地球深處：人類為何止步12公里？地心6000℃，人類永遠到不了？

大家好 今天咱來聊一個你平時可能從來沒往生理想過的話題 就是我們腳底下這個世界到底有多深 裡面藏了什麼 你知道人類往外走有多厲害吧 1969年踩上了月球 那是38萬公里外的另一個天體 宇航員坐火箭飛了三天 落下去 踩上去 拍了照 回來了 後來又把探測器開到了火星 那是4億公里外 信號來回一趟也要20多分鐘 更猛的是旅行者一號 1977年發射 飛了將近50年 現在在離地球250億公里以外飄著 已經飛出太陽繫了 還在繼續飛 永遠不停 你放往外走 要多遠有多遠 沒什麼能攔住 那往下呢 往地底下 往我們自己腳底下 你猜人類走了多深 答案會讓你愣一下 才12公里 12公里 這個數字是一口井量出來的 這口井在俄羅斯西北角科拉半島 北極圈以北的一片極地苔原上 周圍是苔蘚 碎石 和年年不停的風 距離最近的小鎮開車要一段時間 是真正的荒涼 蘇聯人1970年在那裡豎起磚塔 開始鑽 目的很純粹 不為石油 不為天然氣 就是為了探索 就是想看看地殼裡面到底有什麼 這個目的在當時的冷戰語境裡 也有一層含義 就是要贏 你可能沒想到這一鑽會鑽多久 24年 整整24年 1970年到1994年 這中間蘇聯解體了 冷戰結束了 整個世界換了一番面貌 那口井還在那裡一直往下鑽 1994年停鑽 1995年封井 工人來了 把鐵板壓到井口上 拿焊槍焊死 轉身走人 沒有儀式 沒有新聞 沒有發布會 就是焊死走人 就這麼完了 你想想 用了24年心血 數十億盧布打出來的一口井 就這麼一道焊縫 結束了 那口被焊死的鐵板到今天30年了 從來沒有任何人再打開過 這口井最終鑽到了12262米深 你可能沒概念 這麼比一比 珠穆朗瑪峯高8848米 這口井比珠穆朗瑪峯還深了將近3500米 它是人類有史以來 在地球上打過的最深垂直鑽孔 世界紀錄 你以為這個紀錄早就被打破了嗎 沒有 2025年了 這個紀錄還擺在那 沒有任何人超過它 順便說一下 2008年卡塔爾有一口油井鑽到了12289米 深度上是超過了科拉 但那是斜向鑽進去的 垂直深度比科拉淺很多 所以真正的垂直深度紀錄 還是科拉 你說奇不奇怪 往外飛出太陽系沒問題 往下鑽12公里就再也進不去了 然後焊死 走人 更讓你愣神的是 你把這12公里跟地球整體一比 地球半徑是6371公里 12公里是多少 0.19% 連0.2%都到不了 你拿一個蘋果找根繡花針 在蘋果皮上輕輕戳一下 針尖剛剛進皮那一點點深度 大概就是科拉深井相對於地球的比例 蘋果皮都沒穿透 人就再也進不去了 就焊死了 走了 地底下到底有什麼讓人類這麼難受 你可能會想 這不過是一口沒鑽完的井 有什麼好講的 但你仔細琢磨這件事 它背後有一種很奇特的感覺 就是人類面對宇宙往往是無邊的自信 我們能計算行星軌跡 能把探測器精確送到冥王星旁邊 能看到134億光年外的星系 但對於我們自己站著的這顆星球 腳底下區區12公里 就到頭了 瘋了 走了 這個反差是真實的 不是誇張 它說明地球內部是人類面對的最後一批 真正的未解之謎之一 而且是字面意義上的 就在腳底下 今天咱就從腳底下一米開始 一層一層往下跑 每一層都有你沒想到的東西 越往下越奇怪 越往下越讓你覺得 我們對腳底下這顆星球的瞭解 遠比我們以為的少得多 好 先從最近的地方說起 就是你腳底下這一米 你這輩子最深入地下的一次是什麼時候 可能是在花壇裡挖坑埋囚禁 可能是小時候在沙堆裡刨洞 可能是幫家裡裝個菜園子刨了幾產土 反正絕大多數人對地下的直接接觸 也就到手腕這麼深 三四十釐米差不多到頂了 再往下就沒耐心了 你以為這淺淺一層土沒什麼了不起的 那你就大錯特錯了 就這三四十釐米 裡面熱鬧得很 你隨手從健康土壤裡挖一茶匙 就這麼一小撮 你猜裡面有多少生命 大約十億個細菌 大約二十萬個真菌 還有大約一萬個原生動物 你手心裡捏著就這麼一小勺 裡面裝了十億條命 地球上現在有多少人 八十億 也就是說 你手裡這個茶匙土裡的細菌 差不多相當於地球人口的八分之一 全在那一小撮土裡 而且你知道這十億個細菌裡 科學家能認出來叫得出名字的有多少嗎 不到1% 剩下的99%是什麼 我們到今天還不清楚 你說這淺淺一層土裡面有多複雜 再往下說 地表以下0到1米 是植物根系的主戰場 你可能覺得大樹的力量在上面 那些枝幹和葉子 那是大錯特錯的 你見過哪棵大樹拔起來過嗎 根系有多大 一棵普通的大樹 把所有細根加在一起 量總長度能超過500公里 比一趟北京到上海的高鐵還長 你平時看到的那棵樹 根系在地下有500公里 你從來沒想過吧 而且超過90%的有效根系 就集中在地表以下一米以內 這纔是大樹真正的命根子 全在這一米裡算的 地表土壤還有一個你可能根本沒往這個方向想過的功能 就是儲碳 地表以下0到10米的土層 儲存的碳總量 大約是整個大氣層裡碳含量的兩倍以上 比地球上所有森林裡儲存的碳加起來還多 你說大氣裡那些讓人頭疼的溫室氣體 有很大一部分的去向 就是被這層土壓著 它是地球氣候一塊重要的壓艙石 不聲不響地壓著 你從來不知道 那你有沒有想過 如果這層土被破壞了會怎樣 大規模的不合理耕作會讓土壤結構瓦解 微生物群落崩潰 儲存的碳重新釋放出來 聯合國糧農組織的數據說 全球每年有大約240億噸肥沃表土流失 這個速度比自然形成新土壤的速度快得多 因為1釐米厚的健康土壤自然形成 需要大約100到1每釐米年 但最讓人心裏一緊的是另一個數字 這整個地表土層平均厚度是多少 18釐米就是18釐米 人類幾千年的農業文明 地球上所有的糧食 所有的森林 全建立在這18釐米上 18釐米薄得像一張皮 貼在這顆星球的表面 你每天踩著它走路 靠著它吃飯 從來不想它 也從來不覺得它有多重要 18釐米 要是這層土全壞了 什麼都沒有了 好 那18釐米的土層說完了 你可能以為土層以下就是一片死寂的岩石 沒人管 沒人動 什麼都沒有 錯了 往下超過10米 人類自己就進去了 我們開始主動往下挖 買管道 建地鐵 挖隧道 把地下改造成了另一個城市 你坐過地鐵吧 你有沒有想過地鐵站臺到底有多深 北京大多數地鐵站在地下10到30米 感覺不深 下幾階臺階沒什麼感覺 手機還能有信號 上海差不多 但你要是去莫斯科坐地鐵 感受就完全不一樣 莫斯科地鐵有一站叫公園勝利站 深度84米 你從地面坐自動扶梯下去 那扶梯就一直往下走 走著將近三分鐘纔到站臺 你站在扶梯上往下看 黑洞洞的根本看不到頭 往上看也看不到盡頭 你在兩個黑洞之間往下沉 那個感覺真的很奇妙 莫斯科地鐵當年是冷戰時期設計的 設計原則就是深 因為核戰爭一旦爆發 這些地下站可以作為防空洞 越深越安全 地下10到50米 是地鐵和城市管線的主戰場 地下50到200米就開始碰到地下水了 你知道全球有多少人喝的是地下水嗎? 大約20億人喝的就是從這一層地下岩石裂隙裡 抽出來的水 而不是河水 水庫水 就是直接從地底下抽的 古墓也集中在這一層 埃及法老的地下陵寢 大概在地表以下20到30米 中國漢代諸侯王的墓室 裡面是完整的地下宮殿 墓道、前室、主室、藏寶室全在地下 甚至還有排水系統 你想想 2000年前的人純靠人力挖下去50米 挖出來的土要一車一車拉走 再把棺材和所有陪葬品送下去 再回田封上 對工程量是什麼概念? 這得組織多少人幹多少年? 這一層還有一個你平時沒往這方面想的特性 就是溫度穩定 從大約15到20米以下延時溫度開始 不隨季節變化了 常年穩定在大約10到15攝氏度 不管外面夏天多熱 冬天多冷 到了這個深度 就是這個溫度 一年四季就這樣 這就是為什麼古代人把酒窖往地下挖 不需要置冷 不需要加熱 地下溫度本來就夠低夠穩 酒一年四季都能存得很好 你喝過恆溫酒窖層的酒嗎? 就是這個道理 然後是一個你可能沒聽過的地方 叫赫爾辛基地下城 芬蘭首都赫爾辛基冬天極寒 乾脆把大量公共設施挖到地下去了 游泳館、購物中心、運動場、停車場、教堂 一整套城市配套 全在城市地下200米以內的花崗巖裡套出來的 這個系統現在還在擴建 暫時可以供全市幾十萬居民進去避難 不受地面上任何天氣影響 你想想 我們一直覺得地下是埋死人和埋管道的地方 芬蘭人把整個城市的生活設施搬進去了 這思路完全不一樣 還有一件你可能想不到的事兒 這一層地下空間在中國也有很多 北京、上海、廣州都有大規模的地下人房工程 很多城市的地下早就是一個立體的網絡、管線 地鐵、人房通道、商業空間層層疊疊 北京地下有一套叫地道站遺址的隧道系統 上世紀60年代開始挖 最密集的時候整個城區地下都是互相連通的隧道 村民可以從這個村地下鑽到幾公里外的另一個村 你說地下是個什麼地方? 是城市的另一層面目 是歷史的另一幅骨骼 只是你平時看不到 你以為地下200米到這裡就只剩岩石了? 還沒有 研究人員在地下100到200米的岩石裂縫裡 發現還有微生物在活動 有些細菌在沒有光、氧氣極少的環境裡一直待著 地下這一層不是死地 是有東西在活著的 而且比你以為的活得深得多 真正讓人吃驚的發現是在更下面 科學家在地下3公里、4公里、甚至5公里深處 同樣發現了活著的東西 1986年南非一座金礦 礦工在地下3.2公里深處 打穿了一條岩石裂縫 裡面有液態水流出來 你想想 3公里深的岩石裡哪來的水? 這本身就夠奇怪了 科學家趕來採樣對水做了分析 結果更讓人愣住 水裡有活的細菌 活的 你想想那是什麼環境? 地下3公里 沒有陽光、沒有氧氣 幾乎沒有任何來自地表的有機物 這些細菌靠什麼活? 靠分解岩石裡的硫酸鹽來獲取能量 就是字面意思靠啃石頭活著 科學家不算 這些細菌在那片漆黑裡 獨自待了至少數百萬年 跟地表的世界完全隔絕 就這麼一代一代在岩石縫裡活下去 這種細菌後來被命名了 拉丁文名字是 Candidatus Desophorides Autexviator 翻譯過來是勇敢的旅行者 你說這名字起的到不到位 在幾公里深的黑暗裡 靠啃石頭獨自活了幾百萬年 叫勇敢的旅行者 挺貼切的 這不是孤立 日後全球各地陸續發現了類似的深地生命 美國南達科他州地下1.5公里 加拿大安大略省地下2.4公里 納米比亞地下3.6公里 每一處都有微生物活著 這麼多不同的地點不同的深度都有 越來越多的發現指向同一個結論 地下是普遍有生命的 不是偶然,是規律 2018年 國際深探觀測計劃發表了一份綜合報告 匯總了全球幾百個鑽孔數據 估算地球地下生物圈的總生物量 大約是150到230億噸碳 你來比一比 地球表面所有生命加起來大約是550億噸碳 其中植物佔了450億噸 所有動物加起來只有約2億噸 而地下微生物的總量 比地表所有動物加起來多了100倍以上 換句話說 你如果要問地球上活著的東西在哪 有將近一半在地底下 你從來沒意識到 這個發現還帶來了另一個深遠的意義 就是對尋找地外生命的印象 過去科學家一直認為 生命需要陽光、需要液態水 需要接近地表的溫和條件 這把太陽系裡可以有生命的地方 框定得很窄 但地下深地生命的發現 把這個框打破了 你不需要陽光、不需要氧氣 只要有化學能 生命就能存在 天文學家開始重新審視木維爾歐羅巴 那顆木星的衛星表面是冰殼 下面可能有液態水海洋 那裡有沒有類似的靠化學能活著的生命? 土維爾有從地底噴出的水蒸氣 那裡一粒南非礦山裡的細菌 幫我們重新定義了 什麼叫適合生命生存的地方 那這些細菌是怎麼活的? 它們靠化學能,不靠太陽能 分解岩石裡的鐵、硫、氫等元素 在化學反應裡 摳出一點點能量來維持生命 而且它們活得極慢 有些細菌的繁殖週期是幾百年 甚至上千年繁殖一代 代謝速率慢到幾乎靜止 但確實活著 就這麼一直活下去 你想想這個數字 上千年繁殖一代 你從出生到現在 那些細菌可能還沒繁殖過哪怕半代 你的爺爺的爺爺那個年代 它們可能才剛剛完成了上一次分裂 整個人類有文字記錄的歷史也就五六千年 也許正好對上了深地細菌的那麼幾代 它們用來計量時間的單位 和你用的完全不是一個量級 而且科學家還發現 這些深地微生物的遺傳多樣性極低 有些地方挖出來的樣本 裡面就那麼一兩種細菌 其他什麼都沒有 完全的獨具生態 你想想 一種細菌在三公里深的岩石縫裡幾百萬年 就它一種 沒有天敵 沒有競爭 也沒有任何新鮮事 就這麼一直存在下去 這是什麼樣的一種存在? 那些細菌從來沒見過光 不知道太陽是什麼 不知道大海是什麼 也不知道有什麼東西叫做風 它們只知道黑暗還有岩石 還有幾百萬年不變的沉寂 你說這算不算頑強? 但不管多頑強 這些微生物也只是靜靜地在岩石縫裡熬著 再往下一點 到了礦工能下去的深度 那就是另外一種殘酷了 再往下超過200米 普通人就進不去了 去的都是礦工 而礦工能下到的深度 會讓你覺得他們不是在挖礦 是在跟物理規律硬扛 地下有一條規律 每往下100米 岩石溫度升高大約3攝氏度 你現在站在地表 假設溫度是20攝氏度 往下走100米 岩石溫度是23攝氏度 往下500米是35攝氏度 往下1000米是50攝氏度 往下2000米是80攝氏度 往下4000米 自然溫度已經超過60攝氏度了 比你發高燒還高了將近一倍 而且這只是岩石本身的溫度 礦山裡還有機械運轉產生的額外熱量 實際工作環境比岩石溫度更熱 全球最深的金礦在南非 叫姆波尼格礦 最深處約4公里 礦井裡岩石的自然溫度是60到66攝氏度 這個溫度你別說工作了 站在那裡15分鐘就要中暑 所以礦山要裝巨大的製冷系統 把礦道裡的溫度強行降到28攝氏度左右 工人才能下去 靠什麼降溫? 靠冰 每天要往礦道裡蹦入約6000噸冰漿 把冰打碎加水攪成漿 用管道蹦進礦道裡 才能維持那麼一點點涼意 你算一算 6000噸冰 每天就為了給礦工創造一個 但是這個製冷系統的運營成本 就是這座礦山每年支出裡的一個大頭 工人下去一次要坐多久電梯? 從地面到4公里深的工作面 單程超過一小時 你上班是怎麼通勤的? 地鐵20分鐘 騎車半小時 這些礦工每天上班要在樹井裡坐電梯一小時 到了之後在高溫礦道裡作業幾個小時 下班再坐一小時 回來 年復一年就是這麼過的 下去了還要面對一個叫巖爆的危險 地下4公里的岩石承受著極大的壓力 每往下1000米增加約270個大氣壓 到4公里就是將近1100個大氣壓 這個壓力積累到一定程度 周圍岩石會突然爆裂 碎塊以接近子彈的速度飛出來 打到人是直接穿透的 礦工管這個叫巖爆 他來的毫無預兆 是地下作業裡最防不住的殺手之一 因為你沒有任何辦法完全預測 他什麼時候發生在哪裡 南非深礦的事故記錄裡 巖爆是最主要的致命原因之一 還有個你可能想不到的細節 工人在地下4公里深處不能戴普通手錶 因為那裡的岩石壓力會讓精密儀器走失不準 想象一下 走進一個連手錶都沒法用的地方去上班 4公里深處還有一個問題 就是通風 你在那個深度呼吸的空氣不是自然流進來的 是機械泵強行打下去的 整個礦道裡的空氣循環 全靠幾臺大型通風機維持 如果通風系統出了故障 工人在那個溫度和密封空間裡撐不了多少時間 所以深礦的應急預案裡 通風故障是最高等級的緊急情況 排在巖爆之前 你說這就是4公里深處工作的現實 溫度、壓力、巖爆、通風 每一樣都能要命 這些人每天都要跟這幾樣東西共處 除了南非 印度克拉爾金礦最深處也超過3公里 加拿大的克萊頓涅礦超過2.4公里 每一座深礦都有自己的製冷系統 巖爆監測設備和複雜的安全規徵 隨著地表淺層礦藏越挖越少 人類被迫往更深的地方挖 技術在進步 但物理規律不會改變 溫度還是那個溫度 壓力還是那個壓力 只不過我們應對這些的手段越來越成熟了一點 那你以為這種條件沒人去對吧 恰好相反 反而有人去 而且願意去的人工資是南非製造業普通工人的好幾倍 因為沒有別的工人願意下去 敢去的人就有一家的資本 每天幾百個礦工坐著內部電梯 用一小時下到4公里深 在烤箱一樣的礦道裡挖出一點點金子 再用一小時回來 日復一日年復一年 你現在手上或者脖子上戴著的那顆金子 可能就是從那裡來的 從那個4公里深處 從那個每天需要6000噸冰才能讓人呆下去的地方 一點一點摳出來的 然後經過冶煉、加工、運輸到了你手上 你下次看著那顆金子 可以想想它是從哪裡來的 礦工能到的4公里 對於地球內部探索來說 還只是剛剛起步 蘇聯人不是來挖礦的 他們是來探索的 所以他們繼續往下 一直鑽到了12公里 然後停了 瘋了 蘇聯人為什麼要鑽這口井? 要從冷戰說起 1958年 美國地球物理學家提出了一個叫墨禍計劃的項目 目標是往海底鑽孔 一直鑽到地殼和地幔的分界線 讓科學家第一次直接拿到地幔的岩石樣本 蘇聯一看 這還了得 你要往地球裡鑽 我也要 而且我要比你鑽得更深 於是1970年 蘇聯啟動了科拉超深鑽孔項目 選址在科拉半島 那裡的岩石古老穩定 地質層次清晰 是絕佳的研究地點 開鑽之後前幾年進展還算順利 每年推進幾百米 1979年 這口井的深度突破了9583米 打破了當時由美國保持的最深鑽孔紀錄 蘇聯方面非常振奮 鑽探隊受到了表彰 繼續往下 你猜這個紀錄有沒有讓美國人感到壓力? 肯定有 但美國的墨禍計劃自己也已經拉尾了 1966年就被國會叫停了 因為海底鑽探成本太高 進展太慢 看不到頭 越往下 科拉這邊的問題越多 而且都是預先沒想到的 先說溫度 科學家在開鑽前做過計算 預測12公里深處的溫度大約是100攝氏度 這是可以接受的範圍 設備能應付 但實際測量的結果是180攝氏度 比預期高了將近一倍 你想想 180攝氏度是什麼概念? 普通高壓鍋的溫度是120攝氏度 那口井裡的溫度比高壓鍋還高出60度 鑽頭的橡膠密封圈在那個溫度下直接融化 潤滑油揮發 精密儀器燒毀 一個鑽頭在12公里深處的壽命短得讓人崩潰 每隔一段時間就要費力把鑽桿提上來換鑽頭 再下去 再換 消耗巨大 溫度還帶來了第二個問題 岩石的狀態變了 你可能以為深層岩石都是硬邦邦的 像石頭一樣 畢竟堅硬如石嘛 但在180攝氏度的高溫加上巨大的壓力下 岩石開始表現出一種叫塑性的特徵 有點像非常非常稠的麵團 不是液體但有彈性 會慢慢流動 這意味著你鑽進去的孔洞放置一段時間就會慢慢往裡收縮 把鑽桿夾住 甚至完全癒合 你辛辛苦苦鑽進去的進度 岩石會悄悄還給你一部分 讓你白幹 還有一個發現更出乎預料 在約9公里深處 鑽孔裡滲出了液態水 你想想 9公里深的岩石裡哪來的水? 理論上那個深度的壓力和溫度 早就應該把水變成別的狀態了 後來分析發現 這水不是從地表滲下來的 而是岩石礦物裡的氫和氧 在高溫高壓下被擠出來 重新結合成了水 岩石把自己擠出了水 這是完全沒有預料到的發現 說到這裡順便批個謠 網上一直流傳著一個故事 說柯拉深井挖到了地獄 還錄到了從地底傳來的慘叫聲 你可能也見過這個說法 這是假的 是1989年芬蘭一家諷刺雜誌 刊登的一篇虛構故事 後來被人當成真新聞廣泛傳播 傳了幾十年 到現在還有人信 真實情況是 柯拉深井裡最怪異的發現 是那些在9公里深處的水 和那些推翻了教科書理論的岩石 沒有慘叫 沒有地獄 但真實發現已經夠離譜了 根本不需要鬼故事來助興 這口井還做到了一件事 就是推翻了一個流傳幾十年的地質理論 教科書一直說大陸地峭分上下兩層 上面是花崗巖 下面一定深度就變成玄武岩 但柯拉的鑽探結果告訴你 在應該出現玄武岩的深度 依然是花崗巖 這個理論直接被現實打臉了 你說這就是探索的意義 不去鑽一下 你永遠不知道地球內部 跟你想的有多不一樣 1992年 鑽到12262米 再也打不下去了 溫度太高 設備撐不住 換一個鑽頭下去 沒多久又壞了 再換 再壞 效率越來越低 1994年正式實驗部停止 1995年 風井旱死 走人 24年 那口井就在那兒 鑽頭進進出出越來越深 發現越來越多讓人意外的東西 然後有一天 沒有人再去問它還能告訴我們什麼 那蘇聯人到底輸給了什麼? 不是預算 不是意志力 是物理 地下12公里 已經把人類的所有工程能力打得落花流水 而那只是地球半徑的0.2% 這時候你可能要問了 人類往太空飛動不動就是幾百萬公里 為什麼往地下鑽區區12公里反而更難? 這個問題問得好 而且答案會讓你重新認識太空探索和地下探索 到底有什麼本質的不同 先說太空為什麼相對好對付 太空是真空 沒有阻力 沒有摩擦 你把衛星打出去 它就一直在那轉 不需要持續消耗能量 溫度雖然極端 但工程師有成熟方案 往太陽那邊多鋪一層隔熱材料 背太陽那邊裝加熱片 這些都能解決 最重要的一點是 無線電信號在真空中以光速傳播 你可以在北京遙控在火星上的探測車 延遲是幾分鐘 但信號能到 國際空間站在400公里高度正常運行 旅行者一號跑到了250億公里外 還在發信號回來 往外送設備 人類是有成熟路徑的 現在你把這些優勢全部反過來 就是地下的挑戰 第一溫度 每往下100米升高約3攝氏度 到12公里時溫度已經超過180攝氏度 你知道精密儀器能扛多少度嗎 普通消費級芯片是85攝氏度 高檔工業級的頂多125攝氏度 超過這個就燒了 超過180攝氏度 芯片燒 橡膠密封圈融化 潤滑油揮發失效 電線絕緣層脫落 所有精密設備在這個溫度下都撐不住 你想讓設備在12公里深處長期工作 就先得解決這個問題 但這是真正的難題 不是換個材料就能搞定的 第二壓力 每往下1000米 延時壓力增加約270個大氣壓 到了12公里是3240個大氣壓 你知道這是什麼概念嗎 你喝可樂 瓶子裡的氣壓大約是2到3個大氣壓 3240個大氣壓 是可樂瓶氣壓的1000倍 普通鋼材在這個壓力下會變形 精密部件的配合間隙會被壓縮失效 所有材料的疲勞壽命急劇縮短 設備下去了本體的材料就開始出問題 第三信號傳不下去 無線電波傳不特延時 你沒辦法遙控地下設備 沒辦法實時傳輸數據 只能靠有線電纜 但幾公里長的電纜本身也要承受高溫高壓 保持電纜正常工作是另一個巨大的工程難題 在太空裡 信號是真空中的光速傳播 在地下信號被延時堵死了 12公里的鑽桿自重超過200噸 而且鑽桿不是靜止的 它要旋轉 旋轉時產生的扭轉引力隨深度積累 越深越容易扭斷 喀巴深井的鑽探歷史裡 鑽桿就斷過好幾次 有幾次斷了的部分取不出來 只能繞開重新開一個角度繼續鑽 非常耗時耗力 第五 岩石會自己癒合 高溫高壓下的岩石有塑性 你鑽開的孔洞會慢慢收縮 停下來處理別的問題 回來發現孔徑已經變小了 嚴重的時候直接堵上了 你之前的努力岩石幫你還了一部分 你幹了白幹 你把這五條加在一起感受一下 往太空打衛星 好比往一個空蕩蕩的房間裡扔一個球 路徑可以精確算出來 扔出去就扔出去了 球不會在路上被什麼夾住 也不會自己消失 往地下鑽 好比拿根筷子往一鍋沸騰的 粘稠的 還會自己流動的熱油裡插 油在湧動 溫度在灼燒 筷子插進去會被糊住 停下來孔會慢慢合上 拔出來還可能帶不出來 你說這兩件事哪個難 往外飛是在跟空曠較勁 往下鑽是在跟地球本身較勁 地球用的武器是高溫高壓 還有會癒合的岩石 人類目前沒有完美的答案 那12公里以下是什麼? 人類從來沒到過那裡 但我們不是完全一無所知 因為地震幫了我們大忙 每次地震發生 震波會從震源向四面八方傳播 穿越地球內部 當這些震波穿過不同密度 不同成分的巖層時 會發生折射、反射 速度也會改變 科學家在全球各地佈置了幾千臺地震儀 接收這些信號 再根據信號的變化 來反推地球內部的結構 你覺得這個方法像什麼? 你就把它想成醫院的超聲波檢查 你看不見人體內部 但聲波打進去再彈出來 儀器就能描繪出裡面的樣子 地球也是 它自己產生的地震波 就是給科學家用來掃描它內部的工具 只是這個檢查對象大了一點 是整顆地球 通過這個方法 科學家摸到了地球內部一條非常重要的界面 1909年 克羅地亞地震學家安德里亞·莫霍洛一起 在分析一次地震數據時 發現震波在大約30公里深處突然加速了 速度變化說明那裡存在一個密度突然改變的界面 兩側的岩石成分不一樣 這條界面後來就以它的名字命名 叫莫霍不連續面 簡稱莫霍面 它是地翹和地慢的分界線 那你知道莫霍面在哪裡嗎? 在大陸下面 大約是地表以下35到40公里 在海洋下面則淺得多 只有7公里左右 你對比一下 人類最深的鑽孔是12公里多 而大陸下的莫霍面在35到40公里 我們連莫霍面都沒到 還差了20多公里 換句話說 人類花了24年 把一口井鑽到了世界紀錄的深度 連地翹的三分之一都沒穿透 這也是為什麼當年美國的莫霍計劃選擇從海底鑽 因為海洋下面莫霍面只有7公里 比在陸地上鑽深得多了 1961年到1966年 美國在墨西哥灣附近實施了鑽探 你猜最深鑽了多少? 海底以下約183米 連1公里都不到 遠遠沒到7公里的目標 耗資數百萬美元之後 1966年被國會叫停 進展太慢、錢燒太多、看不到頭 莫霍面以下是地幔 你怎能想象地幔是一大團巖漿 液態的、沸騰的 就像火山噴出來的那種 這是誤解 你以為地幔是液態的? 不 地幔絕大部分是固態的 主要成分是一種叫橄欖石的礦物 比地殼岩石密度更高、更動 但是你要在時間軸上 把尺度拉得足夠長 幾百萬年、幾千萬年 這些固態岩石確實在極緩慢地流動 類似冰川 一年不過移動幾釐米 但終究是在流 就是這種緩慢的對流 驅動著地球板塊不停地運動 把大陸推來推去 地震和火山 都是這個過程留下的副產品 包括你腳底下這顆星球的地形 都是地幔對流幾億年的結果 那地幔裡有沒有什麼東西跑到地表過? 有 而且你可能摸過 天然鑽石就是從地幔裡來的 每顆天然鑽石的形成深度 是地下150到200公里 正在上地幔裡 那裡溫度約900到1300攝氏度 壓力約4.5萬到6萬個大氣壓 碳元素在這種極端條件下 被壓縮成了鑽石結構 鑽石怎麼到地表的? 被一種叫金玻璃巖的火山岩漿 高速噴發帶上來 速度之快讓鑽石來不及在地壓下分解 就這麼被帶到了地表 最終被人挖出來 被打磨、被買賣、被帶在手上 你手上那顆天然鑽石 是一塊從地下150公里深處 高速逃出來的地幔碎片 它見過的地方人類永遠到不了 它是人類目前能拿到手裡的 來自那個深度的唯一食物 帶著那裡的溫度和壓力的印記 跑到了我們手邊 你下次看到鑽石的時候 可以想想這件事 還有一類岩石也值得你留意 就是金玻璃巖本身 金玻璃巖是攜帶鑽石上來的火山岩 在它的岩石樣本裡 科學家有時會找到地幔橄欖巖的碎塊 那是真正來自地幔的岩石樣本 不是推算出來的 是食物 科學家通過分析這些樣本 能直接測量地幔岩石的成分和溫度歷史 這是少數幾種能讓人類 真正觸摸到末霍面以下物質的方式之一 你說這口柯拉深井花了24年 用了無數鑽頭 鑽到12公里就鑽不下去了 而地球自己用火山岩漿 把地幔碎片直接送到地表來 反而是更有效率的一種方式 就是沒法控制時間和地點 繼續往下 過了地幔 再深處是地河 這一層人類從來沒有到過 靠的全是地震波數據和實驗室裡的極端高壓模擬 但推算出來的樣子會讓你覺得很不對勁 地幔從末霍面一直延伸到地下約2900公里 在這個深度 地震波的速度發生了又一次突變 這說明地質結構在這裡又有一個界面 密度大幅改變 這就是河漫邊界 地幔到此結束 地河從這裡開始 地河分兩層外河和內河 先說外河 外河從地下2900公里到5100公里 大約2200公里後 是液態的 主要成分是鐵和鎳 你想象一層2200公里厚的液態鐵包著地球的中心 一直在緩慢地翻騰和流動 那是個什麼規模 你完全沒有辦法用日常尺度想象 這個液態鐵的流動非常關鍵 因為它產生了電流 電流產生了磁場 這就是地球磁場的來源 你可能覺得地球磁場是個抽象的東西 但它對地球上的生命有多重要 你看看火星就明白了 火星很久以前也有磁場 因為它比地球小 冷卻更快 內部液態鐵的活動停止了 磁場消失了 磁場一沒 太陽風就開始一點點波濕火星大氣層了 幾十億年下來 火星大氣變得極其稀薄 地表的水蒸發殆盡 變成了乾燥的荒漠 今天的火星 就是地球要是失去磁場 會變成什麼樣的預告 地球磁場是太陽風和地表之間的隱形屏障 沒有它 你站在地表受到的輻射劑量 會高到足以破壞細胞 讓大多數生命無法存活 你知道地球磁場是怎麼工作的嗎? 太陽風是高能帶電粒子流 遇到磁場會被偏轉 地球磁場把這些粒子往兩端極區引導 讓它們沿磁地線進入大氣層 這就是極光的來源 那些綠色、藍色的光 就是被地球磁場引導進來的太陽風粒子 轟擊大氣層產生的 你看極光是美景 背後其實是地球磁場在工作 把本來會傷害你的東西變成了燈光鏽 再往裡是內核 內核從地下5100公里到地球中心 是一個半徑約1220公里的鐵鎳固體球 直徑大約2440公里 接近月球直徑的70% 內核有兩個數字會讓你瞪眼 第一溫度 內核的溫度大約是5000到6000攝氏度 和太陽表面的溫度差不多 你想想 地球核心的溫度跟太陽表面一樣熱 就在我們腳底下6000公里的地方 第二它是固體 你想想 6000攝氏度的鐵在地面上 鐵的熔點才1538攝氏度 6000度下鐵早就是氣態了 但內核是固體 這怎麼可能? 因為壓力太大了 內核承受的壓力約是360萬個大氣壓 就是這個壓力把鐵硬生生壓成了固體 不讓它融化 溫度足夠高但壓力更強 壓力贏了鐵只能是固體 這個現象叫壓制固化 溫度越高壓強越大 鐵就越難融化 2023年科學家分析地震波數據 發現內核可能還有一個更內層 最中心的鐵晶體排列方向 跟外面一層不同 就像一個球裡面還套著一個球 這個所謂的內內核還在研究中 不是定論 但說明我們對地球最深處的瞭解 依然還在不斷被發現 還有一件你可能沒想到的事兒 地球磁場不是一直方向不變的 它會翻轉 科學家從岩石裡的磁性礦物記錄裡發現 地球歷史上磁場已經翻轉過幾百次 上一次翻轉大約在78萬年前 翻轉過程中 地球磁場會短暫地減弱 這段時間地球受到的太陽風輻射會增加 翻轉一次大概要持續幾千年 地質時間尺度上很短暫 但對當時生活在地球上的動物來說 是真實存在的環境變化 你說你的指南針靠的就是地球磁場 如果生活在磁場翻轉的年代 指南針會直接失靈 往北的方向可能指的是你覺得的南 這種事在地球歷史上發生了幾百次 只是你不在那個時候 我們每天站在這個星球上 腳底下6000公里 是一個6000度的固態鐵球 這個鐵球驅動的液態外核產生了磁場 把太陽的高能粒子擋在外面 讓你能好好活在地表 不是我們征服了地球 是地球一直在用你根本看不見的方式 保護著我們 聊到這裡肯定有人要說了 等等 你們這幫科學家搞這麼麻煩 在陸地上鑽 溫度高 壓力大 各種問題 為什麼不去馬裏亞納海溝底部鑽 那裡已經在海平面以下11公里了 再往下鑽不就能更快到地幔嗎? 這個想法我要告訴你 在邏輯上真的沒有問題 核心思路是對的 而且科學家也真的是這麼想的 你知道為什麼嗎? 因為海洋地殼比大陸地殼薄得多 大陸下面的地殼平均厚35到40公里 但海洋下面的地殼平均只有7公里 薄了將近5倍 所以從海底往下只要鑽7公里 就能穿透地殼到達木霍面 而從陸地出發需要鑽35公里 科學家早就意識到這一點了 這正是當年美國默霍計劃 選擇在海底鑽孔的出發點 往海底鑽 路程短 這個思路沒錯 但馬裏亞納海溝具體是這個地方 有個致命的問題 太深了 馬裏亞納海溝最深點叫挑戰者深淵 水深11034米 超過了11公里 在這個深度 你知道海水壓力是多少嗎? 大約是1100個大氣壓 相當於在你一根手指頭面積的面積上 堆了1100公斤的重量 你普通鑽探設備下去之前 先要扛住1100個大氣壓的水壓 才能開始鑽岩石 目前沒有任何商用鑽探設備 能在這個水深下正常運作 因為你的設備本身就會先被壓壞 還有第二個問題 你算一算鑽桿要有多長? 鑽探船停在海面上 鑽頭要到海底 再到岩石裡 11公里水柱加上7公里巖層 鑽桿總長度要達到18公里 一根標準的5英寸鑽桿 每米重約20公斤 18公里就是360噸的鋼鐵自重 還沒算鑽頭和其他設備的重量 這360噸的鑽桿要從海面上控制 要讓它旋轉 要保持位置 但是這個重量就已經是巨大的工程挑戰了 更大的問題是 鑽探船停在海面上 風浪會讓船體橫向漂移 船一動 18公里長的鑽桿就跟著彎 鑽桿一彎就可能斷 這就像你站在一艘晃動的船上 用一根18公里長的細線去穿一枚繡花針 針還在水下11公里的地方 你說怎麼操作? 所以馬裏亞納海溝雖然深 但深到連設備都沒法穩定工作 就變成了不可行 那科學家實際上在哪裡鑽呢? 他們選了一個更合適的地方 水深3到4公里的海域 那裡地峭同樣只有6到7公里厚 水壓約300到400個大氣壓 鑽桿總長10公里左右 雖然依然極難 但工程上是可以嘗試的 日本專門為這個目標建造了一艘科學鑽探船 叫地球號 可以在水深4公里的海域作業 配備了最長10公里的鑽桿系統 是目前人類最接近末後面的工程項目 在印度洋某處 地球號已經把距離末後面的距離縮小到了約1.5公里 還沒到但離得很近了 這是人類有史以來距離末後面最近的地方 所以你看 到海裡去鑽是對的 但去馬裏亞納海溝底部 就把自己逼死了 要找地峭最薄的地方 也要找水深適中 設備能扛住的地方 而不是直接去最深的海溝 進入有收費站 說回那口被旱死的井 封井之後 克拉半島那片地方慢慢破敗了 地面上的鑽探設施被廢棄 建築物年久失修 2008年被評定為V樓 部分結構已經倒塌 你去查一下那個地方現在的照片 曾經豎著磚塔的地方只剩一片荒地 一塊秀氣斑斑的鐵板靜靜地壓著那個洞 那現在我們在做什麼? 地震波成像技術在不斷進步 科學家現在能描繪出地球內部越來越精細的結構 對地幔對流的理解也在持續更新 實驗室裡有一種裝置 把兩顆鑽石相對壓在一起 在幾毫米的區域內製造出地核級別的壓力 科學家用它來研究礦物在極端條件下的行為 推算地核裡究竟發生了什麼 日本的地球號鑽探船還在海底繼續工作 慢慢地接近末後面 你可能要問 那為什麼不繼續在陸地上鑽 這個問題問得好 而且確實有人在討論 但你算一算時間和成本 科拉鑽了24年 花了數十億盧布纔到12公里 要鑽到35公里的末後面 在今天的技術水平下 那是什麼成本什麼週期 幾乎沒有哪個國家願意單獨承擔這個項目 而且溫度問題沒有根本性的解決方案 到了一定深度設備就是撐不住 這個物理約束沒有變 所以目前來看 從海底鑽是更現實的路 而不是在陸地上硬拔 但你知道這些終究是間接的 是推算是模擬 不是真的進去看過 芬蘭人在地下做了一件事 從另一個維度呼應著那口諷刺的景 他們在芬蘭西南部地下約500米深處 建了一座核廢料儲存庫 名字叫昂卡洛 芬蘭語是洞穴的意思 這座庫是為了存放芬蘭所有核電站產生的高放射性廢料 設計存放時間是十萬年 確保在這十萬年裡輻射不會陷入到地表 工程師面臨的最大難題 不是怎麼建洞、挖洞、用混凝土封裝、用銅質容器存放 這些工程上都能做到 最難的問題是 你怎麼警告十萬年以後的人類 告訴他們這裡有危險 不要挖開 你想想十萬年是多長的時間 十萬年前人類還在用石器 剛剛開始遷徙出非洲 十萬年後的人類 不會說任何一種今天存在的語言 中文、英文、法文、阿拉伯文 全都可能消亡了 變成沒有任何人認識的古文字 你用今天的文字刻在石碑上 寫上危險、寫上輻射、寫上勤務挖掘 但十萬年後沒有人認識這些字 這石碑就是白刻的 工程師們討論了很多方案 有人說中滿荊棘讓人本能感到不舒服 有人說豎起一坯讓人看到就本能恐懼的雕塑 類似那種讓你想起死亡的形象 有人說乾脆什麼都不做 把位置徹底保密 讓未來的人根本找不到 但每一種方案都有漏洞 種的荊棘可以砍掉 雕塑可以拆掉 祕密可以被泄露 沒有一種方案能保證十萬年的有效性 這個問題到今天還在討論 沒有定論 王卡洛預計在2025年前後開始正式接受廢料 未來幾十年裡慢慢裝滿 最終封死 和柯拉深井一樣 最後被壓上蓋子 希望永遠不再被打開 一口封死的科研之井 一座封死的核廢料地窖 兩塊蓋子壓著兩個完全不同的祕密 腳下35公里的沒貨面 我們從來沒親眼見過 只靠地震剝菜的 柯拉深井鑽了24年 到了12公里 然後焊死、走人 王卡洛挖了幾十年 裝滿了 封死 希望永遠沒人打開 一個是人類問出去的問號 一個是人類壓下去的祕密 都在地底下 都在腳底下 都沒有答案 那口被焊死的鐵板不是終點 是一個問號 等著有一天被重新打開 如果你覺得今天這期有意思 點個贊告訴我 咱下期見