前锋
田文1号探测器正在飞往火星的途中。人们对这一壮举充满期待——去火星，人类将努力将其改造成宜居家园。
天文学家认为，行星的可居住性取决于它与恒星之间的距离。
但金星、火星和地球也位于太阳系的宜居带。为什么只有地球生机勃勃？
地球科学家认为，地球之所以成为太阳系中唯一有生命的行星，是因为它的“内秀”。只有挺进“地底深处”，探索地球的演化机制，找到宜居的秘密，才能将地外行星收入囊中。
“深”常空惊喜:
一座巴西火山爆发，“吐出”成堆的钻石。研究发现，钻石来自地幔；
已有研究预测的地球同期的一颗陨石“鲁夫”，地核储存了全球99%以上的黄金；
……
与宝藏相比，更让科学家着迷的是，地球内部存在着可居住的秘密，这将是征服宇宙的起点。
随着科技实力的迅速增强，探索地心的计划正在成为现实。所有国家都雄心勃勃，世界主要大国都非常重视“地球深层”探索和地球可居住性的研究。
中国的地球科学家也在推动“深层地球”科学研究。他们通过研究地幔、地幔过渡带、核幔边界甚至更深的地核来深入分析地球，研究地球是如何通过数十亿年的演化变得宜居的。他们认为，只有了解地球内部的情况，才能在地球之外找到宜居星球空。
它一半是“火焰”，一半是“海水”，地球是双子座。
明亮的蓝色，不慌不忙地旋转……在宇航员眼中，地球宁静而壮丽；
平静的群山，绚烂宁静的秋天，辽阔的土地，无边无际的大海……在地表居民的眼里，大地像金子一样坚实，平静而富有活力；
俯冲、跳跃、喷射、贴地……在深度研究者眼中，地球简直就是一个“跑酷”的玩家，它的运动模式不仅多样，而且极其多变。
哪个是最真实的地球？其实地球是双子座，表面的平静都是假象。
“它的运动是天生的。”中国科学院院士、中国科学院广州地球化学研究所所长徐毅刚研究员表示，经过数十亿年的演化，地球逐渐从一颗相对均匀、炽热的行星演化为一颗具有良好层状结构和活力的宜居行星。其根源在于活跃的地球内部。
“地球不动就死了。”中科院地球与行星科学学院教授李中海说得更直接。
地球的运动带来了生机和四季分明，但地球的运动远不止“风、花、雪、月”。在地表之下，地幔和地核的运动是地球生命力的源泉。
起初，地球、火星和金星非常相似，但它们在40亿至35亿年前开始分道扬镳:
金星有失控的温室效应，其表面温度高达470摄氏度。
火星有失控的冰室效应。地表平均温度零下55摄氏度，大气密度相当于地球的1%。
地球，终于有了足够的含氧大气，有了生物可接受范围内相对恒定的地表温度。
地球发生了什么变化？徐毅刚举了一个例子。大约2000万到3000万年前，地球大气中二氧化碳的浓度从2000ppm下降到500ppm。
“在现有的知识体系下，温室气体的大量减少本应导致全球气温下降，但实际上当时全球气温基本没有变化。”徐毅刚说。
“自我矛盾”的现象层出不穷。比如现在普遍认为地球上的氧气是海洋微生物释放出来的，但蓝藻和产氧光合作用在30亿年前就已经存在于海洋中，大约25亿年前地球大气中开始出现相当多的氧气。
“对地球表层系统的研究已经非常深入，但是很多矛盾的事实很难回答其中的原因。”徐毅刚说，“要探索未解之谜，我们不能忽视地球深处是一个巨大的生命元素宝库！”
存储、操作、发布、操作和重新存储。地球在里面“跑酷”！与之相伴的，还有各种重要的生命元素在流动。或许，上述没有带走热量的二氧化碳转向了地球内部，地球自身的反应维持了整个温度的平衡。
“‘深地’与浅地的联动机制正在成为新学科的制高点，各国竞相布局，都在争取率先突破。”
学术界开始意识到，地球中碳、氢、氧、氮等生命元素的动态过程已经深度参与了地球生命的整个循环。
“‘深地’与浅地的联动机制正在成为新学科的制高点，各国竞相布局，都在争取率先突破。”徐毅刚说。
2016年，美国地球物理学联合会和美国地质学会联合发布了《21世纪的大地构造学:宜居星球的动力学》白皮书，指出“地球深部”过程及其与生物圈和大气圈的相互作用对维持地球的宜居性发挥了极其重要的作用。
美国斯隆基金会和英国自然环境研究委员会也相继启动了“深部碳观测”全球重大研究计划和“挥发物、地球动力学和固体地球控制宜居地球”重大研究计划。
在美国研究委员会发布的咨询报告中，早期地球及其内部动力学及其与浅部的联系被列为重点关注方向。
从世界出发，中国也不甘落后——
2009年，由国土资源部组织实施的“地球深部探测技术与实验研究专项”正式启动，标志着我国地球深部探测“入地”计划开始实施；
2016年，科技部启动了国家重点研发计划“深部资源勘查与开采”，从资源勘查的角度提出了深部勘查的目标，并在完成过程中研发了移动平台物探技术与装备；
前不久，在中国科学院和国家自然科学基金委员会联合开展的“中国学科与前沿领域发展战略研究”框架下，“深部地球科学前沿科学发展战略研究”获批，将推动地球科学与生物学、大气、行星科学等学科的深度融合，启迪创新科学理念，孕育新的学科增长点，推动我国固体地球科学从跟踪前沿向开拓前沿跨越发展。
此外，科技创新2030国家深部探测工程和国家自然科学基金深部研究计划也在积极部署和组织相关论证工作。
除了钻孔，科学家还有很多间接的方法来计算地球运动的规律和物质循环的路径。
英国科幻作家阿瑟·克拉克(Arthur Clarke)在短篇小说《地核之火》(Fire in the Earth Core)中描述了一种生活在“地底深处”的智慧生物。它们是压缩的高密度生命，可以在白热化的岩石间穿行。
儒勒·凡尔纳的《地心游记》把地心世界描绘得栩栩如生，惊心动魄，描绘了一条现实中并不存在的直达地心的通道。
走向“深渊之地”，小说家们发挥想象力，想尽办法逃离那片土地。现实中，与深海探测和deep 空探测不同，研究人员无法通过潜艇或飞船到达。他们应该如何学习呢？
中国科学家提出了一个大胆的想法:在中国钻几个超深的井眼，超过10000米。这将把中国的地球科学研究水平提高到国际先进水平。
此外，科学家还有许多间接的方法来计算地球运动的规律和物质循环的路径。
“地球要动，谁推？”李中海说，里面没有密度差就不会动，不存在“重东轻西”、“头重脚轻”的情况。
地球内部的运动就像一千个跷跷板。这些“跷跷板”的不平衡赋予了地球力量，而跷跷板的力量是由于地球内部各层之间的不同特性、均匀性和引力。
李忠海解释说，如果地球的流变强度很强，自转的应力导致缓慢变形，那么地球表面的板块运动基本不动，没有新陈代谢。某种意义上也可以理解为“死了”。
如果流变强度很弱，地球就像一个“松松垮垮的黄蛋”，说明地球在固定的驱动力下变形非常快，俯冲板块从地表呼啸而下，下地幔也快速向上运行，所以地球现在可能不会变得宜居。
自上而下的岩石圈板块俯冲和自下而上的地幔柱运动渗透和影响着整个地幔的各个层面，这些运动之间的平衡和规律值得探索。
“峨眉山、夏威夷、冰岛……都是公认的地幔热柱。它们非常类似于从地幔延伸出来的“直梯”。它们过去或正在进行的喷发会带出‘深地’的信息。”南京大学教授李说，通过对这些地区岩石的采集和分析，人们可以了解深层之间相互作用的构造过程和动力机制。此外，人们还利用对地震波的探测来“听”来自地下的“动静”。
“最好的论文”是有争议的，了解“深地”需要更多的检测手段。
“做地球研究太复杂了，各层各圈都要涉及。目前的方法和手段还是有限的。”徐毅刚说，迫切需要技术创新进入“深层土地”。
中国科学家在这一领域取得了先进的进展。比如金属稳定同位素示踪的方法，可以逐渐可视化地球深部“运行”的痕迹。
"中国科学家率先创造了镁-锌同位素示踪技术."中国科学院院士、中国地质大学教授李曙光说，2012年，由于沉积在海底的碳酸盐岩与地幔岩石的镁同位素存在巨大差异，该团队率先提出利用镁同位素揭示地球深部储存的沉积碳酸盐岩。
2017年，利用镁同位素示踪技术，李曙光团队发现中国东部的上地幔是一个巨大的循环碳库。
“我们发现中国东部地区出现镁同位素异常，这与地震层析成像揭示的西太平洋板块向中国大陆东部俯冲的地幔过渡带的俯冲板块分布区域相吻合。”李曙光说。
镁的轻“高亮”表明一块地幔像拼图，与更深地幔的俯冲边缘范围重合。
所谓“雁过留痕”。研究小组推测，二氧化碳会溶解在海水中，以碳酸盐的形式沉积在海底，板块的俯冲将沉积的碳酸盐从海底带入地幔。
如果这是一种模式，它将为一些问题提供线索，如“原始地球大气中的大量二氧化碳去了哪里？”“减碳富氧是如何让地球变得宜居的？”，也许有可能找到改变火星大气的方法。
更现实的意义在于“我们提出监测中国东部休眠火山和郯庐断裂带的现代二氧化碳排放。”李曙光说，碳库在底部，一旦火山爆发，会释放大量二氧化碳，对温室气体含量和气候影响很大。
相关研究发表在《国家科学评论》(National Science Review)上，并获得该杂志评选的2019年度最佳论文奖。
这篇论文随后受到了学术界的质疑。有人认为这可能是“扩散”的结果，也有人认为这可能是原始尖晶石重结晶的结果。
科学探索总是在论证中变得越来越清晰。“我们欢迎这样的讨论，并推动进一步的研究。”李曙光说，最近，研究小组做了许多实验。比如通过对锌的示踪，发现如果是“扩散理论”，那么锌和镁应该是同时扩散的，但研究表明事实并非如此。
受限于探测技术，如果说人类对deep 空和深海有所了解，那么“深地”仍然是一个巨大的谜。矿物能源的所有技术应用都仅限于地壳。更形象的比喻是:如果把地球比作一个鸡蛋，万米深的钻头连鸡蛋皮都没破！
学者们也在逐步探索用模拟的方式来代替“亲临深地”的研究。
不久前，一项更令人惊讶的研究发表了。北京高压科学研究中心的科学家通过高压化学研究发现，在地下180万米的地方会发生一个完全“逆”向地表的化学反应。当人类在地表拼命寻找制备氢气的方法时，地下180万米的环境可以让水主动释放氢气，留下的氧负离子会进一步氧化氧化物。
"需要更强的技术创新来给地球科学家提供便利的手段."徐毅刚呼吁高度重视对深层过程和地球可居住性的研究。通过多学科的深度融合，启迪创新的科学思想，孕育新的学科增长点，凝聚我国在深层次领域的核心科研力量，为国家“深层次”和“深空”战略提供重要的科学支撑。
来源:科技日报
作者:张家星
编辑:毛
终审判决:尹红群
