探古寻今的大洋钻探

更新于 2026年10月12日 版权声明
探古寻今的大洋钻探

前面我们说过,根据地震波在地球内部传播方式和速度的不同,科学家将地球内部分为地壳、地幔和地核。为什么“莫霍面”会产生地震波的突变,那里的石头究竟是什么样的,这些问题都是地质学家迫切想要解决的。

1957年,美国提出了“莫霍面钻探计划”,这也是世界上第一个科学钻探计划。该计划的目标至今听起来都让人吃惊,那就是打穿“莫霍面”,去看看那里究竟发生了什么样神奇的事情。在哪里实施这项计划呢?1961年,美国选择在东太平洋开展钻探工作,钻探点处的水深大约为3 600米,钻头穿过海水后进入洋底并钻进了1 8 3 米。地质学家研究了从此处取上来的岩心,发现前170米都是深海沉积物,再往下是基岩—玄武岩。这是人类首次采集到组成大洋地壳的石头。但是,相对于洋壳的平均厚度7千米,这才钻下去一点点,离目标还差很远。随着该计划的组织方建议进一步增加经费,但最终被美国国会否决,直接原因是经济上负担不了。这项计划随之宣告终止。其实,“莫霍面钻探计划”之所以会夭折,不仅是因为费用问题,还有当时深海钻探技术方面的问题,钻透莫霍面的技术难题至今还未得到解决。

地质学家为何选择在大洋中实施莫霍面钻探计划?

莫霍面在大陆地区的深度为20~70千米,而在大洋地区的深度为7~8千米。显而易见,钻透莫霍面,

最可能的地点还是在大洋中。

“莫霍面钻探计划”虽然夭折了,但是它却成为开启新一轮大洋钻探的钥匙。俗话说“撞了南墙要回头”,既然打穿莫霍面有难度,那就别只盯着“莫霍面”和上地幔了,先好好研究一下洋壳和深海沉积物吧。

1968年,真正意义的大洋钻探—深海钻探计划(简称DSDP)开始实施,负责钻探的是“格罗玛·挑战者”号钻探船。到1983年深海钻探计划结束,“格罗玛·挑战者”号钻探船共完成了96个航次,除了地球最北边被冰封的北冰洋外,它的钻井遍布世界各大洋,钻井数量达千余口,钻取岩心长度达9.5万多米。通过研究这些岩心,科学家有大量的重大发现,比如在墨西哥湾洋底下发现了石盐层,石盐层的下面蕴含着丰富的石油;再如,科学家在大西洋获取了大量岩心,发现这些岩石的年龄从洋中脊向外依次变大,这为海底扩张学说提供了极为有力的证据。

深海钻探的成功引起了各个国家的广泛关注。1975年,苏联、联邦德国、英国、日本和法国等纷纷加入该项计划,大洋钻探从单打独斗转入国际合作。

1985年,技术更加先进、设施更加完善的深海钻探船—“乔迪斯·决心”号大洋钻探船接过退役的“格罗玛·挑战者”号的接力棒,大洋钻探也随之开启第二个阶段—大洋钻探计划(简称ODP)。该计划于1985年开始,2003年结束,这期间共开展了111个航次的调查。

中国于1998年正式加入大洋钻探计划。早在1997年,我国的汪品先院士就向国际专家组提交了在中国南海钻探的建议书—“东亚季风历史在南海的记录及其全球气候影响”建议书,并在评审中获得第一。1999年,汪品先院士作为首席科学家,在中国南海成功实施第一次深海科学钻探,追踪东亚季风演变的历史,实现中国海域大洋钻探零的突破。

“东亚季风历史在南海的记录及其全球气候影响”建议书

大洋钻探的航次根据各国科学家的竞争安排—每个耗资逾700万美元的钻探航次由国际专家组根据成员国科学家提供的建议书投票产生。1997年,汪品先院士提交了“东亚季风历史在南海的记录及其全球气候影响”建议书,得票最高,一举拿下ODP 184航次。1999年,ODP 184航次在南海实施。(https://www.daowen.com)

这一时期,科学家通过深海沉积物研究了地球的环境变化,在深海发现了可燃冰,同时发现了在海底数百米的地下还有微生物的存在……众多的科研成果极大提高了人类对海洋的理解和认识。

2003年,大洋钻探进入第三个阶段—综合大洋钻探计划(简称IODP Ⅰ)。这一时期,“乔迪斯·决心”号继续使用,性能更为先进的日本“地球”号大洋钻探船、欧洲的“特定任务平台”也加入该计划。该计划的钻探范围大,由于技术等原因,“乔迪斯·决心”号、“地球”号大洋钻探船只能在深海开展钻探工作,在水深较小的近海却不行,而欧洲提出的“特定任务平台”专门针对浅海及冰盖等地区开展钻探工作,三个平台配合默契、相得益彰。该计划的研究领域从地球科学扩大到生命科学,技术手段也从深海钻探扩大到海底深部观测网和井下实验。该计划的实施,让人类对板块运动的深层次原因、“深部生物圈”、气候变化等热点前沿科学问题有了更多的认识和理解。

2013 年10月起,国际综合大洋钻探计划改名为国际大洋发现计划(简称IODP Ⅱ),并会一直持续到2023年。新计划提出了四大科学目标:理解海洋和大气的演变,探索海底深部生物圈,揭示地球表层与地球内部的联系,研究导致灾害的海底过程。相信这一计划会将更多、更重大的成果呈现在我们面前,让我们拭目以待吧。

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经过 50 多年的发展, 大洋钻探初期那种科学目标简单、技术难度不高,可以“一钻定天下”的站位已经越来越少,仅靠钻探这种单一手段解决科学问题的时代正在过去,而与深网观测、深潜探索相结合的“三深”技术正在成为未来大洋钻探的新形式。

我国在深海探测领域起步虽然较晚,但当前捷报频传,成果丰硕。经过多年努力,我国已研发出一批拥有自主知识产权、技术先进的深海装置。不同深度的载人深潜器—能潜入深海4 500 米的载人潜水器“深海勇士”号、能潜入深海7 000米的“蛟龙”号和万米海沟坐底的“奋斗者”号相继下海,让“下五洋捉鳖”的科学梦想走进现实。同时,中国正在建造自己的大洋钻探船,相信不久的将来,中国人也会驾驶我们的钻探船穿梭于世界各个大洋,开展大洋科学考察活动。

深海探测领域的“三深”

深海探测的“三深”是指深潜、深网和深钻。

“深潜”包括载人和不载人的深潜器。

“深网”指的是用光电缆连接的海底观测系统及不联网的水下观测移动装置。

“深钻”是从海底向下进行科学钻探。

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