国之重器成功试航!中美日,谁先打开“地心之门”?(图)
2024-02-25 22:27:52 · chineseheadlinenews.com · 来源: 正解局
去年12月，我国自主研制的首艘大洋钻探船“梦想”号，在广州南沙试航成功。
“梦想”号将执行一项史无前例的任务——钻穿地壳。
大洋钻探船为何被称为国之重器？
“梦想”号成功试航，有何重大意义？
一说起大洋钻探，很多人首先想到的是找石油。
其实，大洋钻探的意义远不止于此。
地表大部分是海洋，海平面看着都差不多，但海底的玄机可不少。
想知道海底的玄机，就得靠大洋钻探。
比如大洋钻探船四处打钻，证明了海底扩张假说原来是真的，现在成了海底扩张学说。
海底扩张学说中描述的海底运动
大洋钻探的意义还不仅在于海里。
比如对地球气候变化以及冰川期的研究，也是通过研究大洋沉积岩得出的；再比如古海洋学的创立、海底深部生物圈的研究、东亚季风、大陆裂谷等地理学领域的大研究，都得益于大洋钻探。
然而，在“梦想”号出现之前，我国要搞这样的研究，只能租用美日两国的钻探船。
虽说科学无国界，但钻探船还是有国籍的。
租钻探船真不便宜，每年300万美元，还是搞科研的打折价。
2014年，综合大洋钻探计划（IODP）的第349航次，是在南海开展钻探。
我国除了交组织的会员年费，还额外提供了600万美元的资助。
即便如此，因为船不是我们的，怎么航行，到哪里钻探，我们说了都不算，完全没机会自主组织航次，而且能上船的名额也很有限。
IODP第349航次的航线和钻取的岩芯
这就要算笔账了。
既然大洋钻探在各个领域都有极高的价值，我国每年又要花那么多钱租别国的船，那倒真不如自己造一艘更划算。
更重要的是，当前的IODP计划将于2024年结束，加上计划里承担钻探任务的主力，美国的“乔迪斯·决心”号钻探船也快要达到船只的服役年限。
如果还继续像以前一样租借，那么，我国大洋钻探的科研之路可能被迫中断。
这就是我国自主制造“梦想”号的大背景。
别看就这一艘船，她能让我国从大洋钻探的参与者，一举成为主导者。
未来，我国将通过“梦想”号大洋钻探船自主组织航次，再通过加强与日欧的合作，提升我国在世界大洋钻探领域的权重。
大洋钻探船是全球顶尖深海探测高新技术的集成，是目前深入海底深部取样的唯一手段。
参与IODP合作计划的只有20多个国家，这些国家全球科研和造船能力都是顶尖的。
而真正有能力研制出大洋钻探船的国家，只有中国、美国和日本。
以前的IODP号称有“三舰客”，其实只有两艘主力钻探船，分别是美国的“乔迪斯·决心”号和日本的“地球”号。
欧盟的特定任务平台MSPs，是随时根据需要征召多艘钻探船执行综合任务的架构体系，主要针对高纬度地区的结冰洋面，严格意义上不能算数。
“乔迪斯·决心”号功勋卓著，1978年在加拿大设计建造，1983年下水服役，可操作钻杆柱9150m，钻探能力（水深+钻深）9150m，海底下最大钻探深度为4000m左右。
美国“乔迪斯·决心”号钻探船
该船还拥有1400平方米的七层实验室，可对沉积学、岩石学等多个领域进行分析研究。
“乔迪斯·决心”号服役至今已经40多年，今年9月将正式退役。
日本的“地球”号则是新生代钻探船，2005年7月交付使用，体量比“乔迪斯·决心”号大5倍，号称全世界最大的深海科学钻探船。
“地球”号吃水9.2m，排水量56752吨，最大作业水深2500m，最大钻探深度11000m，最大钩载1250吨。
该船搭载2套发电机系统，总输出功率约35000kW，可同时容纳150人在船上工作和生活。
“地球”号钻探船
2019年1月，“地球”号在日本海域成功钻探至海底3260m，创造了当时的钻探纪录。
“地球”号的建设体现出日本人的好大喜功，船大了，使用的开销就大，每天至少要50万美金。
但日本的科研投入又无力支撑，这让“地球”号在最近7年时间里只执行了4个航次，大多数时间只好在港口趴窝。
与西方钻探船相比，“梦想”号的实力如何？
与两位前辈不同，“梦想”号从一开始设计就不追求“bigger than bigger”。
我国走的是“小吨位、多功能、模块化”的设计建造理念，主打性能上必须遥遥领先。
“梦想”号的总长227米，最大航程2.5万海里，有能力在全球海域作业。
以钻探性能来看，“梦想”号的钻探系统是全球最先进的，其中深水无隔水管泥浆循环系统（RMR）由我国自主研制，钻探深度理论可达15000米，其中水下深度为11000米，地下深度为4000米，远超美日钻探船的钻探能力。
不过，实事求是地说，到今天还没钻过，需要实践检验，但即便如此，“梦想”号仍然是目前全球唯一一艘有望钻探到11000米深度的钻探船。
另外，船上还有不少全球之最。
比如，“梦想”号拥有全球面积最大、超3000平方米、功能最全、流程最优的船载实验室，完美满足海洋领域任何学科的研究要求。
试航的“梦想号”
“梦想”号上还有全球规模最大、最先进的科考船综合信息化系统，以及遍布全船的超过2万个监控点，可全程监测钻探过程。
“梦想”号的动力系统也是遥遥领先。
“梦想”号在全球首次同时将蓄能技术和闭环电网应用于DP-3级动力定位系统，动力更加强劲，还能降低15％的能耗，航行更加经济，成本更低，估算费用能节约一半。
她的钻探系统，动力来源由一台最新式的30兆瓦电站提供，即便在海底高压高温的环境下，这台电站依然能稳定工作。
“梦想”号上还有智能控制、远程操作等创新设备，大大提高了钻探的效率和安全性。
“梦想”号还是一座“海洋科学移动实验室”，配备了一系列科学仪器和设备，对钻探过程中采集到的岩石样本或海底生物，可及时进行分析和测试，为后续研究提供最新的数据和信息。
“梦想”号扛起我国大洋钻探的大旗，也创造了多项世界之最。
长久起来，地球内部引发人们无限猜想。
著名科幻小说家儒勒·凡尔纳曾写过一篇小说——《地心游记》，讲的就是地心探索的故事。
地幔是地球内部从地壳到地核之间的一层，可以视为地心之门。
作为世界上最先进的海洋钻探平台之一，“梦想”号的设计目标是从海面直达地幔，实现人类的首次突破。
科学家们希望通过对地幔的研究，寻找到更多既有科研价值也有实际意义的新发现。
地幔的平均厚度在2800千米以上，平均密度为4.59g/cm?，占据地球总体积的82.26％和总质量的67％。
地球内部结构示意图
地幔主要由岩石和岩石间的熔融物质组成，主要包括三种岩石，其中橄榄岩的含量最高，占95％以上；其次是辉石岩，占3％左右；最少的是榴辉岩，占2％左右。
这些岩石含有大量的铁和镍等能产生磁性的金属元素，它们对地球磁性的影响不可忽视，而地磁显然跟通讯和定位密切相关。
地幔中还含有硅、氧、镁、铁、铝、钙等元素，这些元素也是构成整个地球的主要元素，比如跟人类活动最密切的地壳中，主要元素也同样是这些。
地壳中的主要元素
因为受到巨大的压力，地幔的密度是岩石中最大的，这使得地幔可以在地球内部形成稳定的结构。
这种稳定结构决定了地球的物理和化学性质，同时也对地球演化和地壳运动产生重要影响。
一言以蔽之，想要更透彻地了解我们脚下的星球，地幔是无法忽视的研究对象。
但是直到现在，人类对地球的认识也仅限于地表。
地表以下10多千米的深处，人类的极限是科拉超深井，垂直深度12226米，目前已经废弃封闭。
已经废弃封闭的科拉超深钻孔
如果能继续钻探到地幔，则有可能获得更多的岩石样本，进而探索地球的演化，甚至能获知地下是否另有生命形态。
从稍显功利的角度看，随着地表和浅表地壳中资源的不断消耗，人类依赖的资源总有一天会被用干耗尽。
相比于从外太空获取资源，向地心深处探索更多资源则显得更加务实。
站在全人类的角度，人类未来的命运取决于我们对自然界的理解。
只有当人类不停探索，对身处的世界更加了解，才能真正实现可持续发展，让子孙后代拥有更美好的未来。
“梦想”号成功试航，让中国有了打开“地心之门”的钥匙。
中美日，谁将率先打开“地心之门”？
让我们拭目以待。
