50多年后才明白：为何当年苏联挖穿地球的梦想，无法进行下去？

　　上个世纪，美苏进入冷战冷战战争结束后，两国之间的矛盾仍未解决。

　　

　　美苏争霸

　　在武器谈不上之后，开始比拼科技。

　　那段时间，天上地下的探索计划接连不断。

　　如果说在太空计划上，苏联确实领先一步。1957年，人类第一颗人造卫星被送出地球。

　　1961年，宇航员加加林被送入太空。

　　但美国派宇航员登月还是抢了风头，于是苏联就指向了地下探索。

　　其实美国早在1958年就推出了“莫霍计划号”，但最终因为项目烧钱，没有带来任何收益而放弃。

　　第一颗人造卫星

　　于是苏联于1970年在国内启动了“地球望远镜计划”。

　　然而，这直到现在才勉强完成。50多年后，我们才明白为什么苏联的掘土计划无法继续？

　　地球内部结构

　　要了解苏联的地下钻探计划，我们首先要知道地球内部是如何构造的。

　　1910年，克罗地亚地球物理学家兼地震学家安德里雅·莫霍洛维奇用新型地震仪观测地震。

　　

　　安德里雅·莫霍洛维奇

　　次年10月，本仪器记录了巴尔干半岛库尔巴河谷的破坏性地震，意外发现部分地震波到达天文台的时间比预期晚所以他认为地球的结构应该是分层的。

　　因为来自地球深处的冲击波传播速度会快于从地壳传播的冲击波，所以他认为，最外层的地壳一定覆盖着一层坚硬的岩石。

　　和他们之间的界限非常明显。后来人们根据更精密的仪器基本证实了他的判断，所以人们称其为“莫霍面”。

　　

　　不同结构的地震波

　　后来，地质学家根据这种情况，将地球内部结构分为地核、地幔和地壳。

　　地核分为外核和内核。在密集的高压下，内核呈固态，而位于4700公里处的外核在高温下呈液态……事实证明，地震波和横波根本无法通过。当

　　上升到2800公里时，该区域为下地幔的底部，以固液共存的形式呈现，而在33-980公里的上地幔中，物质在高温状态下熔化。

　　

　　地球构造

　　再往上，在0-33公里处，就是地壳的位置，以立体的形式呈现。

　　但即使计算出这些数据，我们仍然不知道这个接口的详细结构。

　　所以也许出于好奇，美国首先开始了钻探计划，当它失败时，苏联也效仿。

　　苏联钻探计划

　　1970年，苏联将钻探计划地点定在科拉半岛，计划钻深至少15000米。

　　

　　科拉半岛

　　但这个钻探计划持续了大约19年，直到今天它的垂直深度记录只有12262米。在钻井过程中，最重要的是钻机技术。

　　因为地壳是一层非常坚固的岩石，主要由含有铁和镁的硅酸盐岩石组成。

　　除了钻头的作用，苏联选的位置也很值钱。

　　科拉半岛位于苏联西北部，大部分位于北极圈内，那里有大量的永久冻土。

　　

　　冻土

　　而且据调查，这里的以上地层非常古老，所以更容易发现原始地球的地质构造。

　　钻井过程

　　最初的钻井，苏联使用的是Uralmash-4E研制的油井钻井。改造后可深入地下7000米。

　　但它的钻头效果不好，于是苏联设计了Uralmash-15000系列钻机，可钻入地下15000米。

　　尽管这个配置已经很强大了，但是在1974年投入使用之后，钻孔难度还是很大的。

　　

　　Uralmash-15000系列

　　一次只能钻100米，而且为了防止钻头严重发热，需要加水降温。

　　在钻到约9500米的深度时，他们意外地发现了一个含有钻石和黄金的地层。

　　的含金量几乎达到80克/吨，是普通金矿的20倍左右。

　　如果当时苏联能够把这些黄金拿出来，那将是一笔巨大的横财，因为一般含金量在4克/吨的金矿已经具有商业开采价值，而地表层地球几乎很少发现含金量超过10克/吨的地层。

　　

　　黄金

　　但现实是残酷的，他们没有这样的开采技术。

　　1983年，钻井深度终于达到12000米。

　　第二年，当Uralmash-15000钻机继续钻进66米时，但此时温度已经达到200多℃，的钻头几乎被熔化进去。

　　果然，当钻头接近5米长的钻柱时，极高的温度导致钻柱变形卡在井眼中，导致钻井工作来不及停顿。

　　但是苏联并没有放弃。他们用了6年的时间，进入地下200多米。

　　

　　钻探过程

　　但迫于资金压力，该计划还是被迫中止。直到2008年，科拉超的深钻才被金属帽盖住。

　　无法进行的原因

　　不过，奇怪的是，虽然钻井过程艰辛，但为什么第一个12000米能在13年内完成，为什么最后几年就完成了无法完成计划的剩余部分，接下来的3000米呢？

　　温度限制

　　首先，钻孔所用的材料受到严重限制，虽然理论上，苏联发明的钻头可以钻到15000米深。

　　

　　工人钻孔过程

　　但是整体用料还是由钢管组成。这种金属不是自然形成的，而是碳和铁按照一定比例复合而成的。

　　按理说，钢的熔点在1500℃左右，高于铁，而地下的温度，即使在10000多米深处，也只有200多℃。

　　在这样的温度下，钻孔应该可以顺利完成，但是我们忽略了钢材与岩石摩擦产生的温度，以及钻头本身的承载能力。

　　钻进2000米时，钻头受到剧烈摩擦，在高压作用下，温度可达100℃。

　　

　　钻孔现场

　　此时它的结构不是很稳定，钻头会随着深度的增加逐渐变软。

　　如果温度超过300℃，钻头会严重变形，难以工作。达到500℃时直接报废。

　　技术限制

　　其次是技术限制。在整个钻孔过程中，需要将钻头与钢管连接起来。

　　但是，钢管的长度不能无限增加。一般200米以上的单节钢管当时很难制造，运输也受到限制。

　　

　　钻孔用的钢管

　　所以随着钻孔深度的增加，苏联只能使用多节钢管进行连接。但是一旦深度超过3000米这样连接的管道就不能垂直了。

　　所以在后面的钻井过程中，钢管不断的晃动，钢管的弯曲会削弱大部分扭矩，从而使传递给钻头的力大大减弱，所以很难。

　　资金限制

　　最后是资金限制。之前美国的“莫霍计划”因为项目烧钱而结束，而苏联也没有为这个计划准备太多的预算。

　　

　　苏联钻探环境

　　而且他们也没想到12000多米的距离会消耗这么多钻头。钻头的生产速度可能跟不上报废的速度，的成本是极其巨大的。

　　于是后来在技术、资金和地球本身的约束下，苏联挖穿地球的计划彻底停止了。

　　不过这个记录一直被他们保持着，现在被载入吉尼斯世界纪录作为“最深入地球”。

　　尽管卡塔尔的沙欣油田后来钻到了12289米的深度，但由于不是垂直钻井，所以无法取代科拉超的深钻。

　　

　　尘土飞扬的科拉超深钻

　　现在我国在科学钻探计划上取得了很大的成绩，先后申请了青海钻探工程、1段井、2段井等大陆钻探项目。

　　其中，松科2号井在2018年创下亚洲纪录，钻深7018米。

　　我们未来会在这方面继续探索，因为这或许能为找到新的证据，研究温室气候条件下地球气候系统的演化机制。