孙友宏
作者孙友宏肖像画。张武昌绘
孙友宏手拿麦克风，任职中国地质大学(北京)校长时，探望了暑期在野外进行地质勘探的老师和同学。
依靠独立研制的“地壳一号”深部钻探设备，中国科研人员于东北松辽盆地的“松科二井”成功完成7018米深度的钻探工作，实现了亚洲各国大陆科学钻探方面的最新纪录。新闻社报道
身处大地一角，可曾思索过，脚下这片区域原先或许是一片浩瀚水域，抑或是群山环绕、密林广布的景象？地壳运动，时而是汪洋，时而是陆地，其中蕴含着深刻自然规律。东北松辽盆地，享有中华粮仓美誉，地表覆盖着丰饶的黑土，松花江蜿蜒其中，呈现安宁祥和之态。不过，这片区域历史上经历了两次湖域扩张、十次海水入侵以及多个时期的火山活动。那个时期的地质变迁，包括侏罗纪、白垩纪、古近纪、新近纪的演变，让这片区域经历了从高山到湖泊，再到盆地的巨大转变。
人类从古至今一直居住在地球上，然而对于地球内部的情况却了解得非常有限。想要探究脚下大地亿万年的演变历程，就必须开展科学钻探项目，对地球进行一系列精细的探测作业。倘若能够构筑多条深入地球深处的通道，人类的观察范围就能向地球内部拓展数千米乃至上万米，并且可以通过岩心获取地壳活动及其发展的确切资料。若要在钻孔装置长期安装监测设备，即时掌握地球内部动态变化，我们就能解释沧海如何变成桑田的现象。
深钻技术是综合国力重要标志
科学钻探堪称人类探索地下的重要工具，也是研究地球历史变迁的关键途径，能够直接获取地壳深部物质，揭示地球内部构造，是解决资源、能源与环境等重大问题的必要技术支撑，与航天技术一样，反映了一个国家的整体实力和科技发展程度，许多发达国家都将它纳入国家科技发展蓝图。
自古以来，人类就渴望探索广阔天地。如今，太空探索已取得显著成就，但地下探测仍面临巨大挑战。地球半径大约为六千三百七十一千米，人类已深入地下十二点二千米kaiyun全站网页版登录，仅占地球半径的百分之零点一九。若将地球视作鸡蛋开yun体育app官网网页登录入口，我们目前的探测深度还远远不够，仅仅触及了蛋壳的外层。地球内部坚硬的岩石和极端恶劣的环境，给深部科学钻探造成了极大的困难。随着钻探深度的增加，地层温度平均每千米上升三十摄氏度，压力平均每千米增长八到十二兆帕，环境条件变得越来越复杂和危险，这对大陆科学钻探的技术、装备和工程都提出了严峻的考验。
探索地心深处的秘密，科研人员付出了诸多努力。1968年，美国启动了海底钻孔研究项目，通过这项工作，大陆构造变迁及板块运动的理论得到了实证支持。几乎在同一时期，苏联启动了大陆地质钻探项目，1970年科拉超深钻孔工程动工，历时将近二十年，最终实现了12262米的地下探测深度，刷新了人类钻探记录。
“地壳一号”深钻成功应用
1996年，中国、德国与美国的代表们联手启动了“国际大陆科学钻探计划”，到2023年，这个计划已经在世界范围内推行了近一百个大陆科学钻探项目，针对地球气候与环境变化的规律和原理、地质资源的生成和寻找、地震与火山爆发的物理化学机制、地球演化过程中的动力机制等方向，收获了众多突破性成果，推动了地球科学理论的进步和地球探测技术的提升。
勘探设备是揭示大地秘密的法宝。为了适应深地探测项目对精密专用工具的要求，2009年“地球深部探测与实验研究项目”开始实施，中国地球深部探测“钻地”行动正式开始。“地壳一号”万米大陆科学钻探设备是该项目中的核心科技产品，于2013年实现本土制造。
2018年，这口高度达60米、面积超过1万平方米、钻探深度可至1万米的超深井钻探设备，在松辽盆地的“松科二井”成功完成7018米的钻探工作，刷新了亚洲各国进行的大陆科学钻探的记录。“地壳一号”取得显著成效，使我国成为全球第三个掌握万米大陆科学钻探设备与技术能力的国家，借助该设备采集的岩心，为我国科学家构建地球发展历史文献奠定了宝贵的素材基础。
中国深井助力揭示气候之谜
科学钻探能够穿越时空，获取不同时间段的气候、地质构造等资料，从而解开气候变化的谜团。例如，20世纪地球科学的一项重大突破，是意识到人类活动会对地球表层及全球气候造成直接作用。在近百年的时间里，全球平均气温大约上升了1摄氏度，两极冰川的冰量不断减少，海平面持续抬升。全球气候正在快速升温，这很可能是人类大量排放温室气体所致，从而引发了“温室效应”。但是，人类行为对气候产生的具体作用程度怎样？未来可能出现的最坏状况会是什么样子？这些疑问急需通过科学途径获得答案。
“松科二井”成为气候研究的重要依据。它采集到的岩心属于白垩纪时期，这根4134.81米长的岩心，保存状况极佳，完整度达到96.61%，几乎没有任何破损，仿佛一条可以通往白垩纪的通道。地质学家在分析这根岩心时发现，在白垩纪时期，也就是大约一亿四千五百万年前到六千六百万年前之间，当时地球的大气二氧化碳含量已经达到了百分之零点一以上，这个数值是如今的两倍还多，同时陆地温度也比现在高出五度到十度。而且，白垩纪大气中二氧化碳含量的起伏变化，和气候的冷暖交替情况非常吻合。这些研究成果，对于今天我们研究气候变暖问题，提供了非常宝贵的参考价值。
地球温度并非持续上升，要研究气候变迁的规律性，必须借助更长时间跨度的“历史资料”，这需要通过科学钻探来获取更多岩心样本。现阶段，相关研究成果已经显示，在新生代（6400万年前至今）期间，全球气候最突出的转变是从“温室型地球”转变为“冰室型地球”。但是，由于缺少对大陆环境长时间连续的观测记录，这限制了我们对新生代全球气候变迁特征和内在机制的全面认识。我国启动了渭河盆地国际大陆科学钻探计划项目，该项目地点在黄土高原与秦岭造山带之间，这个区域对东亚季风气候变化反应灵敏，并且拥有深达7500米的超厚细粒河湖相沉积物，非常适合进行深井钻探。这项勘探方案，初期任务是取得地表以下3000米厚的沉积岩层，后期工作则旨在获取盆地内7500米深度的全部沉积岩系，阐明新生代季风变迁的历程，以及它同青藏高原与秦岭山脉抬升过程的相互影响，从而为研究气候变迁的规律奠定更可靠的实证基础。
冰芯研究，也能揭示气候环境变迁，并非仅限于岩心分析。地球上有许多区域，被巨厚的冰层覆盖，通过钻孔采集冰芯，可以获得长达近百万年的气候环境数据，涵盖气温、降水、大气化学成分等要素。借助这些数据，可以深入分析气候变化背后的驱动因素，例如大气中温室气体的浓度、太阳活动的强度以及火山喷发的频率等。为此，全球多个国家在南极和北极地区投入了众多项目，欧盟在南极冰穹C完成了一次深度为3270米的钻探工作，采集到的冰芯样本揭示了长达80万年的气候变迁历史，证实了南极洲存在以十万年为周期的温度波动，增进了人类对这片极少有人踏足的陆地的了解。
通过深地观测网捕捉地球变化
深部科学钻探能够采集到地壳深处的历史记录，同时可以即时监测地球内部状况，有助于对自然灾害进行预判。在地质勘探作业时配置尖端监测设备，用以对地壳深处的各项指标实施持久、不间断、现场同步、即时同步的全面监测，这等同于在地心部署“气象监测点”、构筑“地质研究站”，它构成了地面陆地、海洋表面、空中探测及海底探测之外的第四类探测载体，能够构建覆盖广泛的监测网络，帮助人类深入掌握地球环境的细微动态。
比如火山和南极，一“热”一“冷”，是地质灾害观测的重点。运用深层科学钻探方法，在活动断层区域、活火山周边，把监测设备置入深井不同层位实施即时动态监测，有望阐明地震形成机理和火山活动原理，使研究人员触类旁通，即时评估地质灾变进展态势和地质演变状况，为更有效监测、预报及预警各类重大地质灾变奠定技术基础。通过钻探南极大陆冰层和冰下地质环境，采集冰芯样本，同时实施长期观测，探究冰盖的分层运动特征，监测冰体内部温度变化，分析冰岩接触面的湿润状况，揭示这些要素的动态演变规律，以便评估极地冰盖的稳定性，为人类生存环境的维护提供科学依据。
促进深地钻探更好造福人类
深部地质探测至今仍面临诸多困难。由于深井内部存在高温、高压、强腐蚀性、高应力以及空间狭窄等极端恶劣条件，我国科研人员正致力于提升设备装置的精小型化、高整合度及高可靠性。同时，他们正着力构建一个以深井阵列作为支撑、井下监测作为关键的多孔洞深层探测体系。往后，地下探测将提供人类认识地球的新方法与新载体，明显增强对地震活动及火山现象、地质变迁等灾害的监测与预报水平，促进深部资源开采、生态维护、军事国防建设等层面的持续进步。
越来越多的迹象显示，地表活动源于地下；缺少对深层的探究，难以认识地球整体，尤其在大范围、长时段的尺度上更为明显。科研探索的前进途中，会有大批科研人员深入大地，让地质钻探的成果转化为服务国家建设和民众福祉的丰硕回报。
孙友宏是工程院院士，担任“地壳一号”万米大陆科学钻机项目研发总负责人云开·全站体育app登录，曾荣获国家技术发明奖二等奖等荣誉
中国科协科学技术传播中心、陈嘉庚科学奖基金会与本报合作推出
