利維坦按：很遺憾，至今為止，我們并未像凡爾納《地心游記》中描述的那樣，在地心發(fā)現(xiàn)海洋、巨型的植物，以及古人類的骸骨，我們甚至還未鉆透地殼——和耗費(fèi)巨資探索太空相比，海洋深處乃至地幔，對(duì)于我們來說仍舊是個(gè)謎。
相較于德國(guó)人鉆井的嚴(yán)謹(jǐn)，蘇聯(lián)人對(duì)于科拉超深井的鉆掘似乎有些隨性：雖說后者直到7000米深鉆井過程都相對(duì)平穩(wěn)（鉆過了堅(jiān)硬的花崗巖），在這個(gè)深度之后鉆頭進(jìn)入了較為不堅(jiān)硬的層狀巖石，在經(jīng)過它們的時(shí)候井身開始因空洞而剝落。結(jié)果鉆柱被巖石卡住，鉆頭在提升過程中脫落。鉆柱丟失段被水泥封固住，鉆井在鉆具偏離的情況下繼續(xù)開掘。這樣的事故不止一次的發(fā)生，因此鉆井持續(xù)了好幾年。
藝術(shù)家們偏愛想象，因此將深井中的聲音理解成地獄的哀嚎倒也在情理之中，不過，未來鉆到地幔，說不定真會(huì)遇到另外一個(gè)完全陌生的生物世界呢。
文/Mark Piesing
譯/紅蓮螺巖
校對(duì)/何里活
原文/www.bbc.com/future/story/20190503-the-deepest-hole-we-have-ever-dug
本文基于創(chuàng)作共同協(xié)議（BY-NC），由紅蓮螺巖在利維坦發(fā)布
文章僅為作者觀點(diǎn)，未必代表利維坦立場(chǎng)
地處俄羅斯廣袤版圖的偏遠(yuǎn)角落，科拉半島（Kola Peninsula）上的湖光、樹影、迷霧、飛雪都讓這篇土地看起來像是世外仙境。但是在這樣一片自然風(fēng)光之中，突兀地聳立著一座前蘇聯(lián)時(shí)期遺留下的廢棄研究站。在這座搖搖欲墜的建筑物中央，覆蓋著臟土和雜物的水泥地板上，鑲嵌著一枚看起來很厚重的，生銹的鐵蓋子，在它上面釘著一圈同樣生滿鐵銹的鉚釘。
左圖：上世紀(jì)70年代拍攝的科拉超深鉆孔設(shè)施全貌。右圖：2009年拍攝到的主塔坍塌照片。圖源：imgur
鉆孔洞口處被巨大的金屬蓋封住，洞口尺寸可以參照右側(cè)的安全帽。圖源：imgur
借用一句坊間傳聞，這就是地獄的入口了。
這個(gè)金屬蓋就是著名的“科拉超深鉆孔”（Kola Superdeep Borehole），地球上最深的人造洞穴，也是迄今為止人為從地表向下達(dá)到的最深距離。從這個(gè)金屬蓋子向下，延伸著12.2公里深的人造結(jié)構(gòu)，因此當(dāng)?shù)厝诵攀牡┑┑卣f，在這里你能聽到地獄中那些受拷打的靈魂發(fā)出哀嚎。如果真有什么哀鳴的話，也許是因?yàn)檫@一向地球深處鉆洞的偉大計(jì)劃花費(fèi)了整整20年時(shí)間，好不容易挖到了這里，卻在蘇聯(lián)解體之后俄羅斯的混亂之中被迫磨平了最后的一點(diǎn)資金支持——即使鉆到了這樣的深度，距離穿透地殼（Crust）到達(dá)地幔（Mantle）也還有三分之一的遙遠(yuǎn)路程。
該鉆孔計(jì)劃達(dá)到12公里深的紀(jì)念照片，顯然曾經(jīng)的設(shè)想是挖掘到地表下15公里的深處。圖源：superdeep.pechenga.ru
超深鉆孔并不只是前蘇聯(lián)的獨(dú)家遺物，在冷戰(zhàn)時(shí)期，美蘇競(jìng)賽中的一項(xiàng)就是動(dòng)用巨大的國(guó)力向地殼盡可能深地鉆孔，甚至是比賽誰先達(dá)到地幔。
今天，日本也躍躍欲試要加入這一鉆孔比賽。
另外，前蘇聯(lián)的超深鉆孔還有一個(gè)來自德國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)者，又名國(guó)際大陸科學(xué)鉆探計(jì)劃（International Continental Scientific Drilling Program），參與該計(jì)劃的一位年輕科學(xué)家烏利·哈姆斯（Uli Harms）說：“當(dāng)美蘇雙方剛開始在地上打鉆的時(shí)候，也是鐵幕落下的年代，雙方順理成章地開始競(jìng)賽。也許其中一個(gè)主要的誘因，就是前蘇聯(lián)方面并不會(huì)公開這項(xiàng)研究獲得的真正資料。”
“當(dāng)年前蘇聯(lián)人開始鉆孔的時(shí)候，他們聲稱在深洞中發(fā)現(xiàn)了自由水（Free Water，指在生物體內(nèi)或細(xì)胞內(nèi)可以自由流動(dòng)的水），大多數(shù)西方科學(xué)家根本不相信這一發(fā)現(xiàn)是真實(shí)的。因?yàn)楫?dāng)時(shí)西方學(xué)界已經(jīng)普遍達(dá)成共識(shí)，認(rèn)為5公里深的地殼物質(zhì)密度極高，水不可能滲透到這樣的深度?！?/span>
曾經(jīng)參與過科拉超深鉆孔計(jì)劃的地質(zhì)學(xué)家尤里·斯米爾諾夫（Yuri Smirnov）向媒體展示一些紀(jì)念品，這是1984年制作的一份科拉超深鉆孔巖石樣本禮品。圖源：Annette Wolfsberger
日本海洋地球研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（國(guó)立研究開発法人海洋研究開発機(jī)構(gòu)）的項(xiàng)目經(jīng)理肖恩·托茨科（Sean Toczko）說，“今天日本的這項(xiàng)新的鉆孔計(jì)劃，其終極目標(biāo)就是到達(dá)地幔，并從地幔中獲得此時(shí)此刻生存于那里的生物樣本。地球上有些地方的地幔距離地表更近一些，比如阿曼蘇丹國(guó)（Oman）一帶，地幔很接近地表，但是那里的地幔還保留著幾百萬年以前的狀態(tài)?！?/span>
“這兩種不同地幔的區(qū)別，就相當(dāng)于發(fā)現(xiàn)了活生生的恐龍，與發(fā)現(xiàn)恐龍化石二者之間的區(qū)別?！?/span>
圖源：Universe Today
如果把地球比喻成一顆洋蔥，地殼就相當(dāng)于洋蔥表面最薄的一層表皮。大陸地殼的平均厚度只有40公里左右，而地殼覆蓋之下的地幔，厚度大約2865公里，地幔包裹著的就是地核，正是我們這顆星球的內(nèi)核。
世界上一些洞穴鉆井的深度對(duì)比，需注意科拉深井的鉆井路線并非垂直的。另外，伯沙·羅杰斯鉆洞由一家天然氣開發(fā)公司GHK于1974年鉆成，是當(dāng)時(shí)世界上的最深鉆孔。圖源：beyondsciencetv
就像冷戰(zhàn)時(shí)期的太空競(jìng)賽，向未知的地核進(jìn)發(fā)的這場(chǎng)“挖掘深層國(guó)界”競(jìng)賽同樣展現(xiàn)了非凡的尖端科技，工程師和科學(xué)家們到達(dá)了以往沒有人能夠企及的深度。從這些超深鉆孔中取出的巖石樣本，與美國(guó)航天局從月球帶回的巖石樣本具有同等重要的科研價(jià)值。太空競(jìng)賽與深洞競(jìng)賽唯一的區(qū)別，也許就是美國(guó)當(dāng)年并沒有贏得這場(chǎng)比賽，事實(shí)上，這場(chǎng)比賽并沒有贏家。
“蘇聯(lián)人從20世紀(jì)70年代開始在北極圈內(nèi)鉆孔。”
打響這場(chǎng)競(jìng)賽頭一槍的是美國(guó)人，早在20世紀(jì)50年代，名字很大氣的美國(guó)百科學(xué)會(huì)（American Miscellaneous Society）提出了史上第一個(gè)挖掘到地幔的嚴(yán)肅科研計(jì)劃。該學(xué)會(huì)還有一個(gè)地下的飲酒集會(huì)，成員全部是當(dāng)時(shí)美國(guó)科學(xué)界的頭號(hào)人物。由他們提出的貫穿地殼、抵達(dá)地幔的挖掘計(jì)劃名叫“莫霍面鉆探計(jì)劃”（Mohole Drilling Project），該計(jì)劃取名自“莫霍界面”（Mohorovi?i? discontinuity），即地殼與地幔的分界面。
根據(jù)美國(guó)紀(jì)實(shí)作家約翰·斯坦貝克（John Steinbeck）的描述，當(dāng)時(shí)這只美國(guó)地下遠(yuǎn)征隊(duì)并沒有打算從地表開始鉆孔，而是決定走個(gè)捷徑，從太平洋海底開始挖掘，挖掘點(diǎn)位于墨西哥西部城市瓜達(dá)盧佩海域。
從海底開始鉆孔的優(yōu)勢(shì)是那里的地殼更薄，但劣勢(shì)在于，地殼最薄的挖掘點(diǎn)，往往也是海底最深的地方。
前蘇聯(lián)是從20世紀(jì)70年代開始加入這場(chǎng)競(jìng)賽的，當(dāng)時(shí)他們?cè)诒睒O圈內(nèi)鉆孔。到了20世紀(jì)90年代，德國(guó)大陸深鉆計(jì)劃項(xiàng)目（Kontinentales Tiefborh programm der Bundesrepublik Deutschland）于德國(guó)巴伐利亞地區(qū)正式啟動(dòng)——該計(jì)劃最終達(dá)到的深度是9公里。
所有這些地下探險(xiǎn)隊(duì)都遇到了相同的問題，因?yàn)榫拖裢瓿傻窃氯蝿?wù)一樣，整個(gè)探險(xiǎn)計(jì)劃涉及到的技術(shù)都需要從頭開始發(fā)明創(chuàng)造。
莫霍面鉆探計(jì)劃在1961年終于開始在海床上鉆孔，但是以當(dāng)時(shí)的技術(shù)來說，想要實(shí)現(xiàn)今天各國(guó)的深海石油、天然氣鉆井作業(yè)仍然是天方夜譚。當(dāng)時(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有發(fā)明出如今的一些關(guān)鍵技術(shù)，比如動(dòng)態(tài)定位（Dynamic Positioning），必須借助這一技術(shù)才能確保鉆井船能在鉆井點(diǎn)上方保持其位置不變。由于缺乏技術(shù)支持，當(dāng)時(shí)的工程師們不得不劍走偏鋒，他們?cè)阢@井船的底部，沿著船底周圍安裝了一圈螺旋槳，借此盡可能保證鉆井船能維持自己的位置不變。
1961年的報(bào)紙對(duì)這次鉆探進(jìn)行報(bào)道，并刊登了2幅照片。左圖：搭載于船體側(cè)方的發(fā)動(dòng)機(jī)在安裝之前的照片，其螺旋槳將從側(cè)面給船體施加推力。右圖：鉆井船側(cè)方可以看到穩(wěn)定發(fā)動(dòng)機(jī)螺旋槳攪動(dòng)出的水花。圖源：mantleplumes.org
“尼爾·阿姆斯特朗（Neil Armstrong）成功踏上月球的前兩年，美國(guó)國(guó)會(huì)取消了對(duì)蘇聯(lián)人從20世紀(jì)70年代莫霍面鉆探計(jì)劃的資金支持，當(dāng)時(shí)該計(jì)劃的代價(jià)正失控般地變成一個(gè)無底洞。”
另一邊，擺在德國(guó)工程師面前的難題是盡可能鉆探一個(gè)垂直的鉆孔。他們最終找到的解決方案，如今已經(jīng)是全球石油天然氣鉆井領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。
“蘇聯(lián)人的經(jīng)驗(yàn)中，最明確的一條教訓(xùn)就是你必須打一條盡可能垂直的鉆孔，否則的話，你就是在增加扭矩，讓鉆孔變得越來越彎曲，”烏利·哈姆斯說，“解決方案在于研發(fā)一個(gè)垂直方向的鉆孔系統(tǒng)，然而德國(guó)大陸深鉆計(jì)劃項(xiàng)目之中，這樣一個(gè)垂直鉆孔系統(tǒng)只能保證7.5公里深的垂直鉆孔。在最后的1.5至2公里鉆孔中，孔洞還是偏離了軌道，鉆孔終點(diǎn)與垂直點(diǎn)的距離大約200米。”
德國(guó)大陸深鉆計(jì)劃項(xiàng)目鉆孔周圍的三維視圖，以及土壤、巖石分析。圖源：Advances in Geosciences
“我們嘗試過利用一些俄羅斯在20世紀(jì)90年代早期或者80年代晚期使用的技術(shù)，當(dāng)時(shí)俄羅斯變得更開放，與西方合作的意向也更強(qiáng)，”烏利·哈姆斯補(bǔ)充道，“不幸的是，當(dāng)時(shí)我們沒能及時(shí)獲得相關(guān)的設(shè)備?！?/span>
不管怎么說，所有的這些探險(xiǎn)隊(duì)都以某種失敗告終，有些鉆孔計(jì)劃一開始就埋下禍根，也有一些中途碰觸到地下的屏障。更不必說他們的設(shè)備會(huì)在地下遭受長(zhǎng)時(shí)間高溫，鉆孔以外的世界還存在經(jīng)費(fèi)、政策相關(guān)的種種困難——為了科學(xué)家的夢(mèng)想付出了種種代價(jià)之后，他們不斷鉆得更深，不斷打破最深鉆孔的記錄。
尼爾·阿姆斯特朗（Neil Armstrong）成功踏上月球的前兩年，美國(guó)國(guó)會(huì)取消了對(duì)莫霍面鉆探計(jì)劃的資金支持，當(dāng)時(shí)該計(jì)劃的代價(jià)正失控般地變成一個(gè)無底洞。科研人員從這個(gè)鉆孔中最后取出的幾米長(zhǎng)的玄武巖樣本，其代價(jià)大約相當(dāng)于今天的4000萬美元。
“當(dāng)荷蘭藝術(shù)家洛特·吉文把一枚由隔熱板保護(hù)的麥克風(fēng)下放到德國(guó)鉆孔中時(shí)，它監(jiān)聽到了一種科學(xué)家無法解釋的低沉的隆隆聲?！?/span>
接過這枚接力棒的，就是科拉超深鉆孔。這次鉆孔計(jì)劃于1992年最終停止，鉆孔終點(diǎn)位置的地殼，正常狀態(tài)下溫度達(dá)到180℃，而當(dāng)時(shí)的技術(shù)以及人力物力都不可能繼續(xù)鉆探。隨著前蘇聯(lián)解體，這樣宏大的科研項(xiàng)目找不到資金支持——蘇聯(lián)解體之后的第三年，全部科研設(shè)施關(guān)停。如今這片荒蕪的廢棄建筑物只有荒野探險(xiǎn)者偶爾光顧。
科拉超深鉆孔的信息表格，放大后可以從立體圖中看到科拉鉆孔曾經(jīng)嘗試過4個(gè)不同的鉆孔路線。圖源：superdeep.pechenga.ru
只有德國(guó)的鉆孔逃避了其他鉆孔被廢棄的命運(yùn)，巨大的鉆機(jī)還在原位——如今是一個(gè)旅游景點(diǎn)——但是今天起重機(jī)下放到鉆孔中的只是一些測(cè)量?jī)x器，而非鉆頭。這一鉆孔如今只是一個(gè)觀測(cè)地球內(nèi)部的觀測(cè)點(diǎn)，有時(shí)甚至充當(dāng)美術(shù)館的角色。
當(dāng)荷蘭藝術(shù)家洛特·吉文（Lotte Geeven）把一枚由隔熱板保護(hù)的麥克風(fēng)下放到德國(guó)鉆孔中時(shí)，它監(jiān)聽到了一種科學(xué)家無法解釋的低沉的隆隆聲。洛特說，這種隆隆聲讓她“感到自己非常渺小，這是我有生以來第一次感覺到我們賴以生存的這顆星球本身變得活生生的，它發(fā)出的聲音就像是鬼哭狼嚎。”她還說，“一些人說這聲音聽起來像是地獄之聲，也有人說聽起來像是這顆星球的呼吸聲。”
2013年荷蘭藝術(shù)家洛特·吉文在鉆孔大約9公里的深處錄制了這段聲音。事實(shí)上，當(dāng)時(shí)條件并不允許使用麥克風(fēng)作為錄音設(shè)備，而是聲波傳感器和檢波器，最終將獲得的數(shù)據(jù)重新映射成音頻文件。視頻來源：Vemio
對(duì)于德國(guó)的超深鉆孔計(jì)劃科學(xué)家來說，當(dāng)時(shí)的情況并沒有這么詩(shī)情畫意，烏利·哈姆斯說：“我們當(dāng)年的計(jì)劃是超過前蘇聯(lián)超深鉆孔的深度，但實(shí)際上我們還沒有達(dá)到10公里這一里程碑。一個(gè)重要原因是，我們鉆孔的打鉆點(diǎn)，比俄羅斯人的打鉆點(diǎn)要熱得多，因此對(duì)于我們來說，想要鉆到更深的地方就更難。”
“當(dāng)時(shí)是20世紀(jì)90年代初，我們也找不到什么好的理由來籌集資金推進(jìn)這項(xiàng)計(jì)劃，因?yàn)闁|西德的統(tǒng)一就已經(jīng)耗費(fèi)了大量資金。”
所有的這些鉆探計(jì)劃，都很難在公眾面前甩掉這樣一種印象：今天向地幔挖掘的科研計(jì)劃，就是經(jīng)典科幻小說《地心探險(xiǎn)記》（Journey to the Centre of the Earth）的現(xiàn)代版本。雖然這些科學(xué)家并不期待發(fā)現(xiàn)什么充滿恐龍的地洞，但他們的確紛紛把自己的項(xiàng)目稱為“探險(xiǎn)”。
“我們把它稱之為探險(xiǎn)、遠(yuǎn)征，是因?yàn)樵诨I備和執(zhí)行過程中的確要花費(fèi)相當(dāng)大的人力物力，而且你真的要深入絕對(duì)的無人地帶去探測(cè)，這在今天已經(jīng)是非常非常不一般了。”
“‘這些計(jì)劃有一個(gè)共同點(diǎn)，它們都很像星際遠(yuǎn)征。’——戴蒙·迪格”
“在地下深處，你總能找到一些驚人的發(fā)現(xiàn)，特別是當(dāng)你挖掘到地殼深處的時(shí)候?！?/span>
“如果我們重新分析德國(guó)大陸深鉆計(jì)劃項(xiàng)目、科拉超深鉆孔，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)這些項(xiàng)目真正開始進(jìn)行的時(shí)候，整個(gè)計(jì)劃最終目標(biāo)背后的相關(guān)理論，可能已經(jīng)是三四十年前的落后理論了。”
“這些計(jì)劃都有一個(gè)共同點(diǎn)，他們都很像星際遠(yuǎn)征計(jì)劃。”南安普敦大學(xué)國(guó)家海洋學(xué)中心、海洋與地球科學(xué)院、地質(zhì)化學(xué)教授戴蒙·迪格（Damon Teagle）如是說，他在如今日本提出的最新鉆探計(jì)劃中擔(dān)任重要角色。“它們是純粹的科學(xué)探索，你永遠(yuǎn)無法確切預(yù)判自己將會(huì)發(fā)現(xiàn)什么。”
“比如在深海鉆探計(jì)劃（Deep Sea Drilling Project）和海洋鉆探計(jì)劃（Ocean Drilling Program）中，曾經(jīng)兩次鉆探的編號(hào)1256鉆井，在這里人類第一次看到了完整的深海地殼。在此之前沒有人曾經(jīng)看到過這樣的樣本，這樣的經(jīng)歷令人非常興奮，總是有驚喜在等著你?！?/span>
今天，在另一項(xiàng)深鉆計(jì)劃國(guó)際海洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃（International Ocean Discovery Program）之中，“穿越莫霍界面到達(dá)地幔項(xiàng)目”（MoHole to Mantle）正進(jìn)行到關(guān)鍵環(huán)節(jié)。就像幾十年前的“莫霍面鉆探計(jì)劃”，科學(xué)家希望能在地殼最薄的海床進(jìn)行鉆探，大概只有6公里深。這一耗資10億美元的計(jì)劃，其核心目標(biāo)是在人類歷史上首次挖掘出地幔巖石樣本，而非化石樣本。
為了完成這一壯舉，巨大的鉆井船“地球號(hào)”（ちきゅう）早在20年前就開始為該項(xiàng)計(jì)劃建造?！暗厍蛱?hào)”上搭載的GPS系統(tǒng)和6個(gè)電腦控制的推進(jìn)器可以將船體的位移精確到50厘米。
“地球號(hào)”上搭載的6個(gè)方位推進(jìn)器不僅可以隨時(shí)改變動(dòng)力的方向，還可以隨時(shí)控制推進(jìn)力。由于海面上海流和風(fēng)的作用力隨時(shí)在變化，因此6個(gè)推進(jìn)器必須保證時(shí)刻做出全面的反應(yīng)。圖源：jamstec.go.jp
肖恩·托茨科說：“這艘船將繼續(xù)傳遞火炬，完成半個(gè)世紀(jì)以前莫霍面鉆探計(jì)劃無法完成的任務(wù)。以往的超深鉆孔已經(jīng)讓我們了解到很多關(guān)于大陸地殼的信息，而今天我們要嘗試去做的，就是了解更多地殼、地幔邊界處的信息。”
“‘這些計(jì)劃非常昂貴，因此無法一遍遍重復(fù)去嘗試。’——烏利·哈姆斯”
“目前最嚴(yán)峻的工作就是選擇一個(gè)最佳的鉆孔點(diǎn)，備選鉆點(diǎn)一個(gè)在哥斯達(dá)黎加，一個(gè)在沙特阿拉伯的巴哈，還有一個(gè)在夏威夷?！?/span>
肖恩·托茨科補(bǔ)充道：“每一個(gè)鉆點(diǎn)都面臨在三個(gè)問題之間權(quán)衡——鉆點(diǎn)位置的海洋深度、鉆點(diǎn)與海岸的距離、岸上建造基地的難度，畢竟，這是一項(xiàng)全天候數(shù)億美元的海上作業(yè)。所有這些基礎(chǔ)設(shè)施都可以建造，但這些同樣需要花費(fèi)時(shí)間和金錢?！?/span>
烏利·哈姆斯認(rèn)為：“最后所有問題都?xì)w結(jié)于經(jīng)費(fèi)問題，因?yàn)檫@些探險(xiǎn)計(jì)劃非常昂貴，因此無法一次次重復(fù)嘗試。這樣的計(jì)劃可能耗費(fèi)了幾億歐元——但只有一小部分用于地球科學(xué)的理論研究，剩下的都必須投入到技術(shù)研發(fā)，以及基礎(chǔ)運(yùn)營(yíng)建設(shè)這兩方面?！?/span>
“如此看來，我們需要的是一些出色的政治家去游說這些探險(xiǎn)研究的價(jià)值?！?/span>
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