從凡爾納的《地心游記》到科學界探究地下之謎

阿斌

人類自誕生之日起，便從未停止過對這個世界的探索。我們向往璀璨的星空、沉迷廣闊的海洋……神秘莫測的生存環境在引起人類好奇心的同時，也激發了人類的想象力和創造力，無數相關的文藝作品相繼出現。

法國作家儒勒·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，將人們的視線由關注地外文明轉為關注地心世界，在當時引起了不小的轟動。

2008年，探險題材的影片《地心歷險記》對小說《地心游記》進行了大膽改編。影片仍以叔侄探險為核心，講述了構造物理學教授特雷弗帶著侄子肖恩一同前往冰島探險。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現了儒勒·凡爾納創作的《地心游記》手稿，其中一些內容與他的研究驚人的契合。叔侄二人前往冰島后遇到了向導漢娜，三人結伴而行。他們意外發現了一個洞穴，在探索的過程中卻不慎跌入深淵。當他們落地時，發現已經到了地下世界。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，還有花瓣開合時如血盆大口一般的食人植物以及纏人的藤蔓。在經歷了種種磨難之后，最終特雷弗點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？事實上，人類一直在往探索地心的方向前進，并在向下挖掘的過程中發現了埋藏在地下世界的諸多資源。

相傳在我國戰國末期，秦昭王派李冰到蜀郡（今成都一帶）擔任太守，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，李冰發現了潛藏在地下的寶貴的鹽水資源。在李冰的帶領下，我國第一口鹽井——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行挖掘。

北宋慶歷年間（1041—1048），四川地區的百姓發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達到400米的深度。在清代道光時期，四川自貢地區出現了燊（shēn）海井。這種井是利用井架裝置輔助進行打井，井深可達1001.42米，居當時世界之冠。

1973年，在河姆渡遺址發現了一口距今約5600年的水井，這是我國迄今為止發現的最早的木結構水井。這一考古發現表明，我國古代先民們早已意識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，考古學家發現了一口深約5米的水井，井內出土了5件保存完好的陶器。經考古學家勘測，這口水井距今已有約9000年的歷史，當時的人們還在陶器兩側設計了雙耳，方便提繩取水。這一發現將我國打井的歷史又向前推進了2000多年。

然而，盡管人類始終堅持不懈地向下挖掘，距離抵達地心仍然遙不可及。地心究竟是什么模樣，始終是個謎。

17世紀，英國天文學家埃德蒙·哈雷提出了“地球空心論”。在研究地球磁場時，他發現不同地方的磁場有所差異。于是，哈雷在1692年向英國皇家學會提交了題為《地球內部空間》的報告。他認為地球是空心的，并且內部還有幾個一層套一層的空心球體，而每一層都具有不同的磁場。這一理論在當時引發了諸多異議。

18世紀，英國著名的物理學家亨利·卡文迪許對哈雷的“地球空心論”表示支持。1798年，卡文迪許通過扭秤實驗，驗證了牛頓的萬有引力定律，并測算出了地球的質量，其測量結果遠遠小于實體地球應該具有的質量。這份研究成果使當時的許多科學家確信地球內部是空心的。

1818年，美國退役軍官小約翰·克利夫斯·西姆斯也認為哈雷的理論是正確的。他堅信在地球的兩端存在通往地心的通道，其入口就像一個巨大的山洞。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現了世界第七大洲——南極洲。

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

隨著物理勘探技術的不斷發展，人們開始真正觸碰到了地球內部結構的秘密。

大航海時代的到來讓人們認識到地球是個圓形的球體。地震學家莫霍洛維奇在研究地震波的過程中發現，地震波在不同介質之間的傳播速度是不一樣的，在其傳播至地下幾十千米時會發生折射現象?；谶@一觀察，他推測在地球內部幾十千米的地方存在一個間斷面。1910年，莫霍洛維奇向世界宣布，地球具有內外層之分。這個間斷面后來被稱為“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，物理學家賓諾·古登堡在莫霍洛維奇研究結果的基礎上進一步發現，地震波的傳播速度在地下2900千米處也發生了變化。這一發現表明在這個深度同樣存在一個界面，這個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，并普遍認為地球從外到內分為三層：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。這種結構就像雞蛋，最外層是蛋殼，其內是蛋清，然后是蛋黃。

為了驗證這一理論，人類開始利用先進的科技手段繼續向地下深入鉆探。

1957年，美國科學家沃爾特·曼可提出一個觀點：從地面進入莫霍界面十分困難，但如果從海底進行探測則相對容易一些。他還指出，在海底鉆探時，海水可以起到冷卻鉆頭的作用。這個計劃被稱為“莫霍計劃”，且被視為20世紀50年代末與“登月計劃”相媲美的宏偉科學計劃之一。該計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和墨西哥之間的海域進行了實驗性鉆探，獲取了輝綠巖、玄武巖等樣品，并由此推測地幔是地球上最大的“化學儲庫”。然而，由于耗資巨大，莫霍計劃被迫終止。

1970年，蘇聯開始實施“科拉超深鉆孔”項目。隨著鉆頭不斷向下深入，鉆頭承受的巖石壓力逐漸增加，導致鉆頭極易損壞，鉆探成本極高。到1979年，蘇聯打破了美國超深鉆井9583米的紀錄，并于1983年突破了12000米。在之后的十年間，蘇聯又繼續向下挖掘了262米，最終深度達到12262米，相當于15座全球最高建筑哈里法塔的高度，是當時人類能夠達到的距離地心最近的地方。2006年，這項非營利性質的科研項目，在資金耗盡后宣告結束。

該項目從地下約12000米處提取的巖石對研究地球內部構造具有重要價值，可推動地殼結構、成分、成礦原因、地質作用等領域的研究。同時，科研人員在地下發現了大量氫氣，在6700米處發現了大量浮游生物化石，而在9500米處則發現了黃金礦層。

21世紀，我國正值科學技術發展的黃金時期。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井是我國首個萬米深地科探井，采用全球首臺自主研發的12000米特深井自動化鉆機進行作業，同時創新研發出耐220攝氏度超高溫工作液等技術，為鉆探萬米特深井提供技術支持和設備保障。2023年12月，深地塔科1井的鉆井深度突破11000米，奠定了我國在油氣工程技術領域的國際領先地位。

人類的每一次努力，都是邁向地心征途的一大步。科學家們探索地球內部、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。