科學家首次深入印度洋鑽探地殼：探尋生命信息
蛇紋岩產生於位於海底、因水流經岩石縫隙而發生改變的地幔岩石。
地球大陸地殼可能幾十千米厚，但海洋地殼則要薄的多。
新浪科技訊 北京時間12月9日消息，據英國廣播公司(BBC)報道，本周科學家們將在印度洋海底鑽孔，試圖首次從地球最深處地幔里獲得岩石樣本。在這個過程中，研究人員希望可以證實他們有關地殼組成材料的猜想。
項目合作負責人、英國卡迪夫大學的地質學家克里斯·麥克勞德(Chris MacLeod)教授表示，鑽孔至海底地下5.5千米深處可能需要花費幾年時間，這還不包括決心號(Joides Resolution)鑽探船與海底之間700米的水深。「總的來說，我們認為需要進行三次探險，」 麥克勞德說道。「這一項目已經獲批，我們也獲得了最初兩個月調查的資金資助。但我們可能至少需要到2020年才能完成這項任務。」
在此之前科學家們也曾嘗試鑽入地球地幔，但都以失敗告終。然而，最新的這次鑽探進展或可能順利一些，因為斷層和侵蝕已經導致目標鑽場、位於印度洋西南印度洋脊的亞特蘭蒂斯岸(Atlantis bank,)的地殼變薄。
由國際大洋發現計劃(International Ocean Discovery Program，簡稱IODP)贊助的這一項目將為科學家們提供接觸原始、未被改變的橄欖岩的機會，這類岩石富含橄欖石礦物質，它組成了地球內部的大量材料。
隨著鑽探船逐漸挖掘至地下深處，科學家們也想要測試有關地球是如何構建和組成的現有模型，麥克勞德教授尤其想要探測所謂的莫霍面邊界，後者因其 「不連續性」 聞名——地球地震波的傳播在此邊界忽然改變速度。教科書上的解釋是，莫霍面標誌著地殼和地幔的分界線：也就是人們熟悉的表面火成岩，例如花崗岩石、玄武岩與輝長岩與內部橄欖岩的分界線。然而，麥克勞德懷疑這種不連續性或可能發生在某些地球深處，在那裡水滲透入橄欖岩，從而產生另外一種名為蛇紋岩的不同岩石。
鑽探船將前往印度洋底的亞特蘭蒂斯岸，也就是圖中箭頭所指的位置。
決心號鑽探船被用於鑽探海底科學。
考慮到這種材料的地震特徵與地殼火成岩的基本相同，因此科學家們幾乎無法區分兩者——他們只能夠在海底和無摻雜雜質的地幔上方几百米處之間進行鑽探和採樣。如果被證實是正確的，那麼對莫霍面更精密的描述將對我們理解地球是如何組成的產生一系列深遠的影響。
首先，這意味著火成海洋地殼的厚度和結構比之前預想的更加多變。「莫霍面在整個海洋盆地比較統一，因為每個人都假定海洋地殼是均勻統一的，繼而推測它非常簡單。」 麥克勞德解釋道。「但是如果我們的猜測是正確的，那麼這將改變一切。如果莫霍面邊界其實是一個因為水滲透入地幔而被改變的邊界，那麼這意味著我們對海洋地殼的理解其實非常有限。」
而這或可能提供有關地球上生命的意義深遠的信息，因為產生蛇紋岩的過程極大的吸引著微生物。橄欖岩的橄欖石礦物質在與水接觸而發生改變的過程中會產生氫氣和甲烷，而單細胞微生物可以利用這些氣體進行新陳代謝，如果蛇紋岩的存在其實比現有模型假設的更加普遍，那麼這意味著對地球內部發生的生物過程規模的評估也被極大的低估了。
之前的探險已經確定亞特蘭蒂斯岸適合鑽探。 「如果地球深處的確存在大量蛇紋岩，那真的無法預料它裡面包含了多少微生物。」 麥克勞德說道。本周二IODP探險360小組在斯里蘭卡科倫坡登上了決心號鑽探船，本周鑽探船將出海。由於在此之前已經對亞特蘭蒂斯岸進行了鑽探，且科學家非常熟悉它的環境條件，因此預計第一次出海一切將進展非常迅速，科學家將在海底下方1.3千米深處開鑿第一個鑽孔。 假設一切進行順利，預計2018年將進一步鑽深這個鑽孔，不過這將取決於資金資助以及像決心號這樣的鑽探船的可用性。(嚴炎劉星)地球生命或始於25億年前氧氣大爆發
12月18日，「決心」號鑽探人員在通過船底與海水相連通的月池上安裝返孔錐。新華社記者 張建松 攝
原標題：環環相扣打入海底的「岩石探針」——「決心」號大洋鑽探目擊記
新華網「決心」號12月20日電(記者張建松)蔚藍色的西南印度洋，連日來晴空萬里。「決心」號大洋鑽探船自16日晚抵達後，穩穩地停在這片位於南緯32度42分、東經57度17分的目標海域，連夜展開大洋鑽探工作。
來自美國、英國、中國等12個國家30名科學家參加的這次大洋鑽探活動，準備在西南印度洋中脊一處名為「亞特蘭蒂斯淺灘」的地方，在人類歷史上首次打穿地殼與地幔的邊界。整個鑽探計劃分3個航次，本次開展的是首次鑽探。
亞特蘭蒂斯淺灘位於海水下方約700米深處。「決心」號抵達後，一個巨大的水下電視攝像系統和鑽桿一起，通過船底與海水相連通的月池緩緩放入海底。在燈光的照射下，亞特蘭蒂斯淺灘的神秘面紗被小心翼翼揭開，通過電纜線在船上電視屏幕上直播。
這是一片生機勃勃的海底世界。成群結隊的小魚被燈光吸引，像飛舞的雪花一樣掠過電視屏幕；有時還看見一隻生活在海底的螃蟹，似乎剛剛被「不速之客」驚醒；甚至還有一條路過的小鯊魚，它的影子倒映在海底。
隨著攝像機緩緩移動，亞特蘭蒂斯淺灘上白色的「沙灘」與黑色的岩石相互交錯的地形地貌一覽無餘。據英國卡迪夫大學克里斯托弗·馬克里德教授介 紹，由於這片海域洋流很大，海底沉積物大多被沖走，這些白色的「沙灘」其實是石灰岩，黑色岩石就是下地殼的代表性岩石——輝長岩。
經過近10個小時的搜尋，水下攝像機17日終於找到一塊合適的平坦區域。「決心」號鑽探人員連夜在此展開鑽孔重返裝置的安裝工作。他們將鑽桿、 返孔錐下部導管和底座以及一個擴孔器套在一起，緩緩放入海底。鑽桿抵達海底後，鑽頭開始鑽進。隨著鑽孔一點點深入，返孔錐下部導管和擴孔器就會一點點嵌入 鑽孔。
18日傍晚，經過整整一天鑽進，10多米長的導管和擴孔器已全部嵌入鑽孔，返孔錐底座也安裝在鑽孔口。通過月池，工人們將漏斗狀的返孔錐套在鑽桿上，讓它順著鑽桿落到海底的底座上。反轉鑽桿，擴孔器收縮，直徑變小，就可牢牢固定返孔錐。
這些安裝工作完成後，船上就可收回「打底孔」的鑽桿，換上專門鑽取岩芯的鑽桿。19日下午，岩芯鑽桿順利進入了鑽孔。科學家將這個鑽孔編號為U1473A。今後一個多月中，「決心」號將一直在這個孔里鑽取岩芯。
岩石是一定地質作用的產物，形成和穩定於一定的地質環境。每當地質環境改變，岩石也將隨之改變。因此深入研究岩石，就能窺探地球發展和演化過程的「蛛絲馬跡」。大洋鑽探猶如打入海底的「岩石探針」，直接獲取珍貴的研究樣品和科學數據。
科學家期待通過鑽取U1473A孔的岩芯，研究一系列科學問題，如下地殼的岩石是如何分層的？下地殼中有多少地幔混入？莫霍面是否代表了地幔的蝕變邊界？下地殼和含水的地幔中是否存在生命？
中外科學家將首次打穿地球殼幔邊界新華社「決心」號12月3日電（記者張建松）打超深鑽井，鑽穿地殼，直接「觸摸」到地殼與地幔的邊界，這是全世界地球科學家的理想。美國、英國...[詳細]12月3日 18:49專家回應鑽透地殼爭議:相當於在冰層上扎了個孔 2016年01月01日11:14 新京報
「決心」號上的科研人員在查看岩石樣本。它們是從西南印度洋中脊一處叫作「亞特蘭蒂斯淺灘」的海洋地下深處鑽探上來的。 供圖/國際大洋發現計劃
「決心」號上的月池（船體中間直通海水的口子）。
工作人員查看鑽壞的鑽頭。圖/新華社
鑽井示意圖
我們都曾幻想過，地球內部究竟是一個怎樣的世界？是否真如科幻作家儒勒·凡爾納《地心遊記》所描述的模樣？
近日，由美、英、中等12國科學家組成的團隊登上美國「決心」號鑽探船，開始在印度洋進行打穿地球殼幔邊界的第一次大洋鑽探。地球內部的面貌，有望在未來一步步揭開。
計劃將面臨哪些挑戰？有什麼重要意義？一些有關鑽探會引發地震和火山爆發的擔憂是否杞人憂天？對此，新京報記者專訪「決心」號上的中外專家，一一解開這些謎團。
12國科學家組成「超強」陣容
「去年12月18日到達鑽探地點後，我們開始在海底架設設備並開始鑽探。目前已經到達海底407米深的下方。如果沒出現技術問題，以平均每天45米的鑽探速度，我們可能在1月27日收工前超出預期制定的鑽探1300米的目標。」項目聯合負責人克里斯·麥克勞德對新京報記者表示。
此次是「國際大洋發現計劃」的第360航次，也是「SloMo」計劃的第一個航次。該計劃致力於在西南印度洋中脊一處名為「亞特蘭蒂斯淺灘」的地方首次打穿地殼與地幔的邊界，以驗證某種地質學上的假說。
「大洋鑽探航次獲批需要一個漫長的過程，因為程序複雜，要經過多次十分嚴格的國際科學評審。開展大洋鑽探的『國際大洋發現計劃』可能是世界上地球科學領域最大的國際科學合作計劃，由美國、日本、歐洲等國牽頭，預算為1.5億美元。中國近年來出資比例上調，每年為300萬美元。」同濟大學海洋地質國家重點實驗室周懷陽教授對新京報記者表示。
周懷陽曾擔任中國科考船「大洋一號」的首席科學家，是「中國大洋發現計劃」專家諮詢委員會推薦參與本航次的兩名中國科學家之一。不過在航次前，因國內工作臨時需要，周懷陽轉為本航次的岸上科學家，參與航次後科學研究。他的博士生馬強成為登上「決心」號的兩名中國專家之一，另一人是中科院研究員劉傳周。
科考團隊由包括岩石專家和構造地質學家、地質化學家、地質物理學家等來自12個國家的30名科學家組成，團隊聯合負責人是美國伍茲霍爾海洋研究所亨利·迪克博士和麥克勞德。除了科考團隊，「決心」號上還有88名其他人員，包括船員、鑽探操作員、操作最先進船上科學實驗室的支持團隊以及一些教育和外聯官員。
了解地球內部的構造及組成
周懷陽說，作為「國際大洋發現計劃」的成員國，中國在每個航次可以派出兩名科學家。一般是國內科學家先向「中國大洋發現計劃」專家諮詢委員會遞交申請，再由委員會推薦給「國際大洋發現計劃」委員會。因科考船需要不同專業和方向科學家的合作，因此推薦標準除了看科學家的資質，還得考慮科考需要哪個專業領域的科學家。
麥克勞德對中國專家予以高度肯定，對周懷陽未能順利登船表示遺憾。「他們（馬強和劉傳周）是『中國大洋發現計劃』下一代科學家的優秀代表，我們也希望周教授本人可以領導下一個在西南印度洋的鑽探航次。」
在多國科學家鼎力合作下，目前項目進展順利。這次鑽探與石油鑽探原理大致相似，不同的是要取得岩芯樣品，而且是在硬岩中打入到1300米的深處。
麥克勞德介紹說，「本航次最重要的工程就是鑽一個孔，達到地震邊界莫霍面，並進入地幔下面。在目前的鑽探地點，這個邊界位於海底5公里以下，需要至少三個航次才能鑽探到這個深度。估計此次能鑽到1300米的深度，留下一個能反覆進入並且能在今後航次中不斷加深的孔，我們將會沿著這個孔不斷鑽探下去。」
麥克勞德口中的「莫霍面」是以克羅埃西亞地震學家莫霍洛維奇命名的地殼與地幔的分界面，在地質科學界一直是神秘的存在。科學家只能夠通過一些間接手段、模擬實驗和複雜的計算，推測其物質組成。麥克勞德認為，通過鑽探獲取的岩芯將會為我們了解地球構造循環的核心部分提供新的見解。
「其實除了礦藏、地震、火山和其他一些地質現象，連地球表面大氣層都會受到地球內部物質及其構造的影響。這次最主要探索的莫霍面，以往僅根據地震波探測得知這個面層，但它的物質成分與構造還不清楚。我們希望能夠拿到莫霍面的岩石樣品，以印證此前的一些相關推測是否正確。」周懷陽表示。
面臨地底高溫等多項挑戰
鑽探地點位於「亞特蘭蒂斯淺灘」，這裡洋流很大，海底沉積物大部分被沖走，相比大陸地殼的平均厚度40公里來說，這裡地殼厚度僅約5公里。另外，科學家曾在該地成功打過兩個深鑽孔。新孔將與以前的兩個孔組成斷面，以便開展橫向的火成岩、變質岩與構造的層序對比研究，並且還可以調查地球深部的活動。
周懷陽解釋，石頭的形成過程就是地球的形成歷史。通過分析鑽探拿到岩石樣品的內部以及上下的相互關係，研究岩石樣品中的礦物和元素的來源，弄清它們是如何形成以及遷移轉化的。
鑒於此，獲得岩石樣本是該計劃中的重要任務，也是一大難點。今後一個多月中，「決心」號將一直在這個孔里鑽取岩芯。不過這個過程將面臨諸多挑戰，因為相比太空，人類研究地球內部的手段還十分有限。
最大的挑戰來自於如何在堅硬岩石中鑽探。周懷陽指出，鑽探地點水深大約七八百米。在這種情況下，鑽入岩石很困難，而且在打鑽的同時還要獲取岩芯，把樣品拿上來，「我們希望每鑽入一米就要取到一米的岩芯，即100%的取芯率。雖然目前的取芯率在50%以上，但之後可能會降低。」
周懷陽還表示，由於岩石堅硬，鑽具和鑽桿進程很慢，一般是1小時鑽探1米。但鑽探地點有很多斷層和裂隙，碰到裂隙時，鑽頭就會沿著裂隙縫走偏，空洞也會導致鑽桿傾斜。
不僅如此，鑽探過程中還要考慮地溫梯度的影響，即越到地底下溫度越高。周懷陽解釋說，地溫梯度一般是每深1公里溫度增加33℃，而鑽探時還會摩擦生熱，因此對於鑽具材料考驗很大。後期鑽探中的高溫可能會使一些鑽具吃不消，再加上物理磨損，鑽探一段時間後就要替換鑽具，而替換程序相當麻煩，會消耗很多時間。
相當於在冰層上「扎了個孔」
目前，科學家們已經順利獲得一些樣品，並開始進行研究和分析。鑽探的實時進展都可以在「大洋發現計劃」官網看到，在引髮網友廣泛興趣的同時，也激起一些爭議，有網友擔憂鑽探因給地球打洞而導致地震和火山活動。
「這說明我們地球科學研究的科普工作還需大大加強。」周懷陽笑著解釋說，這次鑽探僅相當於在厚厚的冰層表面上「用大頭針扎了一個孔」。周懷陽表示，地球表面很多自然形成的斷層和裂隙都比此次鑽探深得多，鑽探根本不可能造成破壞性影響。
「舉個例子，雞蛋像地球構造一樣也是三層結構，蛋殼、蛋清和蛋黃相當於地殼、地幔和地核。此次鑽探的深度，都還沒鑽破蛋殼。以目前的技術，還做不到進入蛋清，人類目前還沒有這種能力。」周懷陽補充說。
雖然隨著鑽探深度不斷加大，挑戰也越來越大。對於項目前景，麥克勞德表示，團隊成員經驗豐富，知道事情可能會有不順利，但他堅信會實現最終的目標。「以前從來沒人在一個航次中就能在海底硬岩中鑽探到如此深的深度。」麥克勞德說。
動態
工作人員生病需送醫「決心」號急赴模里西斯
2015年12月30日夜，由於船上一位工作人員生病需立即送醫，「決心」號大洋鑽探船從西南印度洋鑽探海域緊急起航，奔赴模里西斯。
據本航次首席科學家、美國伍茲霍爾海洋研究所的亨利·迪克教授介紹，雖然那位患病的工作人員沒有生命危險，但船上醫生無法確診。為確保安全，「決心」號決定連夜起航，將病人送到模里西斯的醫院治療。抵達模里西斯附近海域後，將安排直升機或船隻把病人接走，此後「決心」號將返回目標鑽探海域。如果一切順利，這一趟往返需耗費五六天時間。據新華社
海底探險歷程
●1910年
克羅埃西亞地震學家莫霍洛維奇發現，地殼和地幔間有個不連續的分界面，即莫霍面。
●1961年
科學家們首次利用動力定位技術打下了第一口科學鑽孔，在墨西哥近海3558米水深處鑽了5口深海鑽井。
●1964年
美國幾個研究單位發起組成「地球深層取樣聯合海洋機構」，提出了「深海鑽探計劃」。
●1968年
深海鑽探計劃開始實施，至1983年計劃結束，「格洛瑪·挑戰者」號船完成鑽探站位624個，實際鑽井逾千口。
●1970年
前蘇聯在科拉半島進行科學鑽探，最深的一個鑽孔達12262米。
●1985年
由於前蘇聯、德、法、英、日等國相繼加入，深海鑽探計劃升級為國際性的大洋鑽探計劃。
●1998年
中國加入大洋鑽探計劃，並作為第184航次主導者，於1999年在南海順利實施中國的首次大洋鑽探。
●2003年
國際大洋鑽探計劃轉入綜合大洋鑽探新階段。鑽探船由一艘增加到兩艘以上，鑽探範圍擴大到全球海區。
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