從凡爾納的《地心游記》到科學(xué)界探究地下之謎

阿斌

人類自誕生之日起，便從未停止過對(duì)這個(gè)世界的探索。我們向往璀璨的星空、沉迷廣闊的海洋……神秘莫測(cè)的生存環(huán)境在引起人類好奇心的同時(shí)，也激發(fā)了人類的想象力和創(chuàng)造力，無數(shù)相關(guān)的文藝作品相繼出現(xiàn)。

法國(guó)作家儒勒·凡爾納是科幻作家中的佼佼者，他的科幻小說題材包羅萬象，深受廣大青少年喜愛。其中1864年10月首次出版的《地心游記》另辟蹊徑，將人們的視線由關(guān)注地外文明轉(zhuǎn)為關(guān)注地心世界，在當(dāng)時(shí)引起了不小的轟動(dòng)。

2008年，探險(xiǎn)題材的影片《地心歷險(xiǎn)記》對(duì)小說《地心游記》進(jìn)行了大膽改編。影片仍以叔侄探險(xiǎn)為核心，講述了構(gòu)造物理學(xué)教授特雷弗帶著侄子肖恩一同前往冰島探險(xiǎn)。十年前，肖恩的父親在冰島神秘失蹤。特雷弗在他留下的遺物中發(fā)現(xiàn)了儒勒·凡爾納創(chuàng)作的《地心游記》手稿，其中一些內(nèi)容與他的研究驚人的契合。叔侄二人前往冰島后遇到了向?qū)h娜，三人結(jié)伴而行。他們意外發(fā)現(xiàn)了一個(gè)洞穴，在探索的過程中卻不慎跌入深淵。當(dāng)他們落地時(shí)，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)到了地下世界。這里有熾熱翻滾的巖漿，有河流和海洋，海里潛伏著可怕的食人魚，陸地上徘徊著兇猛的巨型恐龍，還有花瓣開合時(shí)如血盆大口一般的食人植物以及纏人的藤蔓。在經(jīng)歷了種種磨難之后，最終特雷弗點(diǎn)燃燃燒棒炸毀了巖層，三人成功返回地面。

地下世界是否真的如文藝作品中描繪的那樣神秘而又奇幻？事實(shí)上，人類一直在往探索地心的方向前進(jìn)，并在向下挖掘的過程中發(fā)現(xiàn)了埋藏在地下世界的諸多資源。

相傳在我國(guó)戰(zhàn)國(guó)末期，秦昭王派李冰到蜀郡（今成都一帶）擔(dān)任太守，治理水患。李冰上任后，修建了舉世矚目的都江堰水利工程。在修建過程中，李冰發(fā)現(xiàn)了潛藏在地下的寶貴的鹽水資源。在李冰的帶領(lǐng)下，我國(guó)第一口鹽井——廣都鹽井被開鑿出來。這口鹽井的口徑約2米，井深15米。隨著淺層鹽水資源的日漸枯竭，人們開始向更深處進(jìn)行挖掘。

北宋慶歷年間（1041—1048），四川地區(qū)的百姓發(fā)明了一種新型的開采方式——沖擊式頓鉆鑿井法，用小口深井取代了傳統(tǒng)的大口淺井，并將用這種工藝開采的井命名為“卓筒井”。卓筒井被譽(yù)為“世界石油鉆井之父”，是世界鉆探深井的始祖和活化石。

到了明代，人類向地下鉆探已經(jīng)達(dá)到400米的深度。在清代道光時(shí)期，四川自貢地區(qū)出現(xiàn)了燊（shēn）海井。這種井是利用井架裝置輔助進(jìn)行打井，井深可達(dá)1001.42米，居當(dāng)時(shí)世界之冠。

1973年，在河姆渡遺址發(fā)現(xiàn)了一口距今約5600年的水井，這是我國(guó)迄今為止發(fā)現(xiàn)的最早的木結(jié)構(gòu)水井。這一考古發(fā)現(xiàn)表明，我國(guó)古代先民們?cè)缫岩庾R(shí)到水資源不僅存在于江河湖海之中，還包括地下的水源。

2018年，在河南謝老莊遺址，考古學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一口深約5米的水井，井內(nèi)出土了5件保存完好的陶器。經(jīng)考古學(xué)家勘測(cè)，這口水井距今已有約9000年的歷史，當(dāng)時(shí)的人們還在陶器兩側(cè)設(shè)計(jì)了雙耳，方便提繩取水。這一發(fā)現(xiàn)將我國(guó)打井的歷史又向前推進(jìn)了2000多年。

然而，盡管人類始終堅(jiān)持不懈地向下挖掘，距離抵達(dá)地心仍然遙不可及。地心究竟是什么模樣，始終是個(gè)謎。

17世紀(jì)，英國(guó)天文學(xué)家埃德蒙·哈雷提出了“地球空心論”。在研究地球磁場(chǎng)時(shí)，他發(fā)現(xiàn)不同地方的磁場(chǎng)有所差異。于是，哈雷在1692年向英國(guó)皇家學(xué)會(huì)提交了題為《地球內(nèi)部空間》的報(bào)告。他認(rèn)為地球是空心的，并且內(nèi)部還有幾個(gè)一層套一層的空心球體，而每一層都具有不同的磁場(chǎng)。這一理論在當(dāng)時(shí)引發(fā)了諸多異議。

18世紀(jì)，英國(guó)著名的物理學(xué)家亨利·卡文迪許對(duì)哈雷的“地球空心論”表示支持。1798年，卡文迪許通過扭秤實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了牛頓的萬有引力定律，并測(cè)算出了地球的質(zhì)量，其測(cè)量結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于實(shí)體地球應(yīng)該具有的質(zhì)量。這份研究成果使當(dāng)時(shí)的許多科學(xué)家確信地球內(nèi)部是空心的。

1818年，美國(guó)退役軍官小約翰·克利夫斯·西姆斯也認(rèn)為哈雷的理論是正確的。他堅(jiān)信在地球的兩端存在通往地心的通道，其入口就像一個(gè)巨大的山洞。西姆斯積極地組織前往北極尋找入口的人員，但最終沒能成行。在西姆斯去世后，仍有許多人前往南極或北極，希望找到通往地心的“洞口”，卻在找尋的過程中意外地發(fā)現(xiàn)了世界第七大洲——南極洲。

雖然人們未能找到通往地心的通道，但“地球空心論”卻風(fēng)靡了整個(gè)歐洲，促使《地心游記》等科幻作品的誕生。

隨著物理勘探技術(shù)的不斷發(fā)展，人們開始真正觸碰到了地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的秘密。

大航海時(shí)代的到來讓人們認(rèn)識(shí)到地球是個(gè)圓形的球體。地震學(xué)家莫霍洛維奇在研究地震波的過程中發(fā)現(xiàn)，地震波在不同介質(zhì)之間的傳播速度是不一樣的，在其傳播至地下幾十千米時(shí)會(huì)發(fā)生折射現(xiàn)象。基于這一觀察，他推測(cè)在地球內(nèi)部幾十千米的地方存在一個(gè)間斷面。1910年，莫霍洛維奇向世界宣布，地球具有內(nèi)外層之分。這個(gè)間斷面后來被稱為“莫霍洛維奇間斷面”，即“莫霍界面”，界面以上的部分被稱為地殼，以下的部分被稱為地幔。

1912年，物理學(xué)家賓諾·古登堡在莫霍洛維奇研究結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，地震波的傳播速度在地下2900千米處也發(fā)生了變化。這一發(fā)現(xiàn)表明在這個(gè)深度同樣存在一個(gè)界面，這個(gè)界面后來被人們稱為“古登堡界面”。

至此，人們否定了地球空心說，并普遍認(rèn)為地球從外到內(nèi)分為三層：最外層是地殼，包括巖石圈和大氣圈，而人類則生活在地殼的表面；第二層是地幔；再往下則是地核。這種結(jié)構(gòu)就像雞蛋，最外層是蛋殼，其內(nèi)是蛋清，然后是蛋黃。

為了驗(yàn)證這一理論，人類開始利用先進(jìn)的科技手段繼續(xù)向地下深入鉆探。

1957年，美國(guó)科學(xué)家沃爾特·曼可提出一個(gè)觀點(diǎn)：從地面進(jìn)入莫霍界面十分困難，但如果從海底進(jìn)行探測(cè)則相對(duì)容易一些。他還指出，在海底鉆探時(shí)，海水可以起到冷卻鉆頭的作用。這個(gè)計(jì)劃被稱為“莫霍計(jì)劃”，且被視為20世紀(jì)50年代末與“登月計(jì)劃”相媲美的宏偉科學(xué)計(jì)劃之一。該計(jì)劃開啟了大洋鉆探的新篇章，拉開了探索海洋巖石圈形成和演變的序幕。

1961年，曼可組織人力在美國(guó)和墨西哥之間的海域進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)性鉆探，獲取了輝綠巖、玄武巖等樣品，并由此推測(cè)地幔是地球上最大的“化學(xué)儲(chǔ)庫”。然而，由于耗資巨大，莫霍計(jì)劃被迫終止。

1970年，蘇聯(lián)開始實(shí)施“科拉超深鉆孔”項(xiàng)目。隨著鉆頭不斷向下深入，鉆頭承受的巖石壓力逐漸增加，導(dǎo)致鉆頭極易損壞，鉆探成本極高。到1979年，蘇聯(lián)打破了美國(guó)超深鉆井9583米的紀(jì)錄，并于1983年突破了12000米。在之后的十年間，蘇聯(lián)又繼續(xù)向下挖掘了262米，最終深度達(dá)到12262米，相當(dāng)于15座全球最高建筑哈里法塔的高度，是當(dāng)時(shí)人類能夠達(dá)到的距離地心最近的地方。2006年，這項(xiàng)非營(yíng)利性質(zhì)的科研項(xiàng)目，在資金耗盡后宣告結(jié)束。

該項(xiàng)目從地下約12000米處提取的巖石對(duì)研究地球內(nèi)部構(gòu)造具有重要價(jià)值，可推動(dòng)地殼結(jié)構(gòu)、成分、成礦原因、地質(zhì)作用等領(lǐng)域的研究。同時(shí)，科研人員在地下發(fā)現(xiàn)了大量氫氣，在6700米處發(fā)現(xiàn)了大量浮游生物化石，而在9500米處則發(fā)現(xiàn)了黃金礦層。

21世紀(jì)，我國(guó)正值科學(xué)技術(shù)發(fā)展的黃金時(shí)期。2023年5月30日，在塔克拉瑪干沙漠腹地舉行了“深地塔科1井”開鉆儀式。深地塔科1井是我國(guó)首個(gè)萬米深地科探井，采用全球首臺(tái)自主研發(fā)的12000米特深井自動(dòng)化鉆機(jī)進(jìn)行作業(yè)，同時(shí)創(chuàng)新研發(fā)出耐220攝氏度超高溫工作液等技術(shù)，為鉆探萬米特深井提供技術(shù)支持和設(shè)備保障。2023年12月，深地塔科1井的鉆井深度突破11000米，奠定了我國(guó)在油氣工程技術(shù)領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先地位。

人類的每一次努力，都是邁向地心征途的一大步?？茖W(xué)家們探索地球內(nèi)部、揭開地下世界神秘面紗的腳步將永不停歇，所取得的科研成果也終將造福人類。