閑言少敘，書歸正文。上次說到，克羅地亞發(fā)生了地震，好在莫霍洛維奇已經(jīng)準(zhǔn)備好了地震儀，所以這一次他記錄下了大量的信號。綜合本地的地震臺網(wǎng)和世界各地的地震臺網(wǎng)的數(shù)據(jù)，莫霍洛維奇發(fā)現(xiàn)了很多奇怪的地方。莫霍洛維奇到底發(fā)現(xiàn)了什么呢？我們都知道，地震波的速度是固定的，把各個地震臺接收到信號的時間和距離在一張圖上標(biāo)出來的話，應(yīng)該都在一條直線上。莫霍洛維奇大概計算了一下，地震波的速度是5~6公里/秒。
但是，莫霍洛維奇發(fā)現(xiàn)，300公里以外的地震臺網(wǎng)的數(shù)據(jù)都在偏離這條直線，遠在2400公里之外的格魯吉亞第比利斯匯報的數(shù)據(jù)更是偏得離譜。似乎傳到第比利斯的地震波比別的地方要快得多，達到了7~8公里/秒。莫霍洛維奇覺得這簡直是不可思議。地震波怎么會有快有慢呢？這不可能啊。
莫霍洛維奇的雕像
莫霍洛維奇想來想去，也只有一種可能性。那就地球的深處有有一條高速公路。地震波在這里傳播的速度更快。假如把地球比喻為一個熟雞蛋，表面上發(fā)出的地震波傳遞到近處的時候，不需要穿過雞蛋黃，只是在蛋白里走。當(dāng)?shù)卣鸩ㄒ獋鬟f到雞蛋的另一頭的時候，地震波有很多條路可走，最近的一條就是穿過球心，這條路恰好經(jīng)過了蛋黃，蛋黃傳遞地震波更快，因此最早到達的地震波的時間比預(yù)計的短得多。
所以，1909年10月8日的克羅地亞·庫帕谷地震成了地球物理學(xué)和地震學(xué)史上的一個里程碑事件。自打牛頓時代，科學(xué)家就在猜想地球內(nèi)部的構(gòu)造。哈雷還提出了一個空心地球的學(xué)說。當(dāng)然，他的說法是不靠譜兒的。不過，皇家天文學(xué)家艾里爵士曾經(jīng)認(rèn)為，地球應(yīng)該是有個非常薄的固體外殼叫做地殼，地殼包在液體的巖漿外邊，那些火山爆發(fā)就是殼兒破了，巖漿漏出來了。
魏格納在創(chuàng)立大陸漂移學(xué)說的時候，也提到過這個理論。但是這個理論遭到了大家的反對。證據(jù)還是來自于地震波。地震波分為兩種，一種是P波，這是一種疏密波。聲音就是疏密波，聲音是可以在固體液體氣體里傳播的。另一種是橫波，也就是所謂的S波。足球觀眾組成的墨西哥人浪就是一種橫波。振動方向和傳播方向是垂直的。海面的波浪也是橫波。但是，橫波沒辦法在液體和氣體的內(nèi)部傳播。地震波的S波在地下2900公里的的地方消失了，這說明什么呢？那就是2900公里以下是有個液體層的，S波穿不過去。地幔怎么可能有這么深呢？
地球內(nèi)部構(gòu)造
所以，依照莫霍洛維奇的研究，大陸地殼比較厚，大約有50公里厚，地震波在地殼里傳播速度只有5~6公里。下面就是密度更大的地幔，地震波的傳播速度是7~8公里。所以為了紀(jì)念莫霍洛維奇的貢獻，這個分界線就被稱為莫霍面。腳下2900公里的是S波消失的地方，這里被稱為古登堡面，是地幔和地核的分界線。
在20 世紀(jì)60 年代的時候，地球科學(xué)家對于莫霍面以下的地幔到底是什么巖石吵起來了。許多人認(rèn)為，能夠傳遞S波而且具有更高波速的地幔巖石，肯定不是玄武巖或輝綠巖，而必定是另外一種物質(zhì)。
榴輝巖（左）和橄欖巖（右）
人們推測有兩種可能性：一種可能是榴輝巖，這是一種化學(xué)成分與玄武巖相同，但礦物密度更大的巖石。這種巖石的密度大于玄武巖或輝長巖。另一種可能是橄欖巖，化學(xué)成分與玄武巖不一樣，含氧化鎂比較高，密度也更大。這兩種巖石對地震波的傳播而言，效果是一樣的。對于這兩個候選人，只靠地震波是無法區(qū)分的。
地幔到底是什么成分，這個問題非常關(guān)鍵。過去堅持地球表面只有縱向的升降，沒有水平移動的人都認(rèn)為，地幔應(yīng)該是榴輝巖。假如玄武巖在重壓之下變成了榴輝巖，密度變大了，體積變小了，于是大地沉降，海水倒灌了。假如因為受熱，榴輝巖變成了玄武巖。密度變小了，體積變大了，鼓起來了。這地方就出現(xiàn)了一座山。你看這是多好的解釋啊。
但是，在野外考察之中發(fā)現(xiàn)的榴輝巖是很少的。有些地方過去是大洋的洋底，現(xiàn)在露出了地面，在這里經(jīng)常發(fā)現(xiàn)橄欖巖。極少數(shù)認(rèn)同大陸漂移學(xué)說的科學(xué)家似乎發(fā)現(xiàn)了什么蛛絲馬跡。假如地幔的組成成分不是榴輝巖，而是橄欖巖。那些反對大陸漂移的學(xué)者就有麻煩了，夠他們喝一壺的。
哈里·海思
那么，問題轉(zhuǎn)了一圈又轉(zhuǎn)回來了，地幔到底是什么成分？不知道，怎么辦呢？難道真的打個洞下去看看？這事兒還真的出現(xiàn)了苗頭。起因就是1957年兩位科學(xué)家的閑聊。有兩位科學(xué)家在一起聊天，一個叫哈里·海斯，一個叫沃爾特·芒克。海斯是在地球科學(xué)界了不起的人物。他早年畢業(yè)于普林斯頓大學(xué)，后來參與了海軍潛艇的重力測量工作，第二次世界大戰(zhàn)期間，他參加了美國海軍，成為一艘貨船的船長。這艘貨船被改裝用來探測大洋的洋底，在船上裝了聲吶系統(tǒng)，利用發(fā)射超聲波，碰到海底以后發(fā)生反射來探測大洋的洋底。在太平洋里，海斯發(fā)現(xiàn)了很多的平頂山。
海底平頂山
當(dāng)然，這不是河南的平頂山，這種被淹沒在深海之中的平頂山被稱為“蓋奧特”。也就直接翻譯成“海底平頂山”。這些海底平頂山是怎么形成的呢？海斯認(rèn)為這就是過去的珊瑚島，我們在講達爾文的時候講到過珊瑚島的成因。海底火山爆發(fā)以后，火山口恰好在水面附近，后來被風(fēng)吹雨打的風(fēng)化作用逐漸侵蝕。因為只有在海面附近會有波浪的侵蝕作用。在深海是沒有的，因此就沿著海平面，把山頭磨平了。
還有一種說法，那就是山頭本來不夠高，但是珊瑚在靠近水面的的地方生長，怎么也不可能高出水面太多。天長日久，珊瑚礁不斷沉積，就逐漸給填平了。這兩種說法都可以解釋為什么很多火山是平頂。但是這些平頂都在水面附近。怎么會在深海也出現(xiàn)這么多平頂山呢？海斯提出了一個理論，這座山是逐漸整體下沉的，不是頂上被侵蝕了。
一座山能整體下沉？這說明什么？山底下其實是軟的，大洋地殼是比較薄的，只有幾公里厚，下面就是地幔。地幔的頂部也是巖石圈的一部分，再下面一點應(yīng)該是有一圈軟流層。軟流層可不是液體，也不是巖漿。而是硬邦邦的石頭。普通的石頭在巨大的壓力下會裂縫，會碎掉。但是這種在高溫高壓下?lián)碛兴苄缘膸r石會變形，不會碎掉。這倒是有點像金屬，也是固體，也是硬的，但是拿錘子砸能砸扁，能變形。那么這座山是怎么從海底冒出來的呢？這就要涉及海底熱點的問題了。這個問題我們以后講。海斯對海底平頂山的研究在日后發(fā)揮了不小的作用。這些零零碎碎的發(fā)現(xiàn)最后都被一個精妙的理論全都統(tǒng)一起來了。
反正，海斯在海軍工作了多年，對深海大洋是非常了解的。后來他退役以后，回大學(xué)繼續(xù)教書。芒克是一位海洋物理學(xué)家，他出生于奧地利的維也納。后來來到美國，本來家人打算讓他學(xué)習(xí)金融，但是他對當(dāng)銀行家沒興趣，自己報考了加州理工，后來他在海洋聲學(xué)和海浪研究領(lǐng)域做出卓越貢獻。
老年的芒克
這二位在一起聊天，偶然聊到了地幔成分的問題。芒克開玩笑，說了一句干脆打個洞下去看看算了。省的一堆人吵架吵不出結(jié)果。沒想到海斯還真的動了心思。他找了一些科學(xué)家聯(lián)手提出了一個計劃，叫做“莫霍孔”計劃。大陸上地殼有50公里厚，你想打個洞下去，基本上是不可能的，你還是死心吧。但是大洋的地殼卻不厚，只有幾公里。假如弄一艘船，帶上鉆探設(shè)備，找個海底打個洞下去，鉆透地殼不是不可能的。挖個油井幾千米不算什么。這個計劃只是把挖井的地方從地上移到了海底。
大家也要看到這個計劃的背景，當(dāng)時美國正在和蘇聯(lián)競爭。1957年10月，蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星。美國人發(fā)覺自己落后了，因此對于大科學(xué)工程都是非常大方的，搞氫彈原子彈的自不必說。搞加速器的，搞火箭和衛(wèi)星的都拿到了大筆的撥款。研究地球科學(xué)當(dāng)然也眼兒紅啊，可是自己這個行業(yè)就找不到個值得花錢的項目。在國會老爺們的心目之中，研究地球的不就是拿著錘子到處敲石頭嘛。1957年~1958年剛好是地球物理年，美國的衛(wèi)星計劃就是為了呼應(yīng)這個主題，只是沒想到被蘇聯(lián)搶了風(fēng)頭。
地球物理年當(dāng)然會有相關(guān)的會議，在加拿大多倫多的一次地球物理會議上，美國人提出了這個計劃，在海底打個洞，一直挖到地幔。蘇聯(lián)代表團表示，他們也是這么想的。這事兒麻煩了，美國人一聽說蘇聯(lián)人也要打洞，當(dāng)時就來了精神。要錢給錢，要人給人。美國國家自然科學(xué)基金向國會提交報告，要求撥款。1960年，自然科學(xué)基金和洛杉磯的環(huán)球海洋勘探公司簽約了，要在1961年，找個地方打個洞試試。
這個消息一出，可以說是業(yè)內(nèi)人士立刻吵開了鍋。一幫老人都覺得這事兒不現(xiàn)實，年輕人則認(rèn)為這事兒值得大干快上。兩撥人又開始吵架了。在深海大洋的洋底挖洞，談何容易啊?？隙ㄒ覀€地殼比較薄的地方下鉆頭吧。地殼比較薄的地方，通常都是深海。船舶是不可能拋錨的，那么該如何固定船的位置呢？你總不能一邊下鉆頭一遍到處漂吧。這的確是個技術(shù)難題。但是對于工程師來講，技術(shù)問題從來都不是問題。他們在鉆探船上前后左右裝了四個螺旋槳?？康氖锹菪龢粩嗟膭討B(tài)調(diào)整船舶的位置。使之始終維持在一個非常小的范圍內(nèi)。這個問題其實spacex在海上回收獵鷹火箭也一樣會碰到。用的辦法是完全一樣的，只是水平更高罷了。
這樣的超聲波定位器不止一個
但是在茫茫大海之上，你根本就找不到任何參照物，你怎么知道你自己沒動呢？現(xiàn)在可以用GPS衛(wèi)星定位。但是在60年代，那時候啥衛(wèi)星定位，八字還沒一撇呢。但是這也難不倒工程師。他們把一個超聲波發(fā)生器扔到了海底。到了海底以后，這個東西的位置就定死了。那么這個家伙就成了一個固定的參照物。通過接收超聲波來判斷自己的偏斜程度。以當(dāng)時的技術(shù)，工程師們把船的位置控制在了50米之內(nèi)。這在當(dāng)時已經(jīng)很了不起了。
1961年3月初在拉約拉濱外海948米水深的海域中打了第一個鉆孔，成功地鉆到了海底以下315米的深處。在墨西哥西海岸瓜達盧佩島附近海域也進行了試鉆。1961年4月，一連鉆了5 個孔，成功地保持船位置穩(wěn)定達3個禮拜之久。鉆桿下到3558米的深水水域，鉆透了170米的沉積物和13 米的玄武巖。船返回洛杉磯的時候，肯尼迪總統(tǒng)還特地致電祝賀，這是科學(xué)史上”歷史性的里程碑” 。
這艘鉆探船只是個測試版，美國國家自然科學(xué)基金會和另外的公司簽訂了新的合同，訂造一艘更大的船。但是后來的費用節(jié)節(jié)攀升，開始撥款2000萬美元。后來1964年預(yù)算到了6400萬美元。1965年又漲價了，變成了1億多美元?？墒沁@個計劃承受的壓力卻越來越大。因為這個計劃的目標(biāo)太單一了，很容易找到更廉價的替代方案。有些海溝的懸崖峭壁上就有地幔物質(zhì)，并不需要費勁巴拉的去阻擊打洞。所以這個計劃科學(xué)上的必要性是不足的。
當(dāng)時，莫霍孔計劃的主要支持者之一是來自得克薩斯州的眾議員阿爾伯特·托馬斯 , 時任眾議院撥款委員會主席。平心而論，與空間技術(shù)的數(shù)以十億美元計的研究投資相比，莫霍孔的開支不過是個小case。托馬斯眾議員支持一下地球科學(xué)的研究有什么錯呢？這當(dāng)然沒錯啊。
不過嘛， 托馬斯也有他的小心思，他是休斯敦人。休斯頓就在加勒比海岸邊，有很多石油公司都在搞石油鉆探，這是他們家鄉(xiāng)的強項，莫霍孔計劃多多少少也能提振休斯頓的經(jīng)濟嘛。但是，人算不如天算，1966年，托馬斯心臟病突發(fā)，去世了。莫霍孔計劃后臺倒了。最后，預(yù)算被國會給砍了。在花費了2500萬美元的巨資之后，莫霍孔計劃壽終正寢。這個眼兒還是不打了吧。但是這事兒還沒完呢。大洋海底的鉆探計劃后來死灰復(fù)燃了，而且這件事兒居然跟地球上大冰期的研究關(guān)系緊密。這是怎么回事兒呢？
我們下次再說……
