钻探的4个孔成功接触到有着细密纹理的脆性岩石。地质学家相信,这些岩石是位于莫霍面之上的冷却岩浆。不过,钻机并未穿透这些坚固的岩层。2013年,附近赫斯深渊的钻探者发现自己同样被坚硬的深部地壳岩石限制。

Dick和他的同事正瞄准印度洋海脊而非太平洋东部,因为在那里较少的火山岩浆填充了海床,所以需要钻透的坚硬岩石相对较少。在亚特兰蒂斯浅滩,构造力将海床抬升至波浪以下仅700米深的地方。

Dick知道,实现最初的1.5千米目标是有可能的,因为他此前曾做到过。1997年,Dick主导了前往亚特兰蒂斯浅滩的探险,并在灾难到来前达到了这一深度。然而,管子突然在狂风中折断,并在打的孔中向下螺旋式前进时遭到阻塞。“我们会确保这次不会发生这种情况。”

在这个过程中,研究人员希望探究的不只是地质学,还有生物学。地质测绘显示,海水可能渗透到亚特兰蒂斯浅滩以下几千米深处,并且引发将岩石变成蛇纹岩的化学反应。这些反应会产生海底微生物通常用于获取能量的气体——甲烷。搭乘“乔迪斯·决心”号的伍兹霍尔海洋研究所微生物学家Virginia Edgcomb介绍说,船上的科学家将研究岩芯中的微生物。

“慢速扩张脊下莫霍面”计划第一阶段将在明年1月30日结束。如果钻探顺利进行,Dick希望搭乘“乔迪斯·决心”号返回后,能钻至3000米深处。此后,他和同事希望利用日本钻探船“地球”号,在项目第三阶段一路钻探至莫霍面。“地球”号建于10年前,旨在西太平洋钻探莫霍面。然而,技术挑战和资助匮乏使这一切并未实现。不过,“地球”号有能力钻探到6000米深处,并最终使地质学家实现已有近60年之久的梦想。(宗华)

《中国科学报》 (2015-12-09 第3版 国际)
 
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