地球最深處到底藏著什么?為何人類才挖了12公里就不敢再挖了?

在美蘇爭霸時(shí)期,美國和蘇聯(lián)這兩個(gè)超級(jí)大國為了爭奪世界的“領(lǐng)導(dǎo)權(quán)”,確實(shí)干過不少現(xiàn)在我們看來也“匪夷所思”的事情。
例如,在上世紀(jì)80年代時(shí),美國曾提出“星球大戰(zhàn)”計(jì)劃,要和蘇聯(lián)在外太空進(jìn)行“軍備競賽”。后來,我們知道,就算是美國也沒能力實(shí)現(xiàn)這個(gè)計(jì)劃,提出這個(gè)計(jì)劃,不過就是為了“欺騙”投入大量人力、物力與自己進(jìn)行“競爭”。
又例如,當(dāng)1969年美國成功登月之后,蘇聯(lián)政府為了奪回阿波羅號(hào)的影響力,開啟了一項(xiàng)同樣宏偉的計(jì)劃,即所謂的“地心計(jì)劃”。但這個(gè)計(jì)劃最終卻沒有實(shí)現(xiàn),蘇聯(lián)原本計(jì)劃挖到1.5萬米的深度,最后卻只挖到了12263米,計(jì)劃就終止了,這是為什么呢?
蘇聯(lián)的地心計(jì)劃:科拉超深鉆孔
眾所周知,在二戰(zhàn)結(jié)束后,美國和蘇聯(lián)為了爭奪世界霸權(quán),掀起了一場冷戰(zhàn)。總的來說,美蘇兩國除了沒有真的打起來,兩國的競爭涉及到了方方面面。
例如,在太空競賽中,一開始是蘇聯(lián)更勝一籌,率先將航天員加加林送入了太空,這讓蘇聯(lián)人成為了第一個(gè)從太空中俯瞰地球全貌的人。
不過,美國又“后來居上”,在1969年成功將宇航員送上月球,讓美國成為了至今唯一一個(gè)曾成功實(shí)現(xiàn)人類登月的國家。
為了奪回阿波羅號(hào)成功的影響力,蘇聯(lián)決心開辟另外一個(gè)“戰(zhàn)場”,那就是探索地球內(nèi)部。
從某種程度上來說,人類對(duì)于天空的好奇心和對(duì)地球內(nèi)部的好奇心是不相上下的。比如說在神話傳說中,人們相信天上住著“神仙”而底下則住著“惡鬼”。
而且,人類對(duì)于地底的探索和對(duì)于太空的探索一樣,是十分有限的,如果蘇聯(lián)能夠成功探索地底乃至地心,顯然就能證明自己強(qiáng)大的實(shí)力。
不僅如此,探索地底同樣意味著諸多利益。例如地底埋藏著大量資源和礦藏,煤炭、石油、各種稀有金屬等等,如果能夠進(jìn)行開采,顯然對(duì)于一國的發(fā)展十分有利;例如,據(jù)說蘇聯(lián)還想將戰(zhàn)爭“引入地下”,即通過“挖通地底”用核彈來轟炸美國。
不過這個(gè)計(jì)劃聽起來很美,真的要實(shí)施起來確實(shí)困難重重,所以蘇聯(lián)在那時(shí)候更主要的還是想證明自己的實(shí)力。
為此,蘇聯(lián)以科研為“借口”,宣布了一個(gè)雄心勃勃的“地心計(jì)劃”——科拉超深鉆孔。簡單而言,蘇聯(lián)政府想在地球上鉆一個(gè)超深的孔洞,探索地心的秘密,計(jì)劃鉆孔的深度是1.5萬米,雖然說這個(gè)深度還不至于“挖穿地球”,不過也已經(jīng)可以挖到“莫霍洛維奇不連續(xù)面”了。
就人類目前的認(rèn)知來看,地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)一般分為地殼、地幔和地核三個(gè)部分。地殼是地球固體圈層的最外層,主要由巖石構(gòu)成,又分為大洋地殼和大陸地殼。
其中,大洋地殼比較薄,平均厚度只有6千米,最薄的地方只有約5千米;而大陸地殼則比較厚,平均厚度可以達(dá)到35千米,最厚處在我國的青藏高原,有70千米。
地幔則是指占到地球體積約82%的主體部分,主要由固態(tài)物質(zhì)組成,分為上地幔和下地幔兩個(gè)圈層。
地殼和地幔之間的分界線,就叫做莫霍洛維奇不連續(xù)面,它是一個(gè)突變的邊界,標(biāo)志著在地球內(nèi)部在化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)方面已經(jīng)產(chǎn)生了一定的變化。
地幔再往下就是地核了,它是地球的核心部分,地核溫度高達(dá)4000-6800攝氏度,兩者之間以古登堡面為分界線。
蘇聯(lián)當(dāng)時(shí)聲稱,是為了研究地層深處的古老巖層、研究地球形成的秘密,才要進(jìn)行這個(gè)超深鉆井計(jì)劃。
其實(shí),當(dāng)時(shí)不僅僅是蘇聯(lián)在挖地球,美國也在挖。在美國的奧克拉荷馬州就有一個(gè)超深鉆井項(xiàng)目,所以,蘇聯(lián)也想“挖地球”似乎也不是什么異想天開的計(jì)劃。
挖到了金礦,卻仍然終止了計(jì)劃
蘇聯(lián)科學(xué)家在進(jìn)行研究之后決定在佩琴加區(qū)進(jìn)行鉆探,這個(gè)區(qū)域也是經(jīng)過了精心選擇的。因?yàn)榕迩偌訁^(qū)正在覆蓋科拉半島以及芬蘭、瑞典等地的“波羅的地盾”之中,這是歐洲大陸最大的地盾區(qū),面積約110萬平方千米,其最古老的部分構(gòu)成了東部廣闊的基底。
一方面,這里地質(zhì)構(gòu)造古老,具有研究價(jià)值,另外一方面,由于各種風(fēng)、水乃至冰川的侵蝕作用,此處覆蓋的沉積物比較少,只要鉆進(jìn)1.5萬米,我們就可以抵達(dá)莫霍面。
關(guān)于鉆井工作的準(zhǔn)備工作,其實(shí)早在1965年就開始了,經(jīng)過了長達(dá)5年的準(zhǔn)備和建設(shè),蘇聯(lián)安裝好了鉆井設(shè)施,又在附近興建了工業(yè)區(qū)、住宅,顯然準(zhǔn)備大干一場。
1970年5月24日,蘇聯(lián)宣布為了慶祝列寧誕生100周年,科拉超深鉆井正式開工。
成千上萬的蘇聯(lián)科學(xué)參加了這項(xiàng)偉大的工程,但只有極少數(shù)科學(xué)家得以到現(xiàn)場參加研究工作,作為一個(gè)科研項(xiàng)目來說,這對(duì)于科學(xué)家的意義顯然是非凡的。
因此,在鉆井現(xiàn)場還成立了16個(gè)實(shí)驗(yàn)室來對(duì)巖心進(jìn)行研究。
蘇聯(lián)地質(zhì)部直接領(lǐng)導(dǎo)了這次鉆井研究,為了吸引更多人才加入項(xiàng)目,蘇聯(lián)還給所有參與項(xiàng)目的分配了一套位于莫斯科的公寓房,他們?cè)诠ぷ髌陂g的月薪水平相當(dāng)于大學(xué)教授一年的工資。
當(dāng)時(shí)的蘇聯(lián)可謂是“財(cái)大氣粗”,只要能夠勝過美國,這些代價(jià)他們還是愿意花的,于是工程的前期進(jìn)行地還比較順利——當(dāng)然,當(dāng)時(shí)人類的鉆井技術(shù)也已經(jīng)比較成熟了,這也是前期鉆井比較順利的原因。
在第一階段,蘇聯(lián)人使用Uralmash-4E系列鉆機(jī),鉆探到了7263米的深度,這一數(shù)字已經(jīng)超過第一階段5000米的深度預(yù)期,成為了當(dāng)時(shí)歐洲最深的鉆孔。
在地下3千米的深處,科學(xué)家獲得了一些巖石,神奇的是,這些巖石的成分和蘇聯(lián)月球車所采集的月壤成分居然是一樣的。
從理論上來說,鉆一個(gè)超深的孔洞還是比較簡單的,只需要一臺(tái)旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)、一條鉆桿就可以了。鉆機(jī)不斷鉆破地底,鉆洞的深度就會(huì)不斷加深。如果鉆頭磨壞了,那只要再換一個(gè)新的鉆頭就可以了。
不過,實(shí)際操作起來,要考慮的因素就太多了,這些問題大多集中出現(xiàn)于第二階段。因?yàn)樵酵拢貧さ臏囟染蜁?huì)越高,即使有水降溫也很難起到什么有效的作用,鉆頭沒一會(huì)兒就會(huì)損壞。
只不過,這也沒能難道蘇聯(lián)工程師,他們很快就想出了有效的制冷方法,從而可以讓特制鉆頭在超過300度的高溫下正常工作。
在獨(dú)特的Uralmash-15000鉆井機(jī)的幫助下,蘇聯(lián)工程師克服了井底高溫、高壓等極端條件,順利將鉆井達(dá)到了10636米的深度,成為了當(dāng)時(shí)世界上最深的超深鉆井。
鉆到地下6千米時(shí),科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了浮游生物的化石,令人驚嘆的是,這些化石在高溫、高壓的環(huán)境中居然還保存得“完好無損”。而后,科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)了水的痕跡,可由于巖石的隔斷,這些水沒能到達(dá)地表。
在鉆井工作進(jìn)行到大約9.5千米時(shí),蘇聯(lián)人還在地殼樣本中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)含有黃金和鉆石的地層,這可是一個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn)。蘇聯(lián)科學(xué)家立即對(duì)此進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)其中黃金的含量居然達(dá)到了驚人的80克/噸。
要知道,平常我們所發(fā)現(xiàn)的、具有商業(yè)開采價(jià)值的金礦只要求含金量達(dá)到4克/噸就可以了。而且,在地球表層中所發(fā)現(xiàn)的金礦,很少找到含金量超過10克/噸的礦層,可見地殼中這個(gè)金礦有多么誘人。
不過,以當(dāng)時(shí)人類的技術(shù),還沒有能力開采這樣的金礦,所以工程師們也只能遺憾地繼續(xù)進(jìn)行鉆孔工作。
還記得美國也在進(jìn)行的超深鉆井工程嗎?當(dāng)時(shí),美國奧克拉荷馬州的超深鉆井只打到了9583米的深度就停止了。
蘇聯(lián)在鉆井工程上正式超越美國,給了他們極大的信心,工程師們繼續(xù)埋頭苦干,在1983年直接將鉆井打到了1.2萬米的深度。
在這個(gè)時(shí)候,莫斯科準(zhǔn)備舉辦國際地質(zhì)大會(huì),為了籌備這場國際會(huì)議,鉆井工作停工了接近1年時(shí)間,直到1984年才重新開工。可問題很快就出現(xiàn)了,在鉆到12066米的時(shí)候,一根長達(dá)5千米的鉆柱斷裂,還留在了鉆孔之中。
蘇聯(lián)工程師曾嘗試處理,但對(duì)此毫無辦法,最終只得從原來那個(gè)鉆孔大概7公里遠(yuǎn)的地方重新鉆孔,1986年,蘇聯(lián)工程師重新鉆到了7000米的深度。
到了1989年,科拉超深鉆孔達(dá)到了它目前的最大深度,12263米,當(dāng)時(shí),工程師對(duì)于鉆工作業(yè)非常樂觀,認(rèn)為到了1993年,他們就能完成1.5萬米的鉆孔目標(biāo)。
可當(dāng)時(shí)他們?cè)趺炊枷氲?,這個(gè)目標(biāo)永遠(yuǎn)都達(dá)不成了。
親歷者揭秘:為什么不再繼續(xù)?
越往地球深處鉆孔,難度就越大,畢竟,蘇聯(lián)在挖前1.2萬米的時(shí)候,只花了13年時(shí)間,可在1.2萬米之后,卻花了近10年時(shí)間,還只前進(jìn)了263米,可見難度之大。
到了1992年,鉆探工作停止時(shí),鉆井深度還是停留在12263米這個(gè)數(shù)字上,為什么鉆井工程在最后幾年毫無進(jìn)展?又為什么鉆井工程會(huì)最終停止?
外界對(duì)此猜測(cè)紛紛,其中最為流行的說法是因?yàn)樘K聯(lián)工程師在挖到1.2萬米以后,聽到井里傳來了“地獄鬼怪的哭喊之聲”,人們認(rèn)為可能是挖到了“地獄之門”,所以鉆井工作才被迫停止,際上,后來曾經(jīng)參與科拉超深鉆孔計(jì)劃的工程師說出了停止鉆井的真正原因。
首先,其實(shí)最為主要的原因與官方公布的原因差不多,那就是“經(jīng)費(fèi)不足”。超深鉆孔是一項(xiàng)燒錢的工程,對(duì)于上世紀(jì)70年代財(cái)大氣粗的蘇聯(lián)來說,這當(dāng)然不是問題。
可隨著蘇聯(lián)的逐漸衰落,經(jīng)費(fèi)當(dāng)然是捉襟見肘了,加上國際石油價(jià)格還不斷下跌,影響了蘇聯(lián)的石油經(jīng)濟(jì),收入下降了,當(dāng)然得“節(jié)約”一點(diǎn)開支了。
而且,當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)和阿富汗之間的戰(zhàn)爭已經(jīng)爆發(fā),相比于鉆孔工程,更需要資金的顯然是戰(zhàn)場,鉆孔工程就只能先往后排一排了。
到了1991年,蘇聯(lián)還解體了,此時(shí),連與美國“爭霸”的必要性都沒有了,解體后的各國自顧不暇,自然也沒有精力來支持這個(gè)項(xiàng)目繼續(xù)進(jìn)行。
其次,超深鉆孔工程停工還有一個(gè)重要的原因,那就是技術(shù)原因。此前我們說過,越往下鉆孔,難度越大,需要的技術(shù)力量當(dāng)然也就越強(qiáng)。
比如,隨著下挖深度的增加,洞內(nèi)的溫度也越來越高,其溫度超過300攝氏度是常態(tài),鉆頭磨損嚴(yán)重,工程師也很難保證它在往下鉆的時(shí)候不發(fā)生斷裂,導(dǎo)致鉆孔進(jìn)度越來越慢。
一系列難以解決的技術(shù)問題,加上缺乏資金的支持,這項(xiàng)工程終于停止了12263米的深度。當(dāng)然,有資料顯示,科拉超深鉆孔工程依靠著之前蘇聯(lián)遺留下來的經(jīng)費(fèi),還進(jìn)行了多年的研究,直到2006年資金耗盡之后才徹底停止。
2008年,這個(gè)工程徹底被廢棄,洞口也被金屬蓋蓋得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)。也是在這一年,卡塔爾沙欣油田的一個(gè)鉆井長度達(dá)到了12289米,長度超過了科拉超深鉆孔。
此后,超深鉆井的深度一直在被刷新,例如俄羅斯庫頁島上的一個(gè)油井達(dá)到了12345米,是2011年世界上井深最大的油井;例如2017年??松吞烊粴夤镜摹笆澜缰睢便@井,井深到了1.5萬米。
可雖然這些數(shù)字看起來很“嚇人”,但其實(shí)他們都沒有真正超過科拉超深鉆孔的深度。因?yàn)槭豌@井并不一定是垂直往下打的,它會(huì)有一些水平段。
以俄羅斯的Odoptu OP-11油井為例,雖然其井深為12345米,但實(shí)際上垂直深度只有1784米,距離科拉超深鉆孔還“差得很遠(yuǎn)”。
畢竟,科拉超深鉆孔是真正垂直往下打的,它至今仍然保持著吉尼斯紀(jì)錄的“對(duì)地殼最深滲透”的紀(jì)錄。也許,如果給它足夠的經(jīng)費(fèi),科拉超深鉆孔真的能夠打到莫霍面,探索一下人類尚未親眼見到過地球內(nèi)部。
——來源:讀史閱世