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科普|上天容易入地难,“入地”到底难在哪儿?

 zhb学习阅览室 2021-11-25

关于“上天”,人类已经取得了很多的成就,而“入地”的进程却一直很缓慢。

20世纪70年代以来,很多发达国家陆续实施了多项科学钻探计划,具有代表性的有:苏联科拉半岛12262米超深钻,这是目前世界上最深的井;德国KTB超深钻,深度9101米,排名第二;我国7018米深的松科二井,是国际大陆科学钻探计划实施22年以来的最深钻井,也是全球首个钻穿白垩纪陆相地层(陆相地层是指陆相环境下所形成的地层,如河流、湖泊、冲积扇等)的科学钻探井。

我们知道,地球的直径是12756千米,而人类最深的钻洞为12262米。这样看来,人类对地球内部的了解只是一点皮毛。那么,“入地”为什么比较难呢?

现阶段对于“入地”的探索主要是靠科学钻探,钻探是利用深部地质钻探的机械工程技术,以开采地底、海底自然资源,或者采取地层的剖面实况,撷取实体样本提供实验,以取得相关数据资料等。

科学钻探,有助于我们获知更多地质活动发生的原因;有助于资源、能源的开发利用,如调查和开发深部热能;在环境科学方面,有助于研究地震成因、火山喷发机理、地质灾害预警等。

但是这种技术也存在局限性,这也是这么多年来人类无法达到更深钻探的原因。

这一切要从地球地底的特殊性来探讨。

我们现在讲的地球内部是从古登堡面起,一直到地球中心,这部分我们称之为地核。地核是地球的核心部分,主要由铁、镍元素组成,半径为3480千米,总质量占整个地球质量的31.5%,体积占整个地球的16.2%。

无法进行更深钻探的原因有很多,一是由于地核处于地球的最深部位,受到的压力比地壳和地幔部分要大得多。

在外地核部分,压力已达到136万个大气压,到了核心部分便增加到360万个大气压了。在这样大的压力下,人类拥有的最坚硬的金刚石也会变得非常柔软,根本无法进行钻探。

二是地核内部温度也很高,越是往深处,温度也就越高,可达4000~8000℃之间。我们现在应用的钻头远远无法承受如此高温,钻机的配件和电子元件在如此高温下也不能正常工作。

三是高密度,地核物质的平均密度大约为每立方厘米10.7克,现有的最硬的钻头也无法穿透。

在这“三高”的情况下,钻探的井壁岩石也容易破碎,易造成井壁垮塌、卡钻等井下事故,而且井斜度不能超过18度,由于无法有效地探知井斜(又叫井斜角,通常定义为井眼轴线上某点的切线与铅垂线的夹角)的发生,这也成为制约科学钻探的世界级难题。

由此可见,现阶段科学钻探还面临很多需要克服的难关,对地探索还有很长的路要走。

科学钻探的本意是为了取得相关的地球地壳形成和板块运动的原理等信息,以及探测地球深处是否存在一些未知的微生物,也会对未来地震的预测起到很好的指导作用。

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