照亮地球深部的“明灯”---高温高压实验.pdfVIP

第 36 卷第 2 期 ■特约专稿 doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2014.02.001 照亮地球深部的“明灯”­——高温高压实验 ① ② 周春银 金振民 ①博士，②中国科学院院士，中国地质大学(武汉)地球科学学院，武汉430074 关键词 高温高压实验；地球内部；地质学；地球物理学 摘要 地球是人类赖以生存和发展的家园，相对于其表层系统(大气圈、水圈、生物圈)，人类对地球深部的认识仍 然非常有限。地质学/地球化学方法通过研究地表出露的来自地球深部的岩石矿物和来自外太空宇宙的陨石等样 品，来推测地球内部物质的性质。地球物理方法则利用地震波来探测地球内部的结构。半个多世纪以来兴起的高温 高压技术，使得科学家能够在实验室中模拟地球内部的极端压力和温度环境，同时结合各种现代化分析测试手段， 对岩石和矿物在极端高温高压条件下的性质状态进行原位研究，极大地促进了我们对地球内部的物质组成和结构的 认识。因此，高温高压实验技术已经成为人类探索地球深部结构和物质组成的“明灯”。 温家宝在20 12年回母校中国地质大学与师 地球内部，首先要获得耐高温高压的材料，而 生交流讲话时曾论述道： “只要有地球存在， 这些材料在目前来说不仅非常昂贵而且极其稀 只要有人类存在，只要人类在发展和进步，地 少。科学家们一直在努力工作，不断地揭示地 质学就不会枯竭。”这阐明了地球科学与人类 球深部的物质材料的特征和性质，使得我们有 发展的密切关系。地质学的一个基本任务就是 幸能够了解和认识地球内部的奥秘。 认识地球的活动来为人类的生存和发展服务。 地球从内到外是一个复杂的系统。地球表层系 1­­怎样了解地球深部的结构和组成 统如大气圈、水圈、生物圈，与我们的生活息 20世纪中叶至今，航空航天技术得到了日 息相关，自古以来人类就在不断积累这方面的 新月异的发展，然而人类对地球深部的探测举步 知识，但是我们对地球内部的认识，相对于其 维艰， “上天容易入地难”成为了全世界地质学 表层系统极其有限，主要原因就是我们能够深 家们共同面对的一个难题。有没有办法让我们不 入地下的深度非常有限。目前中国大陆科学钻 需要进入地球内部，就能获取地球内部的信息 探工程在江苏北部东海县的钻孔最深达5 15 8 呢？答案是肯定的！这里不得不提到地质学家/ m ，人类在大陆上最深的钻探深度记录为12 26 1 地球化学家和地球物理学家已经在这方面做了非 m (前苏联科拉半岛超深钻) ，而在洋底的钻探 常杰出的工作。 深度仅仅为2 km左右。换句话说，人类所触及 地球是一个活跃的星球，其内部和表层都 的地球深部尚不及地球(平均)半径(约6 37 1 km) 是活动的。地球内部的物质可以通过板块运动 的1/500 。人类要进入地球深部，面临着重重困 和火山作用等以包体(xenoliths)等形式携带至地 难。关键问题是，地球深部是极端的高温高压 表，这些散落在地表的来自地球深部的物质经 环境，不仅人类无法生存，连一般的物质材料 过亿万年的 “洗礼”，仍然可以保持相当多的原 在这样的极端条件下也难以保持稳定。要进入 始的地质学信息。例如，科学家通过对大量地幔 79 Chinese Journal of Nature Vol. 36 No. 2 INVITED SPECIAL PAPER 橄榄岩包体的地球化学和物性分析，确定上地幔 之间的界面被称为莫洛霍维奇不连续面(简称莫 的主要成