□ 長(zhǎng)江日?qǐng)?bào)記者楊佳峰 通訊員王俊芳
2024年11月17日，我國(guó)自主設(shè)計(jì)建造的首艘大洋鉆探船“夢(mèng)想”號(hào)在廣州正式入列，可實(shí)現(xiàn)11000米的深海鉆探，重要任務(wù)之一便是打穿地殼，突破地殼與上地幔的分界線(xiàn)——莫霍面，向地球深部進(jìn)軍。此前，美國(guó)的“決心”號(hào)大洋鉆探船和日本的“地球”號(hào)大洋鉆探船經(jīng)過(guò)幾十年努力也未完成這一任務(wù)。
11月29日，深度參與“夢(mèng)想”號(hào)早期論證和重要子系統(tǒng)設(shè)計(jì)研發(fā)工作的兩位中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)地大）教授向長(zhǎng)江日?qǐng)?bào)記者講述了為“夢(mèng)想”號(hào)設(shè)計(jì)世界首套智能“產(chǎn)房”以及即將開(kāi)啟的探索之旅。
■ 大洋鉆探，“夢(mèng)想”號(hào)大有可為
“地球科學(xué)領(lǐng)域很多原創(chuàng)性理論源于大洋鉆探，‘夢(mèng)想’號(hào)大有可為”?！皦?mèng)想”號(hào)入列，長(zhǎng)期從事海洋地質(zhì)與資源研究的地大海洋學(xué)院副院長(zhǎng)、海洋地質(zhì)資源湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室常務(wù)副主任姜濤教授既興奮又忙碌。
如果把地球比喻為一個(gè)雞蛋，地殼就是雞蛋殼，而地幔則是雞蛋清，地心則是蛋黃。在姜濤看來(lái)，打穿地球地殼進(jìn)入地幔意義重大，地幔的研究可揭示地球演化和地殼運(yùn)動(dòng)規(guī)律。但陸地上的莫霍面埋藏很深，一般都有30至40千米深，而海洋地區(qū)的地殼比陸地薄得多，一般在5至15千米。因此，科學(xué)家曾提出“莫霍計(jì)劃”，即在大洋深處地殼較薄的地方鉆探，一直鉆穿莫霍面，通過(guò)鉆孔巖心可以直接獲取上地幔的樣品。這個(gè)設(shè)想無(wú)疑對(duì)地球科學(xué)家有巨大的吸引力。姜濤介紹，20世紀(jì)50年代，美國(guó)科學(xué)家便提出要打穿地殼。在西南印度洋實(shí)施了一次計(jì)劃打穿地殼的大洋鉆探，以鉆取深海海底的巖心和沉積層樣品，但是目標(biāo)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。直到現(xiàn)在，人類(lèi)對(duì)地球的認(rèn)識(shí)也僅限于地殼。
這幾天，姜濤正忙著圍繞“夢(mèng)想”號(hào)申請(qǐng)科研項(xiàng)目?！斑^(guò)去，我先后三次在美、日的鉆探船上做實(shí)驗(yàn)，這次終于有了自己的鉆探船?！?/span>
據(jù)悉，“夢(mèng)想”號(hào)入列前，世界上只有兩艘深海鉆探船，分別是日本的“地球”號(hào)和美國(guó)的“決心”號(hào)，前者2005年建成，曾創(chuàng)下在水深6883.5米的海底鉆探856.5米，實(shí)現(xiàn)7740米世界最深海底鉆探紀(jì)錄；后者1985年入列，證實(shí)了海底擴(kuò)張和板塊構(gòu)造理論，還擁有深海天然氣水合物、地中海鹽化和侏羅紀(jì)恐龍滅絕原因等科研發(fā)現(xiàn)。
2007年，正在日本東京大學(xué)海洋研究所做博士后研究的姜濤，從事巖心—測(cè)井—地震綜合解釋研究，在美國(guó)導(dǎo)師的引薦下登上“地球”號(hào)。姜濤說(shuō)，目前只有5位中國(guó)人登上過(guò)“地球”號(hào)參加大洋鉆探航次。
“‘地球’號(hào)內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，各種粗大的管道縱橫交錯(cuò)，猶如迷宮?！钡谝淮我?jiàn)到現(xiàn)代化的深海鉆探船讓姜濤印象深刻。那次他隨“地球”號(hào)在日本南海海槽工作了3個(gè)月，從事地震發(fā)震機(jī)理研究。
2014年初，姜濤和其他科研人員一起登上了“決心”號(hào)，從南海海底獲取的巖心中研究南海的演化過(guò)程。2017年，姜濤再次登上“決心”號(hào)前往東印度洋，取巖心研究白堊紀(jì)氣候變化。
■ 全球首套智能船載巖心轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)
誕生在“夢(mèng)想”號(hào)上
“大洋鉆探船是全球頂尖深海探測(cè)高新技術(shù)的集成。”2014年，我國(guó)開(kāi)始論證建造自己的深海鉆探船的可行性，姜濤受中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的邀請(qǐng)全程參與其中，經(jīng)過(guò)數(shù)十輪論證研討，最終確立該船的三大功能定位，即天然氣水合物勘察試采、科學(xué)大洋鉆探、深海油氣勘探。新一代鉆探船將在鉆探技術(shù)上取得重大突破，以期達(dá)成向地球深處進(jìn)軍的目標(biāo)。
“夢(mèng)想”號(hào)大洋鉆探船總長(zhǎng)179.8米、寬32.8米，排水量42600噸，由國(guó)家發(fā)展改革委、自然資源部申報(bào)立項(xiàng)，自然資源部中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局負(fù)責(zé)具體組織實(shí)施，聯(lián)合中國(guó)船舶集團(tuán)等多家單位完成設(shè)計(jì)建造任務(wù)。2017年底“夢(mèng)想”號(hào)建造從立項(xiàng)進(jìn)入可研階段。
地大地球深部鉆探與深地資源開(kāi)發(fā)國(guó)際聯(lián)合研究中心副主任寧伏龍教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)參與了“夢(mèng)想”號(hào)鉆探船的部分設(shè)計(jì)，并承擔(dān)了“夢(mèng)想”號(hào)重要子系統(tǒng)——智能巖心轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)建造工作。
剛剛從“夢(mèng)想”號(hào)下船的寧伏龍向長(zhǎng)江日?qǐng)?bào)記者描述了智能巖心轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的工作原理：該系統(tǒng)由巖心自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)、巖心垂直轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、巖心水平轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、集裝箱自動(dòng)裝載系統(tǒng)、智慧管理與控制系統(tǒng)等5個(gè)部分組成。“只需要在系統(tǒng)上點(diǎn)一個(gè)按鈕，就可以做到巖心自動(dòng)出入庫(kù)，極大地方便了船上科學(xué)家的研究和巖心管理人員的運(yùn)維。”
寧伏龍將巖心比喻為鉆探船的孩子，智能巖心轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)就相當(dāng)于“夢(mèng)想”號(hào)的智能“產(chǎn)房”，它主要完成巖心的切割、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)運(yùn)工作，孩子出生有出生證明，而巖心有編碼，像嬰兒出生證明一樣伴隨著巖心的一生。
“每出一次海，動(dòng)輒幾千萬(wàn)甚至上億元，可以說(shuō)每段巖心價(jià)值連城?！睋Q言之，如何保護(hù)好巖心，讓科研人員工作更省心，成為寧伏龍教授研發(fā)的出發(fā)點(diǎn)。從海底取出來(lái)的巖心每段長(zhǎng)度一般在1米5，直徑100毫米，重約35千克。無(wú)論是“決心”號(hào)還是“地球”號(hào)，巖心的搬運(yùn)主要靠人工。
“每晚8點(diǎn)準(zhǔn)時(shí)開(kāi)工程會(huì)，技術(shù)難題一點(diǎn)點(diǎn)攻克，會(huì)議記錄都有幾十萬(wàn)字?！睂幏堊?021年開(kāi)始打造“夢(mèng)想”號(hào)的“產(chǎn)房”，在武漢和廣州兩地跑，經(jīng)常熬到午夜。
“夢(mèng)想”號(hào)上最核心的“產(chǎn)房”——高4米、200平方米的艙室，需要存放4500米的巖心。按照工程要求，“產(chǎn)房”必須保持4℃的溫度，系統(tǒng)的對(duì)接精度要小于5毫米，鉆探船搖晃5度也能正常工作。
“無(wú)經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，只能摸著石頭過(guò)河?！睂幏埥榻B，他們不少力學(xué)測(cè)試都是在地大完成的，最重要一次陸上模擬實(shí)驗(yàn)是在廣州黃埔文沖船廠(chǎng)進(jìn)行的。“耗資50萬(wàn)元，將真實(shí)的貨架、堆垛機(jī)和穿梭車(chē)安裝在模擬平臺(tái)上，最終改進(jìn)了40多項(xiàng)設(shè)計(jì)方式?！?/span>
歷經(jīng)1200多個(gè)日夜打拼，寧伏龍帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)攻克了4大設(shè)計(jì)難題，研發(fā)了5大類(lèi)45項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)和9套核心裝備，全球首套智能船載巖心轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)最終誕生在“夢(mèng)想”號(hào)上。
■ 美國(guó)“決心”已退
中國(guó)“夢(mèng)想”開(kāi)啟
“夢(mèng)想”號(hào)建有全球面積最大、功能最全的船載實(shí)驗(yàn)室，是全球唯一一艘具備11000米鉆探能力的科考鉆探船，被稱(chēng)為海上移動(dòng)的“國(guó)家實(shí)驗(yàn)室”。而2萬(wàn)多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，能夠?qū)崟r(shí)地對(duì)全船態(tài)勢(shì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和感知……
“別人沒(méi)有的我們有，他們有的我們更強(qiáng)，我們的‘夢(mèng)想’號(hào)是最先進(jìn)的?！睂幏埥淌诒硎荆覈?guó)走的是“小噸位、多功能、模塊化”的設(shè)計(jì)建造理念，主打性能上必須領(lǐng)先設(shè)計(jì)。“夢(mèng)想”號(hào)智能化程度最高，鉆探系統(tǒng)也是全球最先進(jìn)，有四種鉆探方式和三種取心模式，而他國(guó)的鉆探船只有兩種取心模式。水下鉆探深度為11000米，地下深度為4000米，遠(yuǎn)超美、日鉆探船的鉆探能力?！皦?mèng)想”號(hào)近期將嘗試可燃冰的試采，而主要任務(wù)則是在海洋中尋找莫霍面，挺進(jìn)地球深部。
進(jìn)入地心就要找到莫霍面，才有可能打開(kāi)“地心之門(mén)”。在陸地上，人類(lèi)的極限是科拉超深鉆孔，垂直深度12263米，目前已經(jīng)廢棄封閉。在海洋上，目前能夠制造深海鉆探船的只有中美日三國(guó)，誰(shuí)能最先打開(kāi)“地心之門(mén)”？
“打穿地殼至今是夢(mèng)想，2個(gè)月前退役的‘決心’號(hào)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，‘地球’號(hào)也沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。”姜濤教授表示，未來(lái)“夢(mèng)想”號(hào)能不能打穿地殼，大家都寄予厚望，因?yàn)樗悄壳暗厍蛏献钕冗M(jìn)的深海鉆探船。
在姜濤看來(lái)，“‘下?！碾y度比‘上天’還要大，‘入地’則更難?！钡厍蚩茖W(xué)領(lǐng)域很多科研成果源于大洋鉆探，也有很多未解之謎。例如，地震、颶風(fēng)、海嘯等自然災(zāi)害的形成原因還沒(méi)有完全搞清楚，可以通過(guò)獲取的深海巖心，研究過(guò)去、了解現(xiàn)在、預(yù)測(cè)未來(lái)，給人類(lèi)創(chuàng)造更好的生存環(huán)境。
“‘夢(mèng)想’號(hào)雖然設(shè)計(jì)鉆探能力達(dá)到了11000米，但還面臨一系列技術(shù)難題，打穿地殼目前依然是夢(mèng)想?！痹诓稍L(fǎng)末了，姜濤特意用了一句話(huà)作結(jié)：美國(guó)“決心”已退，中國(guó)“夢(mèng)想”開(kāi)啟。
鏈接：長(zhǎng)江日?qǐng)?bào)-打穿地殼，把地心秘密安全帶回來(lái)
（原載《長(zhǎng)江日?qǐng)?bào)》2024年12月2日）
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