为什么说“海陆空”都离不开地质学？

2024 年 6 月 21 日，中国地质调查局自然资源实物地质资料中心高级工程师高建伟在科普中国星空讲坛“科学报国正当时”主题场带来演讲《学习地质，是不是就是与深山为伴？》。

以下是高建伟的演讲节选：

传统的地质学，研究对象就是我们赖以生存的地球，而且只是地球表层，包括地壳的浅部及我们的水圈、岩石圈、生物圈等外部圈层。

现在，随着科技不断进步，我们的研究对象也在逐步扩展，主要是三个方向：上天、入地、下海，分别对应着我们的深地、深海和深空。

地质学两大任务

我们地质学主要是两大任务，第一方面呢就是满足人类的生存发展，第二方面就是探索人类的未知。

地质学主要有两大任务，第一是满足人类的生存发展，第二方面就是探索人类的未知。

先说满足人类生存发展方面，有这么几件事需要做：第一件也是最重要的一件，就是指导人们寻找矿产资源；第二件是指导城市建设；第三件就是抵御自然灾害；第四件是研究地质环境，可以保护人类的健康。

另一大任务，就是探索人类的未知。主要是三个方向：深海、深地、深空。

首先就是深空。我们现在可以借助高科技手段开展太阳系中的行星地质的研究，探索宇宙的未知。

第二就是深海。同样是借助高科技手段，比如深潜器，去开展深海探测，了解海洋中未知的秘密。

第三就是深地探测。现在地质学上还有很多未解之谜，比如地球生命的起源问题，比如地球历史上发生过的五次大灭绝事件的成因，还有地球的地壳和地幔中间的莫霍面究竟长什么样等等，这些问题我们都想去探索看看，所以要开展深地探测。

海洋中的地质奥秘

要走进深海，有三种方法。第一种是通过深潜器，我们可以坐着深潜器直接到深海底下去探索；第二种是通过地球物理探测船，通过地球物理的方法了解海洋内部；第三就是大洋钻探船，比如图中这条“梦想”号大洋钻探船，是我们中国地质调查局刚刚建造的，就是为了在深海中打钻，在船上向下在海底打一个孔，把大洋深部的岩石带上来供我们研究。

深海中有很多奥妙。比如板块运动学说的三部曲，分别是大陆漂移学说、海底扩张学说和板块运动学说。

最初，魏格纳提出了大陆漂移学说。当时他在病床上发现，地图上很多大洲可以拼在一起，于是想，这些陆地是不是原本在一起，之后在某种力的作用下才变成现在这样。他就去寻找了大量证据，包括古生物化石的证据、冰川的证据和构造的证据，之后提出了大陆漂移学说。

提出大陆漂移学说后，魏格纳受到了很多人的质疑，为什么呢？因为他没有解决一个问题：是什么样的力的作用才能让一块完整陆地裂解到现在这个样子？他没能解决这个问题。

随着科学技术进步，这个问题在海洋中得到了答案。

首先是哈雷·赫斯（Harry Hess）通过声呐技术绘制了海底地形图，发现大洋深部有洋中脊。之后，人们大洋中脊两侧打了很多钻，钻取了岩石样品，就是玄武岩。再之后，人们利用同位素技术测定这个玄武岩的年龄，发现了一个很好玩的现象：大洋中侧两侧玄武岩的年龄在逐渐变老，这就证明了海底扩张学说。海底扩张学说认为，在洋中脊这个地方有大量的地幔对流，洋中脊就是一个岩浆上升的地方，岩浆上升之后，这个驱动力就驱动着大洋离散，两侧的洋壳向两侧开始运动。也就是说，魏格纳没能解决的那个“驱动力”问题的答案，在大洋深部找到了。

之后，地质学家就提出了板块运动学说，认为整个地球分六大板块，板块跟板块之间有的是汇聚、有的是离散，汇聚的时候会碰撞造山、沧海桑田，离散的时候大陆会裂解，海水会汇聚成海洋，周而复始。这就是从海洋中得到的一个非常重要的成果。

深空探测和地质学家有什么关系？

随着各类航天器等高科技手段的发展，地质学也开始进行了深空的部分探索。

工作人员从嫦娥五号返回舱取出月壤样品

比如，两年前嫦娥五号就已经带回来了一批月壤样品，通过研究这些样品，也产生了很多重要的成果。

举个例子，之前，通过研究阿波罗带回的样品，国外的地质学家认为月球在30亿年前已经没有岩浆活动了，变成了一个死亡的星球。而中国的地质学家通过对采集的月球玄武岩样品进行分析测试，认为月球大概在20亿前还有岩浆活动，这就是一个重大的突破和发现。

向地球深部进军

深地，就是向地球深部进军，进行深部探测。

我们有两种手段。

一种是地球物理的方法，属于比较间接的方法。简单说，地球物理学就是用地球物理的方法来探索地球内部的结构，包括各种异常。它的主要方式包括重力、磁法、电法、地震等。

举个例子，地质学家可以利用地震来研究地球的结构，通过接收地球上一些大的地震的地震波速度，地质学家地球分为三个圈层：地壳、地幔和地核。之后，地质学家又提出来，地球内部并不是都是刚性的，不都是石头，而是在上地幔有一层软流圈，有点类似我们吃的疙瘩汤，是一种能流动、但是里边不全是液态的软流层。

第二种，就是科学钻探，是比较直接的方法。说白了，就是在地表向地下深入挖个洞，能挖多深就挖多深。现在世界上打的最深的一口科学钻探井，在科拉半岛，深度达到了一万两千多米。

1996年，国际上成立了一个“大陆科学钻探计划”，在这个科学钻探计划下，中国陆续打了三口科学钻探井，分别是中国东海的大陆科学钻探井、青海湖的大陆科学钻探井，还有松辽盆地的科学钻探井。

现在，中国现在打得最深的一口井，并不在上面这三口井中，而是正在实施的塔科1井，它现在还在实施，深度已经打到了一万多米了。

塔科1井施工现场

另外，还有松辽盆地的松科二井，打到了7018米。为什么要打这个松科二井呢？有两个目的。

第一，看一下松辽盆地的深部是不是还有油气资源，因为石油是不可再生资源，我们要向地球深部要资源。

第二，还原一下地球的气侯。地质学有一种方法叫“将今论古”，还有一种方法叫“以古论今、论未来”——这个就属于“以古论今、论未来”，通过研究松辽盆地的古环境、古气侯，预测地球现在乃至未来的气侯变化。

在松科二井获取的岩心非常珍贵，7000多米的深度，地质学家对每一层、每一厘米的岩心都开展了分析测试，还原了松辽盆地当时的古环境和古气侯，并且提出了小行星灭绝的一个新证据。

是什么新证据呢？

传统的说法认为恐龙灭绝的原因是小行星撞击，但是，通过对松科二井的研究，中国地质学家认为，在小行星撞击之前，松辽盆地的环境和气侯已经非常恶劣，当时空气里的二氧化碳浓度非常高，已经有生物死亡或灭绝，而后到了白垩纪末期，小行星撞击之后，大量生物死亡灭绝。所以，现在的科学家认为，恐龙灭绝是多成因的，是在火山、小行星撞击共同的作用下，才使恐龙进一步灭绝的。

作者丨高建伟 科普作家中国地质调查局自然资源实物地质资料中心高级工程师