地心之旅

通過(guò)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，人類最遠(yuǎn)已經(jīng)能夠看到距離地球140億光年的天體，人類發(fā)射的各種太空探測(cè)器已經(jīng)成功造訪了太陽(yáng)系的七大行星，人類的足跡甚至已經(jīng)印在了月球上。然而，我們對(duì)自己腳下的地球卻知之甚少。

地心究竟有什么?為什么說(shuō)“上天容易入地難”?讓我們循著科學(xué)家的思路去探究深藏地心的秘密。

1 進(jìn)入地下巨型水晶洞

19世紀(jì)的著名科幻大師儒勒·凡爾納的作品《地心游記》講述了林登布羅克教授等人進(jìn)入地心探索的故事，而今天科學(xué)家深入墨西哥地下水晶洞的探險(xiǎn)活動(dòng)，稱得上是一部現(xiàn)代版的《地心游記》。

2007年6月，一支由地質(zhì)學(xué)家?guī)ьI(lǐng)的美國(guó)洞穴探險(xiǎn)隊(duì)，對(duì)墨西哥奇瓦瓦沙漠中的一個(gè)巨大的地下水晶洞進(jìn)行了勘測(cè)。由于洞里的溫度太高，濕度很大，為安全起見，探險(xiǎn)隊(duì)員們個(gè)個(gè)都是全副武裝，看上去就像進(jìn)行太空行走的宇航員。

為安全起見，探險(xiǎn)隊(duì)員們身穿前后縫有十?dāng)?shù)個(gè)手掌大小冰袋的背心，外面套一件醒目的橘色洞穴探險(xiǎn)服。他們的裝備還包括頭盔、戴在頭上的小型照明燈、可以吹出冷風(fēng)的呼吸面罩，以及手套和靴子，可謂全副武裝。但是，即便保護(hù)得如此嚴(yán)密，當(dāng)隊(duì)員們走進(jìn)水晶洞時(shí)，仍然還是感到一股洶涌而來(lái)的、難以抵擋的熱浪，他們的衣服立即被汗水濕透。為防止中暑，隊(duì)員們每次進(jìn)洞的時(shí)間不得超1過(guò)20分鐘。

進(jìn)入水晶洞，只見一根根巨大的水晶柱晶瑩剔透，發(fā)出透明或半透明的金屬光澤，讓人感覺仿佛走進(jìn)了一座地下“冰晶叢林”，景象極為壯觀。洞中有170多根巨大的水晶柱，最大的高達(dá)15米，直徑達(dá)12米。洞中的地面上和巖壁上還有一簇簇體積較小卻同樣晶瑩無(wú)瑕的水晶塊。

這是迄今發(fā)現(xiàn)的世界最大的水晶洞。位于墨西哥奇瓦瓦的奈卡山礦區(qū)地下約300米處，是石灰?guī)r中的一個(gè)馬蹄形的空穴。它是在2000年4月被一對(duì)墨西哥礦工兄弟意外發(fā)現(xiàn)的。

當(dāng)時(shí)，他們被眼前的所見驚得目瞪口呆，立即向墨西哥采礦公司的總工程師羅伯特·岡薩雷斯做了報(bào)告。后者意識(shí)到這是一個(gè)巨大的寶藏，果斷下令改變?cè)鹊耐诰蛴?jì)劃。但即使這樣，還是有幾根水晶柱因有人試圖移動(dòng)而遭受了一定程度的損害。還有一個(gè)礦工受水晶洞里的巨大財(cái)富的誘惑，偷偷地從一個(gè)小洞潛入水晶洞，結(jié)果喪生洞里。當(dāng)他的尸體被人發(fā)現(xiàn)時(shí)，早已被洞中熱氣騰騰的水蒸氣烘烤得硬梆梆的了?，F(xiàn)在，為了保護(hù)這個(gè)稀世罕有的水晶洞，人們已經(jīng)在洞口安裝了鐵門。

奈卡山礦區(qū)是墨西哥鉛銀產(chǎn)量最大的礦區(qū)，同時(shí)也以盛產(chǎn)水晶而聞名。不過(guò)，雖然以前也有礦工發(fā)現(xiàn)過(guò)少量的小塊水晶，但從沒發(fā)現(xiàn)過(guò)如此大規(guī)模的水晶礦藏，連科學(xué)家也為之驚訝。那么，如此大規(guī)模的水晶礦藏究竟是怎樣形成的呢?

在對(duì)留存在水晶內(nèi)的氣泡進(jìn)行了仔細(xì)的研究后，科學(xué)家描繪了水晶洞形成的“時(shí)間之旅”——大約2600萬(wàn)年前，奇瓦瓦地區(qū)的火山活動(dòng)開始活躍起來(lái)，奈卡山在這一過(guò)程中誕生。在奈卡山的地下約4千米處，有一個(gè)巖漿房，在巨大的地心壓力下，巖漿裹挾著各種礦物質(zhì)不斷地從斷層縫隙向上涌入礦床。大約60萬(wàn)年前，巖漿逐漸冷卻，礦物質(zhì)開始從水中沉淀出來(lái)。在適宜的溫度、濕度，以及相對(duì)封閉的環(huán)境下，由礦物質(zhì)形成的微小晶體越變?cè)酱?，最終形成了今天人們所看到的巨大的水晶柱。

水晶洞的形成過(guò)程還反映了周圍環(huán)境的變化。在水晶洞附近的其他一些洞穴里，或者因?yàn)闇囟炔环€(wěn)定，或者受其他環(huán)境條件變化的影響，只能產(chǎn)生一些較小的水晶礦。而水晶洞里的環(huán)境在千萬(wàn)年間沒有發(fā)生過(guò)大的變化，洞中的溫度始終保持在44攝氏度以上，濕度90％～100％。也就是說(shuō)，水晶柱一直處于水汽氤氳之中(人在這樣的環(huán)境中只能呆6至10分鐘)。

地面上，火山爆發(fā)，冰雪覆蓋，周而復(fù)始地改變著地表的面貌；而在不為人知的地底下，巨大的水晶緩慢而穩(wěn)定地生長(zhǎng)著。直到1985年，礦工們?yōu)榱私档偷叵滤?，用巨大的水泵抽水，無(wú)意中排干了洞穴中的水，這才終止了水晶的繼續(xù)生長(zhǎng)。 如今，科學(xué)家還在對(duì)這個(gè)巨大的水晶洞進(jìn)行深入研究：挪威科學(xué)家從洞中提取樣本進(jìn)行鈾釷年代測(cè)定，初步推斷：最大的水晶柱已有60萬(wàn)年的歷史；美國(guó)科學(xué)家在水晶中尋找是否有存活的微生物；意大利科學(xué)家從水晶中萃取到已有約3萬(wàn)年歷史的花粉，由此推斷：如今墨西哥的這片荒漠土地，在遠(yuǎn)古時(shí)代曾經(jīng)遍布森林……

相關(guān)鏈接 什么是水晶?

“水晶宮”內(nèi)仍在生長(zhǎng)的晶簇，水晶是一種無(wú)色透明的大型石英結(jié)晶體礦物，其主要化學(xué)成分是二氧化硅，化學(xué)式為SiO₂，與普通砂子是一樣的。當(dāng)二氧化硅結(jié)晶完美時(shí)就形成水晶。水晶晶體屬六方晶系，常呈六棱柱狀，柱體為一頭尖或兩頭尖，多條柱體連接在一塊時(shí)通稱為晶簇。在自然界中，水晶常以晶簇出現(xiàn)，非常壯觀美麗。

水晶大多生長(zhǎng)在地底下或同穴中，要求豐富的地下水資源，且地下水含飽和的二氧化硅。此外，還要求周圍環(huán)境的壓力為大氣壓力的2～3倍，溫度在550～600℃之間。滿足這些條件，再給予適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，水晶就會(huì)依著三方晶系的自然法則結(jié)晶成六棱柱狀。通常，在人為控制狀態(tài)下，也即物理和化學(xué)條件都符合上述要求的條件下，水晶的生長(zhǎng)速度大約為每天0.8毫米；在自然環(huán)境下，情形就沒有這么樂觀了。在自然環(huán)境下，由于原料、水質(zhì)、溫度、壓力等部一直處在變化當(dāng)中，很難達(dá)到理想狀態(tài)，因此需要數(shù)萬(wàn)倍甚至數(shù)百萬(wàn)倍的時(shí)間，才能達(dá)到與人造水晶相同的成長(zhǎng)。這也正是為什么水晶的地質(zhì)年齡常以百萬(wàn)年為計(jì)算基數(shù)、天然水晶為什么非常珍貴的原因。

相關(guān)鏈接 凡爾納的《地心游記》

《地心游記》是19世紀(jì)著名科幻大師儒勒·凡爾納的代表作之一，講述地質(zhì)學(xué)家林登布羅克教授在一本古老的書籍里發(fā)現(xiàn)前人曾到過(guò)地心旅行，于是親自去地心探險(xiǎn)的故事?！兜匦挠斡洝肥侨祟悓?duì)地心秘密猜想的經(jīng)典，曾多次被搬上電影或電視屏幕。由好萊塢拍攝、于2008年上映的同名影片是最新版本。

1863年5月24日，一個(gè)星期天，住在德國(guó)漢堡的地質(zhì)學(xué)家林登布羅克教授和他的侄子阿克賽爾在一本古老的書籍中發(fā)現(xiàn)并破解了冰島古代練金術(shù)士薩克努賽姆留下的一段秘密文字：“勇敢的旅行者，從斯奈菲爾火山口下降，你就能到達(dá)地心。我已經(jīng)嘗試過(guò)了。薩克努賽姆。”

林登布羅克決定帶侄子阿克賽爾前往冰島，可后者認(rèn)為到達(dá)地心是根本不可能的，因此以各種科學(xué)理論勸阻他，但他不為所動(dòng)。在向?qū)П鶏u獵人漢斯的陪同下，他們?nèi)藦乃鼓畏茽柣鹕降幕鹕娇谕氯ァ?/p>

一路上，他們遇到了許多危險(xiǎn)，如像充滿可燃?xì)怏w的洞室、陡峭的石壁等。有一次，他們因?yàn)槿彼诘┫Γ液脻h斯發(fā)現(xiàn)了附近的一條地下河。林登布羅克將這條地下河命名為“漢斯河”。還有一次，林登布羅克和漢斯與阿克賽爾走散了，是一種奇怪的聲音讓他們與數(shù)千米之外的阿克賽爾取得了聯(lián)系，三人才得以重聚。他們沿著漢斯河繼續(xù)下行，不知下降了多久，終于發(fā)現(xiàn)了一個(gè)巨大的地下世界，那里有海，有樹，還有巨大的蘑菇。他們用樹木做了一個(gè)筏子，在海上泛舟。教授將這個(gè)海命名為“林登布羅克海”。在海上，他們遇見了好幾種史前怪獸，目睹了魚龍與蛇頸龍的激烈戰(zhàn)斗。他們劃著筏子越過(guò)一個(gè)有著巨大間歇泉的島嶼，教授將它命名為“阿克賽爾島”。忽然一陣電閃雷鳴，海浪沖毀了筏子，他們被海浪沖到了海的對(duì)岸。

海岸上有許多史前植物和動(dòng)物，包括各種巨大的昆蟲和乳齒象，海灘上還有許多白骨，甚至還有人類的頭骨。他們冒險(xiǎn)進(jìn)入史前森林，看見了一個(gè)高3.6米以上的史前人類正在放牧一群乳齒象。他們不能確定在這地下深處是否真的存在著一個(gè)人類文明，也不能確定這個(gè)生物究竟是像人的猿類動(dòng)物，還是像猿的人類。因?yàn)椴恢肋@個(gè)生物是否會(huì)對(duì)他們產(chǎn)生敵意，他們沒敢去驚動(dòng)它。他們沿著海岸線繼續(xù)向前，發(fā)現(xiàn)了煉金術(shù)士曾標(biāo)出過(guò)的一條通道。遺憾的是，通道已被最近的一次塌方堵住了。由于無(wú)法通過(guò)堅(jiān)硬的花崗巖，他們決定用火棉將巖石炸開。他們乘筏到海上躲避。然而，爆炸威力之大超出他們的預(yù)料，一時(shí)間天地轟鳴，海水翻騰，他們和筏子一起被卷入海水和巖漿中，感到無(wú)比驚恐和震憾。當(dāng)他們驚魂甫定時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)已被從意大利南部的斯特龍博利火山口甩了出來(lái)。

回到漢堡后，林登布羅克教授被譽(yù)為“有史以來(lái)最偉大的科學(xué)家”，阿克賽爾與戀人重聚并成婚，漢斯回冰島繼續(xù)他平淡的生活。但林登布羅克教授還是感到有些遺憾，因?yàn)樗牡匦闹糜捎谝淮我馔獗煌蝗恢袛唷?/p>

科幻大師 儒勒·凡爾納

儒勒·凡爾納是19世紀(jì)法國(guó)著名的科幻小說(shuō)和冒險(xiǎn)小說(shuō)作家，被譽(yù)為“科學(xué)幻想小說(shuō)之父”。

1828年2月8日，凡爾納生于法國(guó)的南特，他的家就在南特港口附近。孩提時(shí)的好奇心促使他一趟趟地往碼頭上跑。這艘漂亮的三桅帆船是從什么地方開來(lái)的?這艘雙桅橫帆船要開往什么地方?他很快地就同船上那些差不多同齡的小水手打成一片，幻想著自己也能有那么一天遠(yuǎn)渡重洋，到神秘的異域國(guó)度探險(xiǎn)。

18歲那年，凡爾納去巴黎學(xué)法律。在一次晚會(huì)上，他遇到了大作家大仲馬，二人的友誼從此開始，并一度合寫劇本，為凡爾納走上創(chuàng)作之路創(chuàng)造了有利條件。

從1863年起，凡爾納開始發(fā)表科幻冒險(xiǎn)小說(shuō)，以《在已知和未知的世界中的奇異的漫游》一舉成名。代表作為三部曲：《格蘭特船長(zhǎng)的兒女》、《海底兩萬(wàn)里》和《神秘島》。

凡爾納總共創(chuàng)作了66部長(zhǎng)篇小說(shuō)和短篇小說(shuō)集，還有幾個(gè)劇本，一冊(cè)《法國(guó)地理》和一部六卷本的《偉大的旅行家和偉大的旅行史》。主要作品還有《氣球上的五星期》、《地心游記》、《機(jī)器島》、《漂逝的半島》和《八十天環(huán)游地球》等20多部長(zhǎng)篇科幻歷險(xiǎn)小說(shuō)。

1905年3月25日，凡爾納因病去世。

2 在“地獄”的入口處

在凡爾納的《地心游記》中，地質(zhì)學(xué)家為探索地心的秘密，從斯奈菲爾火山口進(jìn)入地球內(nèi)部，最后又意外地被從意大利南部的斯特龍博利火山口甩了出來(lái)。現(xiàn)代科學(xué)告訴我們，地球內(nèi)部的溫度高達(dá)數(shù)千攝氏度，人不可能通過(guò)火山口進(jìn)入地心。不過(guò)，的確有科學(xué)家通過(guò)研究火山，藉以探究地球內(nèi)部的秘密。

馬薩亞火山是尼加拉瓜境內(nèi)的一座活火山，它上一次爆發(fā)是在2001年4月23日——突然噴發(fā)出的少量熾熱的火山灰和巖石灼傷了一名婦女的手臂，火山爆發(fā)還引發(fā)了一場(chǎng)大火，將停在火山口附近的幾輛小轎車和旅游客車燒毀。如今，地震檢波器正時(shí)刻監(jiān)測(cè)著這座火山的動(dòng)靜。

站在馬薩亞火山口的邊緣向下俯看，深達(dá)600米的火山口煙霧繚繞，火山口四周的巖石犬牙交錯(cuò)，看上去就像一個(gè)大張著的巨獸之口，難怪16世紀(jì)的西班牙修道士把這個(gè)火山口稱之為“地獄之口”。

古代尼加拉瓜人相信火山口里住著會(huì)噴吐巖漿的惡魔，為了平息惡魔的怒火，他們將少男少女投入火山口作為獻(xiàn)祭。除了這些被迫進(jìn)入“地獄之口”的犧牲者，沒有人膽敢從馬薩亞火山口下去一探究竟。但是，對(duì)科學(xué)家來(lái)說(shuō)，火山是研究地球內(nèi)部構(gòu)造的一個(gè)天然實(shí)驗(yàn)室。自2006年起，地質(zhì)學(xué)家西蒙斯帶領(lǐng)的一個(gè)科學(xué)家小組就一直在這里進(jìn)行火山觀察和研究。

西蒙斯是一位登山好手，他6歲開始與父親在山里徒步旅行，8歲時(shí)就登上了派克峰頂峰(海拔4267米)，從14歲開始從事專業(yè)攀巖運(yùn)動(dòng)，攀登過(guò)美國(guó)西部、秘魯和歐洲的許多巨大的冰瀑布和巖石山。在此過(guò)程中，研究地球地質(zhì)也成了他的愛好之一。

1997年，西蒙斯進(jìn)入美國(guó)伍茲霍爾海洋研究所，從事地質(zhì)學(xué)和地球物理學(xué)研究。他從那時(shí)開始到世界各地收集火山氣體樣本一從南極洲的埃里伯斯火山，到意大利著名活火山埃特納火山。2003年，西蒙斯和其他三位歐洲同行來(lái)到馬薩亞火山。三位科學(xué)家將各自的研究成果綜合在一起，對(duì)馬薩亞火山的整體情況有了一個(gè)更為清晰的了解。他們認(rèn)為，與其他火山不同，馬薩亞火山噴發(fā)出的氣體沒有經(jīng)過(guò)地下水過(guò)濾，而是通過(guò)火山系統(tǒng)直接排入大氣的，因此其化學(xué)成分在噴出地面的過(guò)程中沒有發(fā)生改變，研究這種直接來(lái)自地下巖漿房的、沒有受到污染的火山氣體，將有助于了解地球內(nèi)部的情況，了解火山爆發(fā)如何引起氣候變化，如何導(dǎo)致恐龍滅絕，同時(shí)還將有助于預(yù)測(cè)火山何時(shí)會(huì)再次爆發(fā)，火山灰對(duì)人類健康有什么樣的影響，等等。

西蒙斯計(jì)劃直接下到火山口底部采集火山氣體樣本，而火山專家通常則是在火山的外緣采集火山氣體樣本的。我們知道，火山氣體來(lái)自于地球深處的地?！案邏哄仭崩锏臒霟岬膸r漿，浮力和壓力驅(qū)使巖漿向上噴涌，在接近地面時(shí)，壓力得到緩解，氣體被釋放出來(lái)，并開始形成泡泡，就像平時(shí)打開蘇打水瓶蓋時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象一樣。這些氣體最終沖破地殼薄弱處，從火山口、海底噴氣孔、間歇泉和熱泉等處慢慢滲漏出來(lái)。一些大規(guī)模的猛烈的火山噴發(fā)，如歐洲大陸唯一的活火山——維蘇威火山噴發(fā)，印度尼西亞火山島上的喀拉喀托火山噴發(fā)，都是曾對(duì)地球歷史產(chǎn)生重大影響的事件。

當(dāng)氣體從地殼逃逸到大氣中，便立即開始發(fā)生改變，與空氣中的微小粒子結(jié)合在一起，形成看得見的一片陰霾。在晴朗的天氣里，火山灰云從火山口裊裊飄出，掠過(guò)火山口邊緣，向四周散去。遠(yuǎn)遠(yuǎn)看去，火山就像是一堆悶燃著的巨大的篝火。

西蒙斯的目的是要在這些氣體在地面散開并進(jìn)入大氣之前，在它們?nèi)匀槐３种欢舛鹊臅r(shí)候收集到它們。為達(dá)到這個(gè)目的，他打算直接下到冒煙的火山口底部，用便攜式儀器收集氣體樣本，然后帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究。

西蒙斯知道他不可能將火山提起來(lái)看看下面是怎么回事，也不可能回到過(guò)去看地球形成之初是什么樣子，但他認(rèn)為，火山氣體和火山熔巖可以提供許多線索，用以解開地球內(nèi)部、地球表面、大氣、海洋等的形成之謎。、 各種氣體從馬薩亞火山口逸出，包括二氧化碳、水蒸氣、二氧化硫和硫化氫等，西蒙斯感興趣的只有一種，這就是氡氣。2002年，西蒙斯被暴風(fēng)雪困在南極洲一周，他正是從那時(shí)起開始考慮收集火山口氡氣樣本的。他說(shuō)，“這是了解從地幔巖漿到地面噴發(fā)火山活動(dòng)過(guò)程中缺失的一環(huán)?！?/p>

氡是一種無(wú)色無(wú)味氣體，室內(nèi)如果含有氡對(duì)人體是非常有害的。吸入這種氣體，其放射性可增加人的致癌風(fēng)險(xiǎn)。氡氣是由來(lái)自地殼和地幔中的放射性元素鐳、釷等，在長(zhǎng)期而緩慢的核衰變過(guò)程中蛻變而產(chǎn)生的。

西蒙斯認(rèn)為可以把氡氣視為大自然的“計(jì)時(shí)鐘”。氡氣可衰變成各種已知半衰期的同位素。例如，氡222同位素，在從巖漿房中被釋放出來(lái)后，會(huì)迅速地衰變成釙218，其半衰期為3.82天，通過(guò)對(duì)氡同位素的分析，科學(xué)家就可以探知巖漿從地幔到達(dá)地面的過(guò)程和速度。西蒙斯說(shuō)，如果我們不知道巖漿從地幔到達(dá)地面的時(shí)間表，那么我們對(duì)于火山活動(dòng)的了解就非常有限。此外，通過(guò)火山氣體從地底下噴出的速度，可獲知是否有新形成的巖漿進(jìn)入巖漿房，而新巖漿進(jìn)入巖漿房則是火山即將爆發(fā)的一個(gè)先兆。

對(duì)于西蒙斯他們來(lái)說(shuō)，下到火山口底部，最大的危險(xiǎn)不是火山爆發(fā)，不是令人窒息的有毒火山氣體，也不是因高熱中暑或火山口內(nèi)壁倒塌，而是在往下攀爬時(shí)，巖石松動(dòng)下落，砸在下面的同伴的身上。

火山口底部是一個(gè)全然不同于地面的環(huán)境。在火山口石壁坍塌之處，被熔巖灼焦的大大小小的黑褐色巖石散落一地，小的如豌豆，大的如越野車。在火山口里，沒有空氣流動(dòng)，也就沒有風(fēng)；沒有植物生長(zhǎng)，也就沒有任何可以遮蔽之處。在攀登者的腳下，傾斜的地面發(fā)出嘎扎聲，腳下一不小心就會(huì)打滑。

“感覺就像走在滾珠軸承上?！蔽髅伤沟囊晃煌抡f(shuō)。巖石也很鋒利。“如果你不小心滑倒，也許就會(huì)摔成一塊‘比薩餅’?！?/p>

為安全起見，當(dāng)一個(gè)人往下去的時(shí)候，先下去的人就得躲在巨石的后面等待。因此，西蒙斯他們每次從火山口頂部下到底部，需要花上兩個(gè)小時(shí)。

在離火山口僅幾米處，就可感覺到火山氣體呼呼地向外逃逸，那聲音聽起來(lái)就像海浪拍打著礁石。西蒙斯他們?cè)诨鹕娇诘撞堪惭b好便攜式儀器，用在馬薩亞鎮(zhèn)上購(gòu)買的摩托車電池作動(dòng)力收集氡氣樣本。

有一次，當(dāng)從火山口底部退回地面時(shí)，西蒙斯的一位同事被一塊下落的巖石擊中頭盔，接著又撞到下頜處，好在牙齒完好無(wú)損。

西蒙斯他們一共用了三天時(shí)間，三次進(jìn)入馬薩亞的“地獄之口”，采集了大量的氣體樣本和熔巖樣本?，F(xiàn)在，西蒙斯和他的同事們正在實(shí)驗(yàn)室里對(duì)這些來(lái)自地球內(nèi)部的物質(zhì)進(jìn)行研究，他們希望從中了解火山和巖漿的形成過(guò)程，并最終揭開地球內(nèi)部的謎團(tuán)。

相關(guān)鏈接 首次發(fā)現(xiàn)地下巖漿房

冉 黎

2005年，美國(guó)一家地?zé)峁镜你@探工人在美國(guó)夏威夷大島上進(jìn)行鉆探作業(yè)時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)了地下約2400處的一個(gè)巖漿房——巖漿從鉆孔向上噴涌約6米，一待冷卻，便像玻璃一樣凝固。由于此前科學(xué)家從未看到過(guò)巖漿的自然狀態(tài)，因此這是首次發(fā)現(xiàn)。

我們知道，行星演變過(guò)程中最重要的成分——巖漿產(chǎn)生于地下深處，溫度達(dá)到1000多攝氏度。火山噴發(fā)時(shí)，熔融狀態(tài)的巖漿從巖漿房中噴涌而出，到達(dá)地面后(這時(shí)被叫做“熔巖”)以超乎尋常的速度迅速冷卻成為巖石，并釋放其中的氣體。過(guò)去，科學(xué)家從來(lái)都沒有觀察過(guò)在地球深處巖漿是怎樣活動(dòng)的，因此是根據(jù)火山爆發(fā)來(lái)建立巖漿模型的。而這一次的意外發(fā)現(xiàn)，讓科學(xué)家獲得了研究地球內(nèi)部的前所未有的機(jī)會(huì)。

科學(xué)家是在一個(gè)完全偶然的情況下發(fā)現(xiàn)這個(gè)巖漿房的。當(dāng)時(shí)鉆探工人正在島上的玄武巖上進(jìn)行常規(guī)鉆孔作業(yè)，目的是在巖石上尋找一處可將一種地?zé)嶂参锏膹U液引回地下的位置。按照作業(yè)程序，工人們每一次都要將鉆頭鉆入巖石，接著撤回，然后再鉆入。那一天，工人們?cè)趯@頭鉆到地下時(shí)，感到情況與平時(shí)很不一樣：鉆取出來(lái)的巖石樣品不再是灰暗的玄武巖，而是看起來(lái)很清亮、像玻璃一樣光滑的物質(zhì)。后來(lái)，地質(zhì)學(xué)家在這個(gè)鉆洞反復(fù)試驗(yàn)，得到的結(jié)果都相同。

這一發(fā)現(xiàn)令地質(zhì)學(xué)家歡呼雀躍，正如有人所說(shuō)：人們現(xiàn)在可以在博物館里看到恐龍的骨架化石，但卻看不到活著的恐龍。如果有人告訴古生物學(xué)家：“有一只活著的恐龍正在荒郊野外嬉戲”，那對(duì)他們來(lái)說(shuō)絕對(duì)是非常震撼的。而這次發(fā)現(xiàn)的巖漿房對(duì)于地質(zhì)學(xué)家來(lái)說(shuō)，就是巖漿系統(tǒng)的“侏羅紀(jì)公園”。地質(zhì)學(xué)家第一次有機(jī)會(huì)將地質(zhì)研究范圍擴(kuò)展到地下深處的巖漿，并可以借此檢驗(yàn)之前建立起來(lái)的各種有關(guān)地球構(gòu)造的理論，比如是什么樣的進(jìn)程改變了地表下的巖漿，令其成為今天我們腳下的堅(jiān)硬巖石層。

目前，地質(zhì)學(xué)家正在做準(zhǔn)備，他們可能會(huì)往這個(gè)巖漿房鉆更多的孔，以便將相關(guān)儀器送進(jìn)去，對(duì)其大小、特征等進(jìn)行詳細(xì)勘探。

3 地殼里的古老居民

由好萊塢制作并于2008年上映的《地心游記》最近版本，運(yùn)用3D技術(shù)將恐龍、水虎魚和食人植物等活靈活現(xiàn)地表現(xiàn)了出來(lái)，比凡爾納的原著更加引人入勝。不過(guò)，科學(xué)家在2800米深的地下發(fā)現(xiàn)的一種細(xì)菌，據(jù)信在幾千萬(wàn)年前與地面斷絕聯(lián)系后，以某種方式生存繁衍至今，其怪異程度與凡爾納的描寫有過(guò)之而無(wú)不及。

近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，在我們腳下的地層深處，有一個(gè)生物圈，全部由細(xì)菌等微生物組成，它們中間的大多數(shù)完全不依靠太陽(yáng)的能量，而是利用地球內(nèi)部的化學(xué)能量合成有機(jī)物生存繁衍。這是一個(gè)巨大的地下生物圈，也是人類剛剛觸及的一個(gè)難以想象的生物世界。

科學(xué)家早就發(fā)現(xiàn)，生活在地表的一些細(xì)菌能在113℃的高溫下生存，并樂觀地估計(jì)微生物生存的最高－溫度為120～150℃。地下的溫度與距地表的深度成正比關(guān)系。據(jù)測(cè)算，深度每增加1000米，溫度可上升20~30℃。由此科學(xué)家猜測(cè)，在距地表5000米左右的地方，仍然可能是微生物生息的環(huán)境。

科學(xué)家認(rèn)為，生息在地下深處巖石或地層縫隙的微生物中，有的是在地球還處于無(wú)氧、高溫和高壓的早期時(shí)代就被封存在地下并生存至今的。如果真是這樣，那這些微生物可就是不折不扣的活化石，是“進(jìn)化的時(shí)間容器”。由于地底生物僅靠來(lái)自地球內(nèi)部的能量生活，通過(guò)研究它們能夠知道地球上的生物到底有多少種生活方式，它們是在怎樣的條件下孕育生命的，以及它們生存的極限環(huán)境。科學(xué)家還希望透過(guò)研究它們，找到地球生命的共同祖先，乃至生命起源的線索。

科學(xué)家關(guān)于在地表幾千米處可能仍然生存著微生物的猜測(cè)現(xiàn)在可能已經(jīng)變成了事實(shí)。

2008年，科學(xué)家在南非金礦地下2800米處發(fā)現(xiàn)了一種學(xué)名叫“Candidatus Desulfonrudis audaxviator”的細(xì)菌。這種細(xì)菌的長(zhǎng)度只有幾微米，生活在距地表1500～3000米的地下水中(這也是迄今已知的生命形式可以生存的最深棲息地)?？茖W(xué)家認(rèn)為，它們至少已經(jīng)有300萬(wàn)年未接觸陽(yáng)光了，是一種非常古老的生物體?？茖W(xué)家還認(rèn)為，它們既不需要陽(yáng)光電不需要氧氣生存，它們擁有實(shí)現(xiàn)自給自足需要的所有基因，完全可以與其他任何生命體“老死不相往來(lái)”。

那么，這種細(xì)菌究竟是怎樣到達(dá)地殼深處的呢?科學(xué)家猜測(cè)，它們是隨著地下水逐漸轉(zhuǎn)移到那里的。這是一個(gè)非常緩慢的過(guò)程，從地表到達(dá)地下幾千米處，大約花了幾千萬(wàn)年的時(shí)間。也就是說(shuō)，在與外界隔絕幾千萬(wàn)年的情況下，這些細(xì)菌仍然在地下水體中生生不息?？墒?，在高溫高壓的地下深處它們以什么為生呢?

科學(xué)家大膽假設(shè)：它們從周圍巖石的放射性衰變中獲取能量?？茖W(xué)家認(rèn)為，這種細(xì)菌可能擁有一些不同尋常的基因特征，能從溶解的二氧化碳中獲取自身所需要的碳，還能將周圍巖石中的氮變成自身能吸收的有機(jī)氮。眾所周知，碳和氮是構(gòu)筑生命的基本元素，因此這種細(xì)菌具備了生物體所必需的條件。

對(duì)于研究地球生命起源的科學(xué)家來(lái)說(shuō)，生息在久遠(yuǎn)年代且與世隔絕的地下水中的細(xì)菌，它們的生活環(huán)境可能與地球早期生命所處的環(huán)境十分相似——幾十億年前，地球上最早的細(xì)菌有可能就是在同樣的環(huán)境中生存繁衍的。因此，研究這種細(xì)菌將有助于科學(xué)家更好地了解地球生命的起源問題。

對(duì)于尋找外星生命的天體生物學(xué)家來(lái)說(shuō)，這也是一個(gè)振奮人心的發(fā)現(xiàn)。它意味著，一顆距離恒星很遠(yuǎn)的行星上的生命，即使無(wú)法依靠恒星的能量進(jìn)行光合作用，也有可能依靠放射性衰變產(chǎn)生的化學(xué)能量生存下去。因此，有科學(xué)家認(rèn)為，這種細(xì)菌或許能夠幸存于火星或士衛(wèi)二。

在拉丁文中，“audaxviator”的意思是“勇敢的旅行者”，源自凡爾納的《地心游記》——林登布羅克教授偶然發(fā)現(xiàn)了前人留下的一段文字：“勇敢的旅行者，從斯奈菲爾火山口下降，你就能到達(dá)地心……”科學(xué)家用“勇敢的旅行者”為這種新發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌命名，形象地展現(xiàn)了這種細(xì)菌向地球中心進(jìn)發(fā)的勇敢而漫長(zhǎng)的旅程。

4 鉆入地心

在凡爾納的科幻小說(shuō)中，地球內(nèi)部充滿巨大的洞穴和通道。事實(shí)上，沒有任何一種人類已知的物質(zhì)能夠經(jīng)受住地心的惡劣環(huán)境而為我們提供通往地心的通道。那么，我們?cè)鯓硬拍艿竭_(dá)地心呢?美國(guó)科學(xué)家提出了一個(gè)鉆入地心的大膽設(shè)想。

迄今已發(fā)現(xiàn)的最深的天然洞穴是美國(guó)喬治亞州境內(nèi)的伏洛尼亞洞，深度是2191米，而最深的人造洞穴位于俄羅斯北部科拉半島。1970年，地質(zhì)學(xué)家開始在科拉半島上向下鉆洞，目的是探索至今神秘莫測(cè)的地核。到1990年，在向下鉆探了21年之后，由于地球深處的巖石非常熱，而鉆頭的壓力會(huì)導(dǎo)致巖石熔化，使好不容易鉆出的洞重新封上，鉆探工作被迫停了下來(lái)。而此時(shí)，鉆頭已經(jīng)鉆到了地球深處12000米處。

這是迄今為止人類在地球上鉆孔達(dá)到的最大深度。但是，即使達(dá)到這樣的深度，也只完成了地心之旅的0.2％，俄國(guó)人還需要再挖掘6300千米才能真正到達(dá)地核中心。到達(dá)地球內(nèi)部的剩余旅程依然如300年前一樣遙不可及——當(dāng)時(shí)的天文學(xué)家哈雷認(rèn)為地球的內(nèi)部是空心的，里面充滿了生命。他的想法在今天看來(lái)是多么的可笑，但關(guān)于地球內(nèi)部，我們現(xiàn)在又能確定什么呢?地球的核心究竟是一個(gè)巨大的結(jié)晶體，還是一個(gè)天然核反應(yīng)堆?教科書上告訴我們地核分為黃色、橙色和紅色幾層，真是這樣嗎?

眾所周知，地球物理學(xué)家是通過(guò)地震波來(lái)探索地球內(nèi)部構(gòu)造的。地球上每年發(fā)生1000多次地震，有的地震波能完全穿越地球。由于波在不同的地球構(gòu)造中傳播的速度不同，因此可以為利學(xué)家了解地球內(nèi)部地質(zhì)情況提供某些線索，比如，快速移動(dòng)的地震波通常穿過(guò)的是密度較大的巖石?？茖W(xué)家正是通過(guò)這些間接證據(jù)去了解我們腳下的地下世界的，盡管在很大程度上還只是一些揣測(cè)。

地核在我們腳下大約3000千米處。地核的外層由熔化的鐵、鎳以及其他尚未確定的成分構(gòu)成，地核就像一個(gè)巨大而緩慢運(yùn)轉(zhuǎn)的洗衣機(jī)，以每周幾千米的速度不斷攪動(dòng)并產(chǎn)生地球磁場(chǎng)。生命能夠在地球上生存下來(lái)，部分原因就是因?yàn)榈厍虼艌?chǎng)的保護(hù)作用——危險(xiǎn)的宇宙射線受到地球磁場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)作用回到太空，對(duì)地球大氣層起到了保護(hù)作用。

地核的內(nèi)層是一個(gè)大金屬球，大約有月亮的1/3大小。這個(gè)大金屬球的溫度高達(dá)6000攝氏度，相當(dāng)于太陽(yáng)表面的溫度。由于承受了地球其余部分的全部重量，地核內(nèi)層里的原子都被擠壓在一起不能流動(dòng)，故而成為固體。

雖然多數(shù)地球物理學(xué)家確信他們已經(jīng)了解了地球內(nèi)部數(shù)百千米的地質(zhì)情況，但是，這些根據(jù)地震數(shù)據(jù)推斷出的假設(shè)就像我們對(duì)其他行星的假定一樣，未必十分精確。

關(guān)于地球內(nèi)部的最奇怪的理論來(lái)自于地球物理學(xué)家赫恩登。他認(rèn)為地球的中心不是一個(gè)鐵球，而是一個(gè)天然核反應(yīng)堆。他相信沉積在地核中的鈾足以維持地心內(nèi)部的核裂變，而這個(gè)天然核反應(yīng)堆正是地球磁場(chǎng)的動(dòng)力來(lái)源。

要證明赫恩登和其他一些異想天開的假說(shuō)，需要有更多更好的探測(cè)工具和手段去探測(cè)地球深處。例如，如果地核中存在著明顯可測(cè)的放射性，那么就可以發(fā)射中微子探測(cè)器到地核，然后將探測(cè)信息傳回到地球表面。不過(guò)，雖然人類已經(jīng)制造出了中微子探測(cè)器，但其準(zhǔn)確性仍然有限，因?yàn)楹茈y確定某中微子究竟是來(lái)自于太空還是從地核中逃逸出來(lái)的。

有科學(xué)家試圖以內(nèi)部熔融翻滾的金屬球?yàn)槟Ｐ停M地球內(nèi)部的活動(dòng)情況，法國(guó)巴黎的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室就制造了這樣一個(gè)金屬球。但也有科學(xué)家指出，地核環(huán)境比太陽(yáng)表面更加嚴(yán)酷，要準(zhǔn)確模擬和再現(xiàn)地核環(huán)境非常困難，因此這種想法可能在許多年內(nèi)認(rèn)得很難實(shí)現(xiàn)。

探索地球內(nèi)部情況的最佳途徑莫過(guò)于真正進(jìn)入地核。不過(guò)，目前人類的鉆探計(jì)劃最多只深入地下約12000米。鑒于此，美國(guó)加州理工學(xué)院的地球物理學(xué)家斯蒂文森于2003年提出了一個(gè)設(shè)想：先用核爆炸或者人造地震震開地表，掘出一個(gè)深度為3110米、寬度為1米的地縫，接著注入10萬(wàn)噸熔化的鐵水，熾熱的鐵水向地下滲透，融穿地殼和地幔。之后，將裝有鉆石傳感器的儀器隨鐵水送入地下3000千米，直抵地核外緣。因?yàn)閭鞲衅魇怯勉@石制造的，所以能耐得住4000攝氏度的高溫。

一旦傳感器抵達(dá)地核外緣之后，它將史無(wú)前例地向科學(xué)家發(fā)回有關(guān)地心的第一手資料，揭示地球最后一塊處女地的秘密，比如說(shuō)地核的溫度、化學(xué)構(gòu)成和電磁活動(dòng)現(xiàn)象等。所有的測(cè)繪數(shù)據(jù)和資料將以地震波的方式傳向地面，因?yàn)樵诘叵?000千米這一深度，無(wú)線電波根本就無(wú)能為力。

有趣的是，盡管這個(gè)想法在斯蒂文森的頭腦里已經(jīng)醞釀了10年之久，他卻只花了6小時(shí)就將它寫了出來(lái)，據(jù)說(shuō)部分原因是受了好萊塢科幻大片《地心浩劫》的刺激。該片描述：地球物理學(xué)家凱斯博士無(wú)意中發(fā)現(xiàn)了一場(chǎng)可能會(huì)導(dǎo)致全人類滅絕的大災(zāi)難——地核溫度因某種不明原因發(fā)生改變，地心很快就要停止轉(zhuǎn)動(dòng)，地球磁場(chǎng)即將消失。為了拯救地球，保衛(wèi)人類，凱斯和全球最杰出的科學(xué)家一起研究對(duì)策，決定派一艘地下飛船進(jìn)入地核并在那里引爆一個(gè)核裝置。一旦成功，地核就會(huì)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。于是，一個(gè)救援小組駕駛著人類的首只“鉆地船”踏上了一場(chǎng)生死之旅……

斯蒂文森是《地心浩劫》的科學(xué)顧問，受其啟發(fā)，他設(shè)計(jì)了這個(gè)雄心勃勃而又異想天開的宏偉計(jì)劃，他甚至還打算借用曾寫過(guò)同類故事的科幻小說(shuō)大師凡爾納的名字，命名該計(jì)劃為“凡爾納計(jì)劃”。

斯蒂文森的設(shè)想為我們描繪了一幅通往地心之旅的藍(lán)圖。但是，到目前為止，還沒有人著手去做。為什么不試一試呢?“太昂貴了?！彼沟傥纳f(shuō)。因?yàn)檫@個(gè)計(jì)劃需要破開地面，傾入至少10萬(wàn)噸液體金屬。斯蒂文森曾參與美國(guó)宇航局探測(cè)太陽(yáng)系中其他行星的任務(wù)，所以他很清楚這樣做需要耗費(fèi)多少資金。制造一種能在地核的高溫高壓環(huán)境中正常工作并將信息反饋到地球表面的探測(cè)器，將是一個(gè)耗資巨大的任務(wù)，可與“曼哈頓工程”(原子彈制造工程)或太空探測(cè)計(jì)劃相比擬，需要數(shù)十億到上百億美元的投入。

斯蒂文森提出的地心科學(xué)探索方案立即引起了科學(xué)界的強(qiáng)烈爭(zhēng)議，甚至備受科學(xué)家們的質(zhì)疑。倫敦大學(xué)的一位物理學(xué)教授說(shuō)：這個(gè)想法聽起來(lái)著實(shí)非常有意義，可是有太多的漏洞。斯蒂文森的設(shè)想基于砸開一塊石頭，但他就不想想，一旦巖層被打開的話，那么地核的熾熱巖流就會(huì)噴涌而出，從而大大減少探測(cè)器墜向地心的速度。按我們的估計(jì)，就算探測(cè)器仍向地心沉去，那么到達(dá)地核所用的時(shí)間也得有好幾千年!所以我不相信他所說(shuō)的方案。

地心就在我們腳下3000千米處，但要想揭開它的神秘面紗，遠(yuǎn)比探索140億光年之外的太空更難。

相關(guān)鏈接 地球構(gòu)造

科學(xué)家將地球構(gòu)造大致分為地殼、地幔和地核三部分。

地殼

地球結(jié)構(gòu)的最外層。大陸下的地殼厚度一般為35～45千米，喜馬拉雅地區(qū)的地殼厚度可達(dá)70～80千米。大陸地殼分為上地殼和下地殼。上地殼較硬，是主要承受應(yīng)力和容易發(fā)生地震的層位；下地殼較軟。海洋下的地殼較薄，一般只有一層，且比大陸地殼均勻。

地幔

地殼和地核之間的中間層。平均厚度為2800千米。地幔分為上地幔和下地幔。上地幔的頂部與地殼熔合，形成脆性的巖石圈。全球的巖石圈板塊組成了地球最外層的構(gòu)造，地球表層的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要在巖石圈的范圍內(nèi)進(jìn)行。

地核

地球的核心部分。主要由鐵、鎳元素組成，半徑為3480千米。地核分為外核和內(nèi)核。外核為液態(tài)，內(nèi)核為固態(tài)。對(duì)地球磁場(chǎng)特征的研究證明，地球磁場(chǎng)是由外核的液體物質(zhì)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的。

相關(guān)鏈接

17世紀(jì)的天文學(xué)家埃德蒙·哈雷認(rèn)為地球的內(nèi)部是空心的，里面充滿生命，他甚至還認(rèn)為北極光是從兩極薄地殼中跑出來(lái)的熾熱氣體。今天的科學(xué)家將地球大致分為地殼、地幔和地核三部分：最外層的地殼大約有40千米；地殼下面是深入地球中心近一半的地幔，又分為上地幔和下地幔，深度大約為2900千米；再往下是地核，分為外核(深度大約為5150千米)和內(nèi)核(深度大約為6400千米)。

不過(guò)，由于人類還不能直接觀測(cè)地球內(nèi)部，所以迄今有關(guān)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的大部分知識(shí)都是間接得到的。例如，根據(jù)天文學(xué)觀測(cè)得到的地球的質(zhì)量，以及大地測(cè)量得到的地球的形狀和大小，我們計(jì)算出地球的平均密度是每立方厘米5.5克；根據(jù)地表物質(zhì)的密度小于每立方厘米2.7克，我們推知地球內(nèi)部物質(zhì)的密度大于每立方厘米5.5克；根據(jù)隕石有石隕石和鐵隕石之分，以及對(duì)地球磁場(chǎng)的測(cè)量，我們推斷地球內(nèi)部有一個(gè)鐵質(zhì)的地核；根據(jù)地震波在地球內(nèi)部傳播所顯示出來(lái)的各種特征，我們推測(cè)地球內(nèi)部具有同心球?qū)拥姆謱咏Y(jié)構(gòu)。

最近，就有科學(xué)家重新建造了地球構(gòu)造模型，并發(fā)表在2008年5月2日出版的《科學(xué)》雜志上。

美國(guó)亞利桑那州大學(xué)的研究人員艾倫·麥納馬拉根據(jù)地震波穿過(guò)地幔時(shí)的急速速度變化指出，地幔是由更多的可變形物質(zhì)所組成，并以不同的方式進(jìn)行對(duì)流的多層結(jié)構(gòu)。這些物質(zhì)“它們本來(lái)是堅(jiān)固的巖石，但在高溫高壓下變得像花生醬似的柔軟了，因此任何壓力都能讓它們流動(dòng)”。麥納馬拉解釋說(shuō)：“你可以設(shè)想一壺開水，原本是由一種成分構(gòu)成的，現(xiàn)在卻要在這壺水里倒入蜂蜜。蜂蜜會(huì)借助水的沸騰來(lái)加速對(duì)流，從而使這壺蜂蜜水成為一個(gè)更加復(fù)雜的系統(tǒng)?！丙溂{馬拉認(rèn)為，這正是為什么長(zhǎng)久以來(lái)地震波常常以難以說(shuō)明的不同速度在地球中傳播的原因。

麥納馬拉的發(fā)現(xiàn)將有助于科學(xué)家更好地了解諸如地球板塊運(yùn)動(dòng)、山脈形成和地震發(fā)生的原因。