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苏联挖穿地球项目,为何挖到12262米突然停止?


1984年9月27日,苏联科拉半岛一处钻探现场,一根5000米长的钻杆在地下突然断裂,整根金属柱垂直砸进井底,再也捞不出来。

工程师们盯着仪表沉默了很久——他们刚刚钻到12066米,离15000米的目标只剩不到3公里,可这一断,等于把最难打的几千米,白干了。


这就是科拉超深钻孔,人类迄今钻出的最深人工孔洞。它常被误称为"挖穿地球计划",其实苏联人的目标没那么夸张:他们想钻穿地壳,抵达地壳与地幔的分界面——莫霍面。


地球半径约6371公里,从外到内分为地壳、地幔、地核三层。地壳是最外面的一层薄壳,像鸡蛋壳一样,但它并不均匀:大陆地壳平均厚30到40公里,青藏高原一带能到70公里;

大洋地壳只有5到7公里。

地壳下面是地幔,主要由橄榄岩等超基性岩构成。地壳和地幔之间那个物理性质突变的分界面,就是莫霍面。


这个名字来自克罗地亚地震学家安德烈·莫霍洛维奇。

1909年,他在分析地震波数据时发现,地震波传到地下某个深度时速度会突然加快,说明上下两层物质密度不同。这个界面后来就被命名为"莫霍洛维奇不连续面"。


而这场"钻地竞赛",最早是美国挑起的。1957年,美国科学家W.H.蒙克和H.H.赫斯在阿斯彭地球物理研讨会上正式提出"莫霍计划",打算从深海下手——因为大洋地壳比陆地薄得多,理论上更容易钻穿。

1961年,他们在墨西哥湾外水深3600米的海底往下钻了183米,拿到了第一批洋壳样本。虽然离莫霍面还差得远,但这次试验验证了深海钻探的可行性。之后国会因预算问题在1966年终止了该项目。


美国没有就此放弃,而是转向了更系统的"深海钻探计划"(DSDP)。1968年,一艘叫"格洛玛·挑战者号"的钻探船正式启航。

这艘船长121米、排水量10500吨,配备了当时最先进的动力定位系统和再进钻孔装置,能在深海精确保持位置、反复进入同一个钻孔更换钻头。

从1968年到1983年,它跑了96个航次,钻了624个站位,足迹遍布大西洋、太平洋和印度洋,回收岩心总长超过9.5万米。


这些岩心带回了一个颠覆性的事实:大洋地壳年龄不超过1.7亿年,而且离大洋中脊越近越年轻,越远越老。这直接为板块构造学说提供了铁证——海底在扩张,老地壳在俯冲消亡,地球表面是活动的。

此外,它还在地中海发现了石膏和岩盐,证实了地中海曾经干涸的古盐度危机;

在罗斯海发现了天然气水合物;创立了古海洋学这个全新学科。可以说,DSDP用一根钻杆,改写了人类对地球的认知。


苏联不甘心在海上被美国领先,决定换个思路:既然海上难搞,那就从陆地上硬啃。

1970年5月24日,科拉超深钻孔正式开钻。地点选在靠近挪威边境的科拉半岛,那里地表附近出露着距今约30亿年的太古宙片麻岩和花岗岩,地质条件相对"单纯"。


起初一切顺利。前3000米,钻头穿过了坚硬的花岗岩层,地质情况和教科书预测基本吻合。

但当深度接近7000米时,意外出现了。按照当时主流的康拉德不连续面理论,科学家推测下方应该从花岗岩过渡到玄武岩。

然而取上来的岩芯显示——花岗岩仍然存在,只是内部出现了大量裂隙和变形。

原来地震波反映的并不一定是岩性变化,而是岩石物理状态的改变。这个发现,直接修正了当时对地壳结构的认知。


更让人震惊的是,在7000米深处,钻头意外进入了一片充满高压液态水的岩层。

这些水不是从地表渗下去的,而是岩石矿物中的氢和氧在地质作用下化学反应生成的,含有极高浓度的矿物质。这一发现颠覆了"深部地壳应该极其干燥"的传统认识。


紧接着,科学家在约6000米深处的岩心中,发现了24种远古单细胞浮游生物的化石,它们生活在二十多亿年前,被有机碳和二氧化硅构成的微观结构保护着,躲过了高温高压的破坏。

在此之前,许多地质学家认为,复杂的有机物,很难在地下超过3000米的环境中长期保存。


然而,真正的拦路虎还在后面。随着钻探继续深入,井底温度开始失控。原本预计12000米深处的温度约为100摄氏度,实际测量却达到了180摄氏度——如果钻到15000米,温度会飙升至300摄氏度。

在这样的温度和压力下,岩石不再像石头,而是变得有塑性,慢慢向井筒内挤压。每次把钻具提上来换钻头,又软又烫的岩石就流回孔里,好比往一锅快凝住的麦芽糖里插筷子,筷子一拔,洞就合上了。


与此同时,设备损耗也到了极限。万米之下,数千米长的钢制钻杆在高温高压下柔软得像面条,随时可能断裂。

1984年那根5000米钻杆的断裂,就是最惨重的一次事故。

工程队从7000米处重新侧钻,花了整整六年才钻回12000米。1989年,钻孔达到12262米,之后再也无法向下推进一米。


而且技术上的坎,有钱有时间还能慢慢磨。可偏偏在这时候,钱没了。1991年苏联解体,新生的俄罗斯财,开始“休克疗法”,科拉深孔项目预算被砍到不足鼎盛期的10%。

1992年主动钻进停止,1994年经费彻底中断,现场设施逐渐废弃,2008年井口被焊接封死。


网上流传的"挖到地狱、听见哀嚎",纯属传说。

所谓"惨叫声",其实是钻头振动与井壁摩擦产生的低频声波经井筒共振放大后的效果,加上小报杜撰和恐怖电影音效的拼接,越传越玄。


科拉项目虽然没钻到莫霍面,但它留下的科学遗产远超预期:修正了地壳结构模型,发现了深部地下水循环系统,刷新了生命存在的深度极限。

而它的失败也告诉后人——陆地钻探莫霍面几乎不可能,真正的突破口在海洋。


如今,接力棒传到了中国手里,而且中国走的是"两条腿":陆地和海洋同时推进。


陆地上,2025年1月,我国首口超万米科探井"深地塔科1井"在塔里木盆地完钻,深度10910米,成为亚洲第一、世界第二垂深井。

这口井从2023年5月开钻,历时近600天,连续钻穿12套不同岩性和压力层系的地层,井下最高温度约220摄氏度,压力达145兆帕。

更令人振奋的是,它在全球首次在陆地万米深层发现了油气显示,并成功取出了我国首份地下万米岩芯标本——一块距今5.4亿年的寒武纪岩石,珍贵程度堪比月壤。


海洋上,更大的重器已经就位。2024年11月17日,我国首艘自主设计建造的大洋钻探船"梦想号"在广州正式入列,使中国成为继美国、日本之后全球第三个拥有大洋钻探船的国家。

这艘船长179.8米、排水量42600吨,续航力15000海里,自持力120天,能在6级海况下正常作业。

它的钻机理论最大钻深11000米,是全球唯一具备这一能力的钻探船。


按照规划,"梦想号"未来的目标直指莫霍面。科学家选定的首选区域是西南印度洋中脊——那里是超慢速扩张洋中脊,岩浆供应不足,地壳异常薄,最薄处仅约3到5公里,是地球上莫霍面最接近海底表面的地方。

如果能在那里钻穿完整的大洋地壳、获取原位未受污染的地幔样品,将是地球科学领域的里程碑事件。

这项任务也被《自然·地球科学》期刊列为全球最值得关注的科学事件之一。


从科拉半岛的冰雪荒原,到塔克拉玛干的漫漫黄沙,再到印度洋深处的波涛之下,人类向地心进发的脚步从未停歇。

地球半径6371公里,12262米只钻透了0.2%,但正是这微不足道的一点点深入,让我们看见了地下水的来源、远古生命的痕迹,以及脚下这颗星球真正的模样。