地質(zhì)學(xué)家歷史上首次成功穿透地殼并從地球內(nèi)部提取了地幔樣本，這是地球內(nèi)部最大的層之一?？茖W(xué)家們?yōu)榇烁冻隽碎L(zhǎng)時(shí)間的努力，遍及世界各地。例如，在20世紀(jì)60年代，美國(guó)啟動(dòng)了名為'莫霍爾'的項(xiàng)目，在水下成功鉆探了五口深度達(dá)180米的井。而在1970年，科拉超深井鉆探項(xiàng)目開始，其深度最終超過(guò)12,000米。這些都是令人印象深刻的成就，但迄今為止，還沒(méi)有一個(gè)地質(zhì)學(xué)團(tuán)隊(duì)能夠如此接近地幔。新技術(shù)和科學(xué)家的智慧使得這一目標(biāo)成為可能。
地球由哪幾層組成？
從我們上學(xué)時(shí)期就知道，地球由三層構(gòu)成：地殼、地幔和地核。實(shí)際上，我們的地球結(jié)構(gòu)與雞蛋很相似：地殼類似于蛋殼，地幔類似于蛋白，而地核則類似于蛋黃。
地殼是地球表面最薄的一層，但人類迄今尚未完全鉆穿地殼并達(dá)到地幔。地殼的厚度因地區(qū)而異，山區(qū)的厚度可達(dá)100千米，而海洋下的厚度約為6-7千米。
可以理解的是，為了獲取地幔樣本，地質(zhì)學(xué)家最好在水下進(jìn)行鉆探，因?yàn)槟抢锏貧ぷ畋?。然而，這是一項(xiàng)非常復(fù)雜的任務(wù)，因?yàn)樗枰煽康拇弧?qiáng)大的鉆探設(shè)備、能夠耐受高溫和高壓的設(shè)備以及能夠在鉆探過(guò)程中保持鉆孔平穩(wěn)的技術(shù)。
地球上最深的洞穴
自20世紀(jì)下半葉以來(lái)，人們?cè)啻螄L試鉆探最深的地下洞穴。人們認(rèn)為，提取地幔樣本后，將能夠了解更多關(guān)于地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和發(fā)生在其中的過(guò)程的有趣信息。
莫霍爾項(xiàng)目中的地球鉆探
在1961年至1966年期間，美國(guó)科學(xué)家在'莫霍爾'項(xiàng)目中試圖完全鉆穿地殼。特別是，研究人員計(jì)劃達(dá)到莫霍界面——分隔地殼和地幔的下界。
他們使用了名為CUSS I的平臺(tái)進(jìn)行鉆探，該平臺(tái)抵達(dá)了位于太平洋3.5千米深處的瓜達(dá)盧佩火山島。在長(zhǎng)時(shí)間的工作過(guò)程中，科學(xué)家們成功鉆探了五口深度達(dá)180米的井，但未達(dá)到目標(biāo)——由于資金問(wèn)題，該項(xiàng)目被取消。
科拉超深井鉆探
從1970年到1991年，在俄羅斯的科拉半島進(jìn)行了一項(xiàng)深度為12,262米的鉆探。在7,000米深度之前，專家們使用了'烏拉爾馬什-4E'裝置，之后使用了'烏拉爾馬什-15000'裝置。該井于1994年完全封閉，此前發(fā)生了一系列事故。1997年，科拉超深井鉆探被載入吉尼斯世界紀(jì)錄，成為人類對(duì)地殼進(jìn)行最深入探索的典范。
2008年，科拉超深井失去了紀(jì)錄保持者的地位，因?yàn)榭ㄋ柕陌柹承烙吞锍霈F(xiàn)了一口深度為12,290米的馬士基石油公司BD-04A井。而在2017年，俄羅斯的薩哈林Z-44查沃海域出現(xiàn)了一口深度為15米的井。
到目前為止，已經(jīng)知道地幔對(duì)位于其上方的地殼有很大影響——它參與了大陸運(yùn)動(dòng)、火山噴發(fā)、地震等等。在研究過(guò)程中，科學(xué)家們經(jīng)常從地幔中發(fā)現(xiàn)很多新信息。例如，在2023年，他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)以前未知的新層。
中國(guó)開始鉆探最深的井
在2023年6月，人們得知還將在中國(guó)西部新疆地區(qū)的塔里木盆地鉆探一口深井。預(yù)計(jì)中國(guó)的這口井將達(dá)到11千米的深度，井筒將達(dá)到地殼白堊紀(jì)系列、年代為4500萬(wàn)年的層狀巖石?？茖W(xué)家們希望在那里找到像石油和天然氣這樣的有用礦產(chǎn)，因?yàn)榇饲爸袊?guó)石油化工集團(tuán)公司在同一塔里木盆地的8500米深處發(fā)現(xiàn)了石油和天然氣儲(chǔ)藏。此外，科學(xué)家們還希望通過(guò)鉆探了解更多關(guān)于地球的結(jié)構(gòu)和歷史。
預(yù)計(jì)鉆探11千米深井將需要457天時(shí)間。鉆探設(shè)備重達(dá)2000噸，能夠在高達(dá)攝氏200度的溫度下工作。此外，該設(shè)備還需要承受高壓，因?yàn)樵谳^大深度，壓力比地表高出1300倍。
科學(xué)家們提取了地幔樣本
在'莫霍爾'項(xiàng)目和科拉超深井鉆探期間，人們未能到達(dá)地幔，原因是資金不足、設(shè)備能力不足，或者地殼厚度太大。但是今天這些問(wèn)題已經(jīng)得到解決。工程師們?cè)缫蜒兄瞥隹煽康拇?，鉆探工具可以在最極端的條件下工作，而GPS導(dǎo)航系統(tǒng)無(wú)障礙地保持鉆探設(shè)備的穩(wěn)定。
2023年4月，地質(zhì)學(xué)家、微生物學(xué)家和其他科學(xué)家登上了研究船喬迪斯決心號(hào)，開始鉆探新的、最深的水下井。他們找到了一個(gè)適合鉆探的地點(diǎn)——亞特蘭蒂斯海山群，位于大西洋北部。在1981年，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在美洲和非洲大陸連接處有一個(gè)特別薄的地殼層，其厚度不超過(guò)1000米。
在幾個(gè)月的時(shí)間里，喬迪斯決心號(hào)船的船員成功地鉆探了一口深度為1,267米的井。與前面提到的項(xiàng)目相比，這是非常小的深度，但由于選擇了地殼最薄的地點(diǎn)，科學(xué)家們成功地提取了地幔樣本。在工作期間，深處的溫度達(dá)到了攝氏204度。
值得注意的是，從技術(shù)上講，科學(xué)家們沒(méi)有達(dá)到地幔，而是從'構(gòu)造窗口'中提取了樣本——這個(gè)區(qū)域是地幔巖石靠近地殼的地方。根據(jù)探險(xiǎn)隊(duì)成員萊斯利·安德森的說(shuō)法，地幔巖石非常難以獲取，但亞特蘭蒂斯海山使他們能夠到達(dá)這些地方。
科學(xué)家們將研究所獲得的樣本。初步分析已經(jīng)顯示其中存在輝石橄欖巖——一種在上部地幔中普遍存在的巖石。不排除巖石成分可能因接觸海水而發(fā)生改變，因此科學(xué)家們希望繼續(xù)鉆探并獲得更深的樣本。
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