论文部分内容阅读
通过哈勃太空望远镜，人类最远已经能够看到距离地球140亿光年的天体，人类发射的各种太空探测器已经成功造访了太阳系的七大行星，人类的足迹甚至已经印在了月球上。然而，我们对自己脚下的地球却知之甚少。
地心究竟有什么?为什么说“上天容易入地难”?让我们循着科学家的思路去探究深藏地心的秘密。
1 进入地下巨型水晶洞
19世纪的著名科幻大师儒勒·凡尔纳的作品《地心游记》讲述了林登布罗克教授等人进入地心探索的故事，而今天科学家深入墨西哥地下水晶洞的探险活动，称得上是一部现代版的《地心游记》。
2007年6月，一支由地质学家带领的美国洞穴探险队，对墨西哥奇瓦瓦沙漠中的一个巨大的地下水晶洞进行了勘测。由于洞里的温度太高，湿度很大，为安全起见，探险队员们个个都是全副武装，看上去就像进行太空行走的宇航员。
为安全起见，探险队员们身穿前后缝有十数个手掌大小冰袋的背心，外面套一件醒目的橘色洞穴探险服。他们的装备还包括头盔、戴在头上的小型照明灯、可以吹出冷风的呼吸面罩，以及手套和靴子，可谓全副武装。但是，即便保护得如此严密，当队员们走进水晶洞时，仍然还是感到一股汹涌而来的、难以抵挡的热浪，他们的衣服立即被汗水湿透。为防止中暑，队员们每次进洞的时间不得超1过20分钟。
进入水晶洞，只见一根根巨大的水晶柱晶莹剔透，发出透明或半透明的金属光泽，让人感觉仿佛走进了一座地下“冰晶丛林”，景象极为壮观。洞中有170多根巨大的水晶柱，最大的高达15米，直径达12米。洞中的地面上和岩壁上还有一簇簇体积较小却同样晶莹无瑕的水晶块。
这是迄今发现的世界最大的水晶洞。位于墨西哥奇瓦瓦的奈卡山矿区地下约300米处，是石灰岩中的一个马蹄形的空穴。它是在2000年4月被一对墨西哥矿工兄弟意外发现的。
当时，他们被眼前的所见惊得目瞪口呆，立即向墨西哥采矿公司的总工程师罗伯特·冈萨雷斯做了报告。后者意识到这是一个巨大的宝藏，果断下令改变原先的挖掘计划。但即使这样，还是有几根水晶柱因有人试图移动而遭受了一定程度的损害。还有一个矿工受水晶洞里的巨大财富的诱惑，偷偷地从一个小洞潜入水晶洞，结果丧生洞里。当他的尸体被人发现时，早已被洞中热气腾腾的水蒸气烘烤得硬梆梆的了。现在，为了保护这个稀世罕有的水晶洞，人们已经在洞口安装了铁门。
奈卡山矿区是墨西哥铅银产量最大的矿区，同时也以盛产水晶而闻名。不过，虽然以前也有矿工发现过少量的小块水晶，但从没发现过如此大规模的水晶矿藏，连科学家也为之惊讶。那么，如此大规模的水晶矿藏究竟是怎样形成的呢?
在对留存在水晶内的气泡进行了仔细的研究后，科学家描绘了水晶洞形成的“时间之旅”——大约2600万年前，奇瓦瓦地区的火山活动开始活跃起来，奈卡山在这一过程中诞生。在奈卡山的地下约4千米处，有一个岩浆房，在巨大的地心压力下，岩浆裹挟着各种矿物质不断地从断层缝隙向上涌入矿床。大约60万年前，岩浆逐渐冷却，矿物质开始从水中沉淀出来。在适宜的温度、湿度，以及相对封闭的环境下，由矿物质形成的微小晶体越变越大，最终形成了今天人们所看到的巨大的水晶柱。
水晶洞的形成过程还反映了周围环境的变化。在水晶洞附近的其他一些洞穴里，或者因为温度不稳定，或者受其他环境条件变化的影响，只能产生一些较小的水晶矿。而水晶洞里的环境在千万年间没有发生过大的变化，洞中的温度始终保持在44摄氏度以上，湿度90％～100％。也就是说，水晶柱一直处于水汽氤氲之中(人在这样的环境中只能呆6至10分钟)。
地面上，火山爆发，冰雪覆盖，周而复始地改变着地表的面貌；而在不为人知的地底下，巨大的水晶缓慢而稳定地生长着。直到1985年，矿工们为了降低地下水位，用巨大的水泵抽水，无意中排干了洞穴中的水，这才终止了水晶的继续生长。 如今，科学家还在对这个巨大的水晶洞进行深入研究：挪威科学家从洞中提取样本进行铀钍年代测定，初步推断：最大的水晶柱已有60万年的历史；美国科学家在水晶中寻找是否有存活的微生物；意大利科学家从水晶中萃取到已有约3万年历史的花粉，由此推断：如今墨西哥的这片荒漠土地，在远古时代曾经遍布森林……
相关链接 什么是水晶?
“水晶宫”内仍在生长的晶簇，水晶是一种无色透明的大型石英结晶体矿物，其主要化学成分是二氧化硅，化学式为SiO2，与普通砂子是一样的。当二氧化硅结晶完美时就形成水晶。水晶晶体属六方晶系，常呈六棱柱状，柱体为一头尖或两头尖，多条柱体连接在一块时通称为晶簇。在自然界中，水晶常以晶簇出现，非常壮观美丽。
水晶大多生长在地底下或同穴中，要求丰富的地下水资源，且地下水含饱和的二氧化硅。此外，还要求周围环境的压力为大气压力的2～3倍，温度在550～600℃之间。满足这些条件，再给予适当的时间，水晶就会依着三方晶系的自然法则结晶成六棱柱状。通常，在人为控制状态下，也即物理和化学条件都符合上述要求的条件下，水晶的生长速度大约为每天0.8毫米；在自然环境下，情形就没有这么乐观了。在自然环境下，由于原料、水质、温度、压力等部一直处在变化当中，很难达到理想状态，因此需要数万倍甚至数百万倍的时间，才能达到与人造水晶相同的成长。这也正是为什么水晶的地质年龄常以百万年为计算基数、天然水晶为什么非常珍贵的原因。
相关链接 凡尔纳的《地心游记》
《地心游记》是19世纪著名科幻大师儒勒·凡尔纳的代表作之一，讲述地质学家林登布罗克教授在一本古老的书籍里发现前人曾到过地心旅行，于是亲自去地心探险的故事。《地心游记》是人类对地心秘密猜想的经典，曾多次被搬上电影或电视屏幕。由好莱坞拍摄、于2008年上映的同名影片是最新版本。
1863年5月24日，一个星期天，住在德国汉堡的地质学家林登布罗克教授和他的侄子阿克赛尔在一本古老的书籍中发现并破解了冰岛古代练金术士萨克努赛姆留下的一段秘密文字：“勇敢的旅行者，从斯奈菲尔火山口下降，你就能到达地心。我已经尝试过了。萨克努赛姆。”
林登布罗克决定带侄子阿克赛尔前往冰岛，可后者认为到达地心是根本不可能的，因此以各种科学理论劝阻他，但他不为所动。在向导冰岛猎人汉斯的陪同下，他们三人从斯奈菲尔火山的火山口往下去。
一路上，他们遇到了许多危险，如像充满可燃气体的洞室、陡峭的石壁等。有一次，他们因为缺水而命在旦夕，幸好汉斯发现了附近的一条地下河。林登布罗克将这条地下河命名为“汉斯河”。还有一次，林登布罗克和汉斯与阿克赛尔走散了，是一种奇怪的声音让他们与数千米之外的阿克赛尔取得了联系，三 人才得以重聚。他们沿着汉斯河继续下行，不知下降了多久，终于发现了一个巨大的地下世界，那里有海，有树，还有巨大的蘑菇。他们用树木做了一个筏子，在海上泛舟。教授将这个海命名为“林登布罗克海”。在海上，他们遇见了好几种史前怪兽，目睹了鱼龙与蛇颈龙的激烈战斗。他们划着筏子越过一个有着巨大间歇泉的岛屿，教授将它命名为“阿克赛尔岛”。忽然一阵电闪雷鸣，海浪冲毁了筏子，他们被海浪冲到了海的对岸。
海岸上有许多史前植物和动物，包括各种巨大的昆虫和乳齿象，海滩上还有许多白骨，甚至还有人类的头骨。他们冒险进入史前森林，看见了一个高3.6米以上的史前人类正在放牧一群乳齿象。他们不能确定在这地下深处是否真的存在着一个人类文明，也不能确定这个生物究竟是像人的猿类动物，还是像猿的人类。因为不知道这个生物是否会对他们产生敌意，他们没敢去惊动它。他们沿着海岸线继续向前，发现了炼金术士曾标出过的一条通道。遗憾的是，通道已被最近的一次塌方堵住了。由于无法通过坚硬的花岗岩，他们决定用火棉将岩石炸开。他们乘筏到海上躲避。然而，爆炸威力之大超出他们的预料，一时间天地轰鸣，海水翻腾，他们和筏子一起被卷入海水和岩浆中，感到无比惊恐和震憾。当他们惊魂甫定时，却发现已被从意大利南部的斯特龙博利火山口甩了出来。
回到汉堡后，林登布罗克教授被誉为“有史以来最伟大的科学家”，阿克赛尔与恋人重聚并成婚，汉斯回冰岛继续他平淡的生活。但林登布罗克教授还是感到有些遗憾，因为他的地心之旅由于一次意外被突然中断。
科幻大师 儒勒·凡尔纳
儒勒·凡尔纳是19世纪法国著名的科幻小说和冒险小说作家，被誉为“科学幻想小说之父”。
1828年2月8日，凡尔纳生于法国的南特，他的家就在南特港口附近。孩提时的好奇心促使他一趟趟地往码头上跑。这艘漂亮的三桅帆船是从什么地方开来的?这艘双桅横帆船要开往什么地方?他很快地就同船上那些差不多同龄的小水手打成一片，幻想着自己也能有那么一天远渡重洋，到神秘的异域国度探险。
18岁那年，凡尔纳去巴黎学法律。在一次晚会上，他遇到了大作家大仲马，二人的友谊从此开始，并一度合写剧本，为凡尔纳走上创作之路创造了有利条件。
从1863年起，凡尔纳开始发表科幻冒险小说，以《在已知和未知的世界中的奇异的漫游》一举成名。代表作为三部曲：《格兰特船长的儿女》、《海底两万里》和《神秘岛》。
凡尔纳总共创作了66部长篇小说和短篇小说集，还有几个剧本，一册《法国地理》和一部六卷本的《伟大的旅行家和伟大的旅行史》。主要作品还有《气球上的五星期》、《地心游记》、《机器岛》、《漂逝的半岛》和《八十天环游地球》等20多部长篇科幻历险小说。
1905年3月25日，凡尔纳因病去世。
2 在“地狱”的入口处
在凡尔纳的《地心游记》中，地质学家为探索地心的秘密，从斯奈菲尔火山口进入地球内部，最后又意外地被从意大利南部的斯特龙博利火山口甩了出来。现代科学告诉我们，地球内部的温度高达数千摄氏度，人不可能通过火山口进入地心。不过，的确有科学家通过研究火山，藉以探究地球内部的秘密。
马萨亚火山是尼加拉瓜境内的一座活火山，它上一次爆发是在2001年4月23日——突然喷发出的少量炽热的火山灰和岩石灼伤了一名妇女的手臂，火山爆发还引发了一场大火，将停在火山口附近的几辆小轿车和旅游客车烧毁。如今，地震检波器正时刻监测着这座火山的动静。
站在马萨亚火山口的边缘向下俯看，深达600米的火山口烟雾缭绕，火山口四周的岩石犬牙交错，看上去就像一个大张着的巨兽之口，难怪16世纪的西班牙修道士把这个火山口称之为“地狱之口”。
古代尼加拉瓜人相信火山口里住着会喷吐岩浆的恶魔，为了平息恶魔的怒火，他们将少男少女投入火山口作为献祭。除了这些被迫进入“地狱之口”的牺牲者，没有人胆敢从马萨亚火山口下去一探究竟。但是，对科学家来说，火山是研究地球内部构造的一个天然实验室。自2006年起，地质学家西蒙斯带领的一个科学家小组就一直在这里进行火山观察和研究。
西蒙斯是一位登山好手，他6岁开始与父亲在山里徒步旅行，8岁时就登上了派克峰顶峰(海拔4267米)，从14岁开始从事专业攀岩运动，攀登过美国西部、秘鲁和欧洲的许多巨大的冰瀑布和岩石山。在此过程中，研究地球地质也成了他的爱好之一。
1997年，西蒙斯进入美国伍兹霍尔海洋研究所，从事地质学和地球物理学研究。他从那时开始到世界各地收集火山气体样本一从南极洲的埃里伯斯火山，到意大利著名活火山埃特纳火山。2003年，西蒙斯和其他三位欧洲同行来到马萨亚火山。三位科学家将各自的研究成果综合在一起，对马萨亚火山的整体情况有了一个更为清晰的了解。他们认为，与其他火山不同，马萨亚火山喷发出的气体没有经过地下水过滤，而是通过火山系统直接排入大气的，因此其化学成分在喷出地面的过程中没有发生改变，研究这种直接来自地下岩浆房的、没有受到污染的火山气体，将有助于了解地球内部的情况，了解火山爆发如何引起气候变化，如何导致恐龙灭绝，同时还将有助于预测火山何时会再次爆发，火山灰对人类健康有什么样的影响，等等。
西蒙斯计划直接下到火山口底部采集火山气体样本，而火山专家通常则是在火山的外缘采集火山气体样本的。我们知道，火山气体来自于地球深处的地幔“高压锅”里的炽热的岩浆，浮力和压力驱使岩浆向上喷涌，在接近地面时，压力得到缓解，气体被释放出来，并开始形成泡泡，就像平时打开苏打水瓶盖时产生的现象一样。这些气体最终冲破地壳薄弱处，从火山口、海底喷气孔、间歇泉和热泉等处慢慢渗漏出来。一些大规模的猛烈的火山喷发，如欧洲大陆唯一的活火山——维苏威火山喷发，印度尼西亚火山岛上的喀拉喀托火山喷发，都是曾对地球历史产生重大影响的事件。
当气体从地壳逃逸到大气中，便立即开始发生改变，与空气中的微小粒子结合在一起，形成看得见的一片阴霾。在晴朗的天气里，火山灰云从火山口袅袅飘出，掠过火山口边缘，向四周散去。远远看去，火山就像是一堆闷燃着的巨大的篝火。
西蒙斯的目的是要在这些气体在地面散开并进入大气之前，在它们仍然保持着一定浓度的时候收集到它们。为达到这个目的，他打算直接下到冒烟的火山口底部，用便携式仪器收集气体样本，然后带回实验室进行研究。
西蒙斯知道他不可能将火山提起来看看下面是怎么回事，也不可能回到过去看地球形成之初是什么样子，但他认为，火山气体和火山熔岩可以提供许多线索，用以解开地球内部、地球表面、大气、海洋等的形成之谜。 、 各种气体从马萨亚火山口逸出，包括二氧化碳、水蒸气、二氧化硫和硫化氢等，西蒙斯感兴趣的只有一种，这就是氡气。2002年，西蒙斯被暴风雪困在南极洲一周，他正是从那时起开始考虑收集火山口氡气样本的。他说，“这是了解从地幔岩浆到地面喷发火山活动过程中缺失的一环。”
氡是一种无色无味气体，室内如果含有氡对人体是非常有害的。吸入这种气体，其放射性可增加人的致癌风险。氡气是由来自地壳和地幔中的放射性元素镭、钍等，在长期而缓慢的核衰变过程中蜕变而产生的。
西蒙斯认为可以把氡气视为大自然的“计时钟”。氡气可衰变成各种已知半衰期的同位素。例如，氡222同位素，在从岩浆房中被释放出来后，会迅速地衰变成钋218，其半衰期为3.82天，通过对氡同位素的分析，科学家就可以探知岩浆从地幔到达地面的过程和速度。西蒙斯说，如果我们不知道岩浆从地幔到达地面的时间表，那么我们对于火山活动的了解就非常有限。此外，通过火山气体从地底下喷出的速度，可获知是否有新形成的岩浆进入岩浆房，而新岩浆进入岩浆房则是火山即将爆发的一个先兆。
对于西蒙斯他们来说，下到火山口底部，最大的危险不是火山爆发，不是令人窒息的有毒火山气体，也不是因高热中暑或火山口内壁倒塌，而是在往下攀爬时，岩石松动下落，砸在下面的同伴的身上。
火山口底部是一个全然不同于地面的环境。在火山口石壁坍塌之处，被熔岩灼焦的大大小小的黑褐色岩石散落一地，小的如豌豆，大的如越野车。在火山口里，没有空气流动，也就没有风；没有植物生长，也就没有任何可以遮蔽之处。在攀登者的脚下，倾斜的地面发出嘎扎声，脚下一不小心就会打滑。
“感觉就像走在滚珠轴承上。”西蒙斯的一位同事说。岩石也很锋利。“如果你不小心滑倒，也许就会摔成一块‘比萨饼’。”
为安全起见，当一个人往下去的时候，先下去的人就得躲在巨石的后面等待。因此，西蒙斯他们每次从火山口顶部下到底部，需要花上两个小时。
在离火山口仅几米处，就可感觉到火山气体呼呼地向外逃逸，那声音听起来就像海浪拍打着礁石。西蒙斯他们在火山口底部安装好便携式仪器，用在马萨亚镇上购买的摩托车电池作动力收集氡气样本。
有一次，当从火山口底部退回地面时，西蒙斯的一位同事被一块下落的岩石击中头盔，接着又撞到下颌处，好在牙齿完好无损。
西蒙斯他们一共用了三天时间，三次进入马萨亚的“地狱之口”，采集了大量的气体样本和熔岩样本。现在，西蒙斯和他的同事们正在实验室里对这些来自地球内部的物质进行研究，他们希望从中了解火山和岩浆的形成过程，并最终揭开地球内部的谜团。
相关链接 首次发现地下岩浆房
冉 黎
2005年，美国一家地热公司的钻探工人在美国夏威夷大岛上进行钻探作业时，意外发现了地下约2400处的一个岩浆房——岩浆从钻孔向上喷涌约6米，一待冷却，便像玻璃一样凝固。由于此前科学家从未看到过岩浆的自然状态，因此这是首次发现。
我们知道，行星演变过程中最重要的成分——岩浆产生于地下深处，温度达到1000多摄氏度。火山喷发时，熔融状态的岩浆从岩浆房中喷涌而出，到达地面后(这时被叫做“熔岩”)以超乎寻常的速度迅速冷却成为岩石，并释放其中的气体。过去，科学家从来都没有观察过在地球深处岩浆是怎样活动的，因此是根据火山爆发来建立岩浆模型的。而这一次的意外发现，让科学家获得了研究地球内部的前所未有的机会。
科学家是在一个完全偶然的情况下发现这个岩浆房的。当时钻探工人正在岛上的玄武岩上进行常规钻孔作业，目的是在岩石上寻找一处可将一种地热植物的废液引回地下的位置。按照作业程序，工人们每一次都要将钻头钻入岩石，接着撤回，然后再钻入。那一天，工人们在将钻头钻到地下时，感到情况与平时很不一样：钻取出来的岩石样品不再是灰暗的玄武岩，而是看起来很清亮、像玻璃一样光滑的物质。后来，地质学家在这个钻洞反复试验，得到的结果都相同。
这一发现令地质学家欢呼雀跃，正如有人所说：人们现在可以在博物馆里看到恐龙的骨架化石，但却看不到活着的恐龙。如果有人告诉古生物学家：“有一只活着的恐龙正在荒郊野外嬉戏”，那对他们来说绝对是非常震撼的。而这次发现的岩浆房对于地质学家来说，就是岩浆系统的“侏罗纪公园”。地质学家第一次有机会将地质研究范围扩展到地下深处的岩浆，并可以借此检验之前建立起来的各种有关地球构造的理论，比如是什么样的进程改变了地表下的岩浆，令其成为今天我们脚下的坚硬岩石层。
目前，地质学家正在做准备，他们可能会往这个岩浆房钻更多的孔，以便将相关仪器送进去，对其大小、特征等进行详细勘探。
3 地壳里的古老居民
由好莱坞制作并于2008年上映的《地心游记》最近版本，运用3D技术将恐龙、水虎鱼和食人植物等活灵活现地表现了出来，比凡尔纳的原著更加引人入胜。不过，科学家在2800米深的地下发现的一种细菌，据信在几千万年前与地面断绝联系后，以某种方式生存繁衍至今，其怪异程度与凡尔纳的描写有过之而无不及。
近年来的研究发现，在我们脚下的地层深处，有一个生物圈，全部由细菌等微生物组成，它们中间的大多数完全不依靠太阳的能量，而是利用地球内部的化学能量合成有机物生存繁衍。这是一个巨大的地下生物圈，也是人类刚刚触及的一个难以想象的生物世界。
科学家早就发现，生活在地表的一些细菌能在113℃的高温下生存，并乐观地估计微生物生存的最高－温度为120～150℃。地下的温度与距地表的深度成正比关系。据测算，深度每增加1000米，温度可上升20~30℃。由此科学家猜测，在距地表5000米左右的地方，仍然可能是微生物生息的环境。
科学家认为，生息在地下深处岩石或地层缝隙的微生物中，有的是在地球还处于无氧、高温和高压的早期时代就被封存在地下并生存至今的。如果真是这样，那这些微生物可就是不折不扣的活化石，是“进化的时间容器”。由于地底生物仅靠来自地球内部的能量生活，通过研究它们能够知道地球上的生物到底有多少种生活方式，它们是在怎样的条件下孕育生命的，以及它们生存的极限环境。科学家还希望透过研究它们，找到地球生命的共同祖先，乃至生命起源的线索。
科学家关于在地表几千米处可能仍然生存着微生物的猜测现在可能已经变成了事实。
2008年，科学家在南非金矿地下2800米处发现了一种学名叫“Candidatus Desulfonrudis audaxviator”的细菌。这种细菌的长度只有几微米，生活在距地表1500～3000米的地下水中(这也是迄今已 知的生命形式可以生存的最深栖息地)。科学家认为，它们至少已经有300万年未接触阳光了，是一种非常古老的生物体。科学家还认为，它们既不需要阳光电不需要氧气生存，它们拥有实现自给自足需要的所有基因，完全可以与其他任何生命体“老死不相往来”。
那么，这种细菌究竟是怎样到达地壳深处的呢?科学家猜测，它们是随着地下水逐渐转移到那里的。这是一个非常缓慢的过程，从地表到达地下几千米处，大约花了几千万年的时间。也就是说，在与外界隔绝几千万年的情况下，这些细菌仍然在地下水体中生生不息。可是，在高温高压的地下深处它们以什么为生呢?
科学家大胆假设：它们从周围岩石的放射性衰变中获取能量。科学家认为，这种细菌可能拥有一些不同寻常的基因特征，能从溶解的二氧化碳中获取自身所需要的碳，还能将周围岩石中的氮变成自身能吸收的有机氮。众所周知，碳和氮是构筑生命的基本元素，因此这种细菌具备了生物体所必需的条件。
对于研究地球生命起源的科学家来说，生息在久远年代且与世隔绝的地下水中的细菌，它们的生活环境可能与地球早期生命所处的环境十分相似——几十亿年前，地球上最早的细菌有可能就是在同样的环境中生存繁衍的。因此，研究这种细菌将有助于科学家更好地了解地球生命的起源问题。
对于寻找外星生命的天体生物学家来说，这也是一个振奋人心的发现。它意味着，一颗距离恒星很远的行星上的生命，即使无法依靠恒星的能量进行光合作用，也有可能依靠放射性衰变产生的化学能量生存下去。因此，有科学家认为，这种细菌或许能够幸存于火星或士卫二。
在拉丁文中，“audaxviator”的意思是“勇敢的旅行者”，源自凡尔纳的《地心游记》——林登布罗克教授偶然发现了前人留下的一段文字：“勇敢的旅行者，从斯奈菲尔火山口下降，你就能到达地心……”科学家用“勇敢的旅行者”为这种新发现的细菌命名，形象地展现了这种细菌向地球中心进发的勇敢而漫长的旅程。
4 钻入地心
在凡尔纳的科幻小说中，地球内部充满巨大的洞穴和通道。事实上，没有任何一种人类已知的物质能够经受住地心的恶劣环境而为我们提供通往地心的通道。那么，我们怎样才能到达地心呢?美国科学家提出了一个钻入地心的大胆设想。
迄今已发现的最深的天然洞穴是美国乔治亚州境内的伏洛尼亚洞，深度是2191米，而最深的人造洞穴位于俄罗斯北部科拉半岛。1970年，地质学家开始在科拉半岛上向下钻洞，目的是探索至今神秘莫测的地核。到1990年，在向下钻探了21年之后，由于地球深处的岩石非常热，而钻头的压力会导致岩石熔化，使好不容易钻出的洞重新封上，钻探工作被迫停了下来。而此时，钻头已经钻到了地球深处12000米处。
这是迄今为止人类在地球上钻孔达到的最大深度。但是，即使达到这样的深度，也只完成了地心之旅的0.2％，俄国人还需要再挖掘6300千米才能真正到达地核中心。到达地球内部的剩余旅程依然如300年前一样遥不可及——当时的天文学家哈雷认为地球的内部是空心的，里面充满了生命。他的想法在今天看来是多么的可笑，但关于地球内部，我们现在又能确定什么呢?地球的核心究竟是一个巨大的结晶体，还是一个天然核反应堆?教科书上告诉我们地核分为黄色、橙色和红色几层，真是这样吗?
众所周知，地球物理学家是通过地震波来探索地球内部构造的。地球上每年发生1000多次地震，有的地震波能完全穿越地球。由于波在不同的地球构造中传播的速度不同，因此可以为利学家了解地球内部地质情况提供某些线索，比如，快速移动的地震波通常穿过的是密度较大的岩石。科学家正是通过这些间接证据去了解我们脚下的地下世界的，尽管在很大程度上还只是一些揣测。
地核在我们脚下大约3000千米处。地核的外层由熔化的铁、镍以及其他尚未确定的成分构成，地核就像一个巨大而缓慢运转的洗衣机，以每周几千米的速度不断搅动并产生地球磁场。生命能够在地球上生存下来，部分原因就是因为地球磁场的保护作用——危险的宇宙射线受到地球磁场的偏转作用回到太空，对地球大气层起到了保护作用。
地核的内层是一个大金属球，大约有月亮的1/3大小。这个大金属球的温度高达6000摄氏度，相当于太阳表面的温度。由于承受了地球其余部分的全部重量，地核内层里的原子都被挤压在一起不能流动，故而成为固体。
虽然多数地球物理学家确信他们已经了解了地球内部数百千米的地质情况，但是，这些根据地震数据推断出的假设就像我们对其他行星的假定一样，未必十分精确。
关于地球内部的最奇怪的理论来自于地球物理学家赫恩登。他认为地球的中心不是一个铁球，而是一个天然核反应堆。他相信沉积在地核中的铀足以维持地心内部的核裂变，而这个天然核反应堆正是地球磁场的动力来源。
要证明赫恩登和其他一些异想天开的假说，需要有更多更好的探测工具和手段去探测地球深处。例如，如果地核中存在着明显可测的放射性，那么就可以发射中微子探测器到地核，然后将探测信息传回到地球表面。不过，虽然人类已经制造出了中微子探测器，但其准确性仍然有限，因为很难确定某中微子究竟是来自于太空还是从地核中逃逸出来的。
有科学家试图以内部熔融翻滚的金属球为模型，模拟地球内部的活动情况，法国巴黎的一个实验室就制造了这样一个金属球。但也有科学家指出，地核环境比太阳表面更加严酷，要准确模拟和再现地核环境非常困难，因此这种想法可能在许多年内认得很难实现。
探索地球内部情况的最佳途径莫过于真正进入地核。不过，目前人类的钻探计划最多只深入地下约12000米。鉴于此，美国加州理工学院的地球物理学家斯蒂文森于2003年提出了一个设想：先用核爆炸或者人造地震震开地表，掘出一个深度为3110米、宽度为1米的地缝，接着注入10万吨熔化的铁水，炽热的铁水向地下渗透，融穿地壳和地幔。之后，将装有钻石传感器的仪器随铁水送入地下3000千米，直抵地核外缘。因为传感器是用钻石制造的，所以能耐得住4000摄氏度的高温。
一旦传感器抵达地核外缘之后，它将史无前例地向科学家发回有关地心的第一手资料，揭示地球最后一块处女地的秘密，比如说地核的温度、化学构成和电磁活动现象等。所有的测绘数据和资料将以地震波的方式传向地面，因为在地下3000千米这一深度，无线电波根本就无能为力。
有趣的是，尽管这个想法在斯蒂文森的头脑里已经酝酿了10年之久，他却只花了6小时就将它写了出来，据说部分原因是受了好莱坞科幻大片《地心浩劫》的刺激。该片描述：地球物理学家凯斯博士无意中发现了一场可能会导致全人类灭 绝的大灾难——地核温度因某种不明原因发生改变，地心很快就要停止转动，地球磁场即将消失。为了拯救地球，保卫人类，凯斯和全球最杰出的科学家一起研究对策，决定派一艘地下飞船进入地核并在那里引爆一个核装置。一旦成功，地核就会恢复正常运转。于是，一个救援小组驾驶着人类的首只“钻地船”踏上了一场生死之旅……
斯蒂文森是《地心浩劫》的科学顾问，受其启发，他设计了这个雄心勃勃而又异想天开的宏伟计划，他甚至还打算借用曾写过同类故事的科幻小说大师凡尔纳的名字，命名该计划为“凡尔纳计划”。
斯蒂文森的设想为我们描绘了一幅通往地心之旅的蓝图。但是，到目前为止，还没有人着手去做。为什么不试一试呢?“太昂贵了。”斯蒂文森说。因为这个计划需要破开地面，倾入至少10万吨液体金属。斯蒂文森曾参与美国宇航局探测太阳系中其他行星的任务，所以他很清楚这样做需要耗费多少资金。制造一种能在地核的高温高压环境中正常工作并将信息反馈到地球表面的探测器，将是一个耗资巨大的任务，可与“曼哈顿工程”(原子弹制造工程)或太空探测计划相比拟，需要数十亿到上百亿美元的投入。
斯蒂文森提出的地心科学探索方案立即引起了科学界的强烈争议，甚至备受科学家们的质疑。伦敦大学的一位物理学教授说：这个想法听起来着实非常有意义，可是有太多的漏洞。斯蒂文森的设想基于砸开一块石头，但他就不想想，一旦岩层被打开的话，那么地核的炽热岩流就会喷涌而出，从而大大减少探测器坠向地心的速度。按我们的估计，就算探测器仍向地心沉去，那么到达地核所用的时间也得有好几千年!所以我不相信他所说的方案。
地心就在我们脚下3000千米处，但要想揭开它的神秘面纱，远比探索140亿光年之外的太空更难。
相关链接 地球构造
科学家将地球构造大致分为地壳、地幔和地核三部分。
地壳
地球结构的最外层。大陆下的地壳厚度一般为35～45千米，喜马拉雅地区的地壳厚度可达70～80千米。大陆地壳分为上地壳和下地壳。上地壳较硬，是主要承受应力和容易发生地震的层位；下地壳较软。海洋下的地壳较薄，一般只有一层，且比大陆地壳均匀。
地幔
地壳和地核之间的中间层。平均厚度为2800千米。地幔分为上地幔和下地幔。上地幔的顶部与地壳熔合，形成脆性的岩石圈。全球的岩石圈板块组成了地球最外层的构造，地球表层的构造运动主要在岩石圈的范围内进行。
地核
地球的核心部分。主要由铁、镍元素组成，半径为3480千米。地核分为外核和内核。外核为液态，内核为固态。对地球磁场特征的研究证明，地球磁场是由外核的液体物质旋转产生的。
相关链接
17世纪的天文学家埃德蒙·哈雷认为地球的内部是空心的，里面充满生命，他甚至还认为北极光是从两极薄地壳中跑出来的炽热气体。今天的科学家将地球大致分为地壳、地幔和地核三部分：最外层的地壳大约有40千米；地壳下面是深入地球中心近一半的地幔，又分为上地幔和下地幔，深度大约为2900千米；再往下是地核，分为外核(深度大约为5150千米)和内核(深度大约为6400千米)。
不过，由于人类还不能直接观测地球内部，所以迄今有关地球内部结构的大部分知识都是间接得到的。例如，根据天文学观测得到的地球的质量，以及大地测量得到的地球的形状和大小，我们计算出地球的平均密度是每立方厘米5.5克；根据地表物质的密度小于每立方厘米2.7克，我们推知地球内部物质的密度大于每立方厘米5.5克；根据陨石有石陨石和铁陨石之分，以及对地球磁场的测量，我们推断地球内部有一个铁质的地核；根据地震波在地球内部传播所显示出来的各种特征，我们推测地球内部具有同心球层的分层结构。
最近，就有科学家重新建造了地球构造模型，并发表在2008年5月2日出版的《科学》杂志上。
美国亚利桑那州大学的研究人员艾伦·麦纳马拉根据地震波穿过地幔时的急速速度变化指出，地幔是由更多的可变形物质所组成，并以不同的方式进行对流的多层结构。这些物质“它们本来是坚固的岩石，但在高温高压下变得像花生酱似的柔软了，因此任何压力都能让它们流动”。麦纳马拉解释说：“你可以设想一壶开水，原本是由一种成分构成的，现在却要在这壶水里倒入蜂蜜。蜂蜜会借助水的沸腾来加速对流，从而使这壶蜂蜜水成为一个更加复杂的系统。”麦纳马拉认为，这正是为什么长久以来地震波常常以难以说明的不同速度在地球中传播的原因。
麦纳马拉的发现将有助于科学家更好地了解诸如地球板块运动、山脉形成和地震发生的原因。
地心究竟有什么?为什么说“上天容易入地难”?让我们循着科学家的思路去探究深藏地心的秘密。
1 进入地下巨型水晶洞
19世纪的著名科幻大师儒勒·凡尔纳的作品《地心游记》讲述了林登布罗克教授等人进入地心探索的故事，而今天科学家深入墨西哥地下水晶洞的探险活动，称得上是一部现代版的《地心游记》。
2007年6月，一支由地质学家带领的美国洞穴探险队，对墨西哥奇瓦瓦沙漠中的一个巨大的地下水晶洞进行了勘测。由于洞里的温度太高，湿度很大，为安全起见，探险队员们个个都是全副武装，看上去就像进行太空行走的宇航员。
为安全起见，探险队员们身穿前后缝有十数个手掌大小冰袋的背心，外面套一件醒目的橘色洞穴探险服。他们的装备还包括头盔、戴在头上的小型照明灯、可以吹出冷风的呼吸面罩，以及手套和靴子，可谓全副武装。但是，即便保护得如此严密，当队员们走进水晶洞时，仍然还是感到一股汹涌而来的、难以抵挡的热浪，他们的衣服立即被汗水湿透。为防止中暑，队员们每次进洞的时间不得超1过20分钟。
进入水晶洞，只见一根根巨大的水晶柱晶莹剔透，发出透明或半透明的金属光泽，让人感觉仿佛走进了一座地下“冰晶丛林”，景象极为壮观。洞中有170多根巨大的水晶柱，最大的高达15米，直径达12米。洞中的地面上和岩壁上还有一簇簇体积较小却同样晶莹无瑕的水晶块。
这是迄今发现的世界最大的水晶洞。位于墨西哥奇瓦瓦的奈卡山矿区地下约300米处，是石灰岩中的一个马蹄形的空穴。它是在2000年4月被一对墨西哥矿工兄弟意外发现的。
当时，他们被眼前的所见惊得目瞪口呆，立即向墨西哥采矿公司的总工程师罗伯特·冈萨雷斯做了报告。后者意识到这是一个巨大的宝藏，果断下令改变原先的挖掘计划。但即使这样，还是有几根水晶柱因有人试图移动而遭受了一定程度的损害。还有一个矿工受水晶洞里的巨大财富的诱惑，偷偷地从一个小洞潜入水晶洞，结果丧生洞里。当他的尸体被人发现时，早已被洞中热气腾腾的水蒸气烘烤得硬梆梆的了。现在，为了保护这个稀世罕有的水晶洞，人们已经在洞口安装了铁门。
奈卡山矿区是墨西哥铅银产量最大的矿区，同时也以盛产水晶而闻名。不过，虽然以前也有矿工发现过少量的小块水晶，但从没发现过如此大规模的水晶矿藏，连科学家也为之惊讶。那么，如此大规模的水晶矿藏究竟是怎样形成的呢?
在对留存在水晶内的气泡进行了仔细的研究后，科学家描绘了水晶洞形成的“时间之旅”——大约2600万年前，奇瓦瓦地区的火山活动开始活跃起来，奈卡山在这一过程中诞生。在奈卡山的地下约4千米处，有一个岩浆房，在巨大的地心压力下，岩浆裹挟着各种矿物质不断地从断层缝隙向上涌入矿床。大约60万年前，岩浆逐渐冷却，矿物质开始从水中沉淀出来。在适宜的温度、湿度，以及相对封闭的环境下，由矿物质形成的微小晶体越变越大，最终形成了今天人们所看到的巨大的水晶柱。
水晶洞的形成过程还反映了周围环境的变化。在水晶洞附近的其他一些洞穴里，或者因为温度不稳定，或者受其他环境条件变化的影响，只能产生一些较小的水晶矿。而水晶洞里的环境在千万年间没有发生过大的变化，洞中的温度始终保持在44摄氏度以上，湿度90％～100％。也就是说，水晶柱一直处于水汽氤氲之中(人在这样的环境中只能呆6至10分钟)。
地面上，火山爆发，冰雪覆盖，周而复始地改变着地表的面貌；而在不为人知的地底下，巨大的水晶缓慢而稳定地生长着。直到1985年，矿工们为了降低地下水位，用巨大的水泵抽水，无意中排干了洞穴中的水，这才终止了水晶的继续生长。 如今，科学家还在对这个巨大的水晶洞进行深入研究：挪威科学家从洞中提取样本进行铀钍年代测定，初步推断：最大的水晶柱已有60万年的历史；美国科学家在水晶中寻找是否有存活的微生物；意大利科学家从水晶中萃取到已有约3万年历史的花粉，由此推断：如今墨西哥的这片荒漠土地，在远古时代曾经遍布森林……
相关链接 什么是水晶?
“水晶宫”内仍在生长的晶簇，水晶是一种无色透明的大型石英结晶体矿物，其主要化学成分是二氧化硅，化学式为SiO2，与普通砂子是一样的。当二氧化硅结晶完美时就形成水晶。水晶晶体属六方晶系，常呈六棱柱状，柱体为一头尖或两头尖，多条柱体连接在一块时通称为晶簇。在自然界中，水晶常以晶簇出现，非常壮观美丽。
水晶大多生长在地底下或同穴中，要求丰富的地下水资源，且地下水含饱和的二氧化硅。此外，还要求周围环境的压力为大气压力的2～3倍，温度在550～600℃之间。满足这些条件，再给予适当的时间，水晶就会依着三方晶系的自然法则结晶成六棱柱状。通常，在人为控制状态下，也即物理和化学条件都符合上述要求的条件下，水晶的生长速度大约为每天0.8毫米；在自然环境下，情形就没有这么乐观了。在自然环境下，由于原料、水质、温度、压力等部一直处在变化当中，很难达到理想状态，因此需要数万倍甚至数百万倍的时间，才能达到与人造水晶相同的成长。这也正是为什么水晶的地质年龄常以百万年为计算基数、天然水晶为什么非常珍贵的原因。
相关链接 凡尔纳的《地心游记》
《地心游记》是19世纪著名科幻大师儒勒·凡尔纳的代表作之一，讲述地质学家林登布罗克教授在一本古老的书籍里发现前人曾到过地心旅行，于是亲自去地心探险的故事。《地心游记》是人类对地心秘密猜想的经典，曾多次被搬上电影或电视屏幕。由好莱坞拍摄、于2008年上映的同名影片是最新版本。
1863年5月24日，一个星期天，住在德国汉堡的地质学家林登布罗克教授和他的侄子阿克赛尔在一本古老的书籍中发现并破解了冰岛古代练金术士萨克努赛姆留下的一段秘密文字：“勇敢的旅行者，从斯奈菲尔火山口下降，你就能到达地心。我已经尝试过了。萨克努赛姆。”
林登布罗克决定带侄子阿克赛尔前往冰岛，可后者认为到达地心是根本不可能的，因此以各种科学理论劝阻他，但他不为所动。在向导冰岛猎人汉斯的陪同下，他们三人从斯奈菲尔火山的火山口往下去。
一路上，他们遇到了许多危险，如像充满可燃气体的洞室、陡峭的石壁等。有一次，他们因为缺水而命在旦夕，幸好汉斯发现了附近的一条地下河。林登布罗克将这条地下河命名为“汉斯河”。还有一次，林登布罗克和汉斯与阿克赛尔走散了，是一种奇怪的声音让他们与数千米之外的阿克赛尔取得了联系，三 人才得以重聚。他们沿着汉斯河继续下行，不知下降了多久，终于发现了一个巨大的地下世界，那里有海，有树，还有巨大的蘑菇。他们用树木做了一个筏子，在海上泛舟。教授将这个海命名为“林登布罗克海”。在海上，他们遇见了好几种史前怪兽，目睹了鱼龙与蛇颈龙的激烈战斗。他们划着筏子越过一个有着巨大间歇泉的岛屿，教授将它命名为“阿克赛尔岛”。忽然一阵电闪雷鸣，海浪冲毁了筏子，他们被海浪冲到了海的对岸。
海岸上有许多史前植物和动物，包括各种巨大的昆虫和乳齿象，海滩上还有许多白骨，甚至还有人类的头骨。他们冒险进入史前森林，看见了一个高3.6米以上的史前人类正在放牧一群乳齿象。他们不能确定在这地下深处是否真的存在着一个人类文明，也不能确定这个生物究竟是像人的猿类动物，还是像猿的人类。因为不知道这个生物是否会对他们产生敌意，他们没敢去惊动它。他们沿着海岸线继续向前，发现了炼金术士曾标出过的一条通道。遗憾的是，通道已被最近的一次塌方堵住了。由于无法通过坚硬的花岗岩，他们决定用火棉将岩石炸开。他们乘筏到海上躲避。然而，爆炸威力之大超出他们的预料，一时间天地轰鸣，海水翻腾，他们和筏子一起被卷入海水和岩浆中，感到无比惊恐和震憾。当他们惊魂甫定时，却发现已被从意大利南部的斯特龙博利火山口甩了出来。
回到汉堡后，林登布罗克教授被誉为“有史以来最伟大的科学家”，阿克赛尔与恋人重聚并成婚，汉斯回冰岛继续他平淡的生活。但林登布罗克教授还是感到有些遗憾，因为他的地心之旅由于一次意外被突然中断。
科幻大师 儒勒·凡尔纳
儒勒·凡尔纳是19世纪法国著名的科幻小说和冒险小说作家，被誉为“科学幻想小说之父”。
1828年2月8日，凡尔纳生于法国的南特，他的家就在南特港口附近。孩提时的好奇心促使他一趟趟地往码头上跑。这艘漂亮的三桅帆船是从什么地方开来的?这艘双桅横帆船要开往什么地方?他很快地就同船上那些差不多同龄的小水手打成一片，幻想着自己也能有那么一天远渡重洋，到神秘的异域国度探险。
18岁那年，凡尔纳去巴黎学法律。在一次晚会上，他遇到了大作家大仲马，二人的友谊从此开始，并一度合写剧本，为凡尔纳走上创作之路创造了有利条件。
从1863年起，凡尔纳开始发表科幻冒险小说，以《在已知和未知的世界中的奇异的漫游》一举成名。代表作为三部曲：《格兰特船长的儿女》、《海底两万里》和《神秘岛》。
凡尔纳总共创作了66部长篇小说和短篇小说集，还有几个剧本，一册《法国地理》和一部六卷本的《伟大的旅行家和伟大的旅行史》。主要作品还有《气球上的五星期》、《地心游记》、《机器岛》、《漂逝的半岛》和《八十天环游地球》等20多部长篇科幻历险小说。
1905年3月25日，凡尔纳因病去世。
2 在“地狱”的入口处
在凡尔纳的《地心游记》中，地质学家为探索地心的秘密，从斯奈菲尔火山口进入地球内部，最后又意外地被从意大利南部的斯特龙博利火山口甩了出来。现代科学告诉我们，地球内部的温度高达数千摄氏度，人不可能通过火山口进入地心。不过，的确有科学家通过研究火山，藉以探究地球内部的秘密。
马萨亚火山是尼加拉瓜境内的一座活火山，它上一次爆发是在2001年4月23日——突然喷发出的少量炽热的火山灰和岩石灼伤了一名妇女的手臂，火山爆发还引发了一场大火，将停在火山口附近的几辆小轿车和旅游客车烧毁。如今，地震检波器正时刻监测着这座火山的动静。
站在马萨亚火山口的边缘向下俯看，深达600米的火山口烟雾缭绕，火山口四周的岩石犬牙交错，看上去就像一个大张着的巨兽之口，难怪16世纪的西班牙修道士把这个火山口称之为“地狱之口”。
古代尼加拉瓜人相信火山口里住着会喷吐岩浆的恶魔，为了平息恶魔的怒火，他们将少男少女投入火山口作为献祭。除了这些被迫进入“地狱之口”的牺牲者，没有人胆敢从马萨亚火山口下去一探究竟。但是，对科学家来说，火山是研究地球内部构造的一个天然实验室。自2006年起，地质学家西蒙斯带领的一个科学家小组就一直在这里进行火山观察和研究。
西蒙斯是一位登山好手，他6岁开始与父亲在山里徒步旅行，8岁时就登上了派克峰顶峰(海拔4267米)，从14岁开始从事专业攀岩运动，攀登过美国西部、秘鲁和欧洲的许多巨大的冰瀑布和岩石山。在此过程中，研究地球地质也成了他的爱好之一。
1997年，西蒙斯进入美国伍兹霍尔海洋研究所，从事地质学和地球物理学研究。他从那时开始到世界各地收集火山气体样本一从南极洲的埃里伯斯火山，到意大利著名活火山埃特纳火山。2003年，西蒙斯和其他三位欧洲同行来到马萨亚火山。三位科学家将各自的研究成果综合在一起，对马萨亚火山的整体情况有了一个更为清晰的了解。他们认为，与其他火山不同，马萨亚火山喷发出的气体没有经过地下水过滤，而是通过火山系统直接排入大气的，因此其化学成分在喷出地面的过程中没有发生改变，研究这种直接来自地下岩浆房的、没有受到污染的火山气体，将有助于了解地球内部的情况，了解火山爆发如何引起气候变化，如何导致恐龙灭绝，同时还将有助于预测火山何时会再次爆发，火山灰对人类健康有什么样的影响，等等。
西蒙斯计划直接下到火山口底部采集火山气体样本，而火山专家通常则是在火山的外缘采集火山气体样本的。我们知道，火山气体来自于地球深处的地幔“高压锅”里的炽热的岩浆，浮力和压力驱使岩浆向上喷涌，在接近地面时，压力得到缓解，气体被释放出来，并开始形成泡泡，就像平时打开苏打水瓶盖时产生的现象一样。这些气体最终冲破地壳薄弱处，从火山口、海底喷气孔、间歇泉和热泉等处慢慢渗漏出来。一些大规模的猛烈的火山喷发，如欧洲大陆唯一的活火山——维苏威火山喷发，印度尼西亚火山岛上的喀拉喀托火山喷发，都是曾对地球历史产生重大影响的事件。
当气体从地壳逃逸到大气中，便立即开始发生改变，与空气中的微小粒子结合在一起，形成看得见的一片阴霾。在晴朗的天气里，火山灰云从火山口袅袅飘出，掠过火山口边缘，向四周散去。远远看去，火山就像是一堆闷燃着的巨大的篝火。
西蒙斯的目的是要在这些气体在地面散开并进入大气之前，在它们仍然保持着一定浓度的时候收集到它们。为达到这个目的，他打算直接下到冒烟的火山口底部，用便携式仪器收集气体样本，然后带回实验室进行研究。
西蒙斯知道他不可能将火山提起来看看下面是怎么回事，也不可能回到过去看地球形成之初是什么样子，但他认为，火山气体和火山熔岩可以提供许多线索，用以解开地球内部、地球表面、大气、海洋等的形成之谜。 、 各种气体从马萨亚火山口逸出，包括二氧化碳、水蒸气、二氧化硫和硫化氢等，西蒙斯感兴趣的只有一种，这就是氡气。2002年，西蒙斯被暴风雪困在南极洲一周，他正是从那时起开始考虑收集火山口氡气样本的。他说，“这是了解从地幔岩浆到地面喷发火山活动过程中缺失的一环。”
氡是一种无色无味气体，室内如果含有氡对人体是非常有害的。吸入这种气体，其放射性可增加人的致癌风险。氡气是由来自地壳和地幔中的放射性元素镭、钍等，在长期而缓慢的核衰变过程中蜕变而产生的。
西蒙斯认为可以把氡气视为大自然的“计时钟”。氡气可衰变成各种已知半衰期的同位素。例如，氡222同位素，在从岩浆房中被释放出来后，会迅速地衰变成钋218，其半衰期为3.82天，通过对氡同位素的分析，科学家就可以探知岩浆从地幔到达地面的过程和速度。西蒙斯说，如果我们不知道岩浆从地幔到达地面的时间表，那么我们对于火山活动的了解就非常有限。此外，通过火山气体从地底下喷出的速度，可获知是否有新形成的岩浆进入岩浆房，而新岩浆进入岩浆房则是火山即将爆发的一个先兆。
对于西蒙斯他们来说，下到火山口底部，最大的危险不是火山爆发，不是令人窒息的有毒火山气体，也不是因高热中暑或火山口内壁倒塌，而是在往下攀爬时，岩石松动下落，砸在下面的同伴的身上。
火山口底部是一个全然不同于地面的环境。在火山口石壁坍塌之处，被熔岩灼焦的大大小小的黑褐色岩石散落一地，小的如豌豆，大的如越野车。在火山口里，没有空气流动，也就没有风；没有植物生长，也就没有任何可以遮蔽之处。在攀登者的脚下，倾斜的地面发出嘎扎声，脚下一不小心就会打滑。
“感觉就像走在滚珠轴承上。”西蒙斯的一位同事说。岩石也很锋利。“如果你不小心滑倒，也许就会摔成一块‘比萨饼’。”
为安全起见，当一个人往下去的时候，先下去的人就得躲在巨石的后面等待。因此，西蒙斯他们每次从火山口顶部下到底部，需要花上两个小时。
在离火山口仅几米处，就可感觉到火山气体呼呼地向外逃逸，那声音听起来就像海浪拍打着礁石。西蒙斯他们在火山口底部安装好便携式仪器，用在马萨亚镇上购买的摩托车电池作动力收集氡气样本。
有一次，当从火山口底部退回地面时，西蒙斯的一位同事被一块下落的岩石击中头盔，接着又撞到下颌处，好在牙齿完好无损。
西蒙斯他们一共用了三天时间，三次进入马萨亚的“地狱之口”，采集了大量的气体样本和熔岩样本。现在，西蒙斯和他的同事们正在实验室里对这些来自地球内部的物质进行研究，他们希望从中了解火山和岩浆的形成过程，并最终揭开地球内部的谜团。
相关链接 首次发现地下岩浆房
冉 黎
2005年，美国一家地热公司的钻探工人在美国夏威夷大岛上进行钻探作业时，意外发现了地下约2400处的一个岩浆房——岩浆从钻孔向上喷涌约6米，一待冷却，便像玻璃一样凝固。由于此前科学家从未看到过岩浆的自然状态，因此这是首次发现。
我们知道，行星演变过程中最重要的成分——岩浆产生于地下深处，温度达到1000多摄氏度。火山喷发时，熔融状态的岩浆从岩浆房中喷涌而出，到达地面后(这时被叫做“熔岩”)以超乎寻常的速度迅速冷却成为岩石，并释放其中的气体。过去，科学家从来都没有观察过在地球深处岩浆是怎样活动的，因此是根据火山爆发来建立岩浆模型的。而这一次的意外发现，让科学家获得了研究地球内部的前所未有的机会。
科学家是在一个完全偶然的情况下发现这个岩浆房的。当时钻探工人正在岛上的玄武岩上进行常规钻孔作业，目的是在岩石上寻找一处可将一种地热植物的废液引回地下的位置。按照作业程序，工人们每一次都要将钻头钻入岩石，接着撤回，然后再钻入。那一天，工人们在将钻头钻到地下时，感到情况与平时很不一样：钻取出来的岩石样品不再是灰暗的玄武岩，而是看起来很清亮、像玻璃一样光滑的物质。后来，地质学家在这个钻洞反复试验，得到的结果都相同。
这一发现令地质学家欢呼雀跃，正如有人所说：人们现在可以在博物馆里看到恐龙的骨架化石，但却看不到活着的恐龙。如果有人告诉古生物学家：“有一只活着的恐龙正在荒郊野外嬉戏”，那对他们来说绝对是非常震撼的。而这次发现的岩浆房对于地质学家来说，就是岩浆系统的“侏罗纪公园”。地质学家第一次有机会将地质研究范围扩展到地下深处的岩浆，并可以借此检验之前建立起来的各种有关地球构造的理论，比如是什么样的进程改变了地表下的岩浆，令其成为今天我们脚下的坚硬岩石层。
目前，地质学家正在做准备，他们可能会往这个岩浆房钻更多的孔，以便将相关仪器送进去，对其大小、特征等进行详细勘探。
3 地壳里的古老居民
由好莱坞制作并于2008年上映的《地心游记》最近版本，运用3D技术将恐龙、水虎鱼和食人植物等活灵活现地表现了出来，比凡尔纳的原著更加引人入胜。不过，科学家在2800米深的地下发现的一种细菌，据信在几千万年前与地面断绝联系后，以某种方式生存繁衍至今，其怪异程度与凡尔纳的描写有过之而无不及。
近年来的研究发现，在我们脚下的地层深处，有一个生物圈，全部由细菌等微生物组成，它们中间的大多数完全不依靠太阳的能量，而是利用地球内部的化学能量合成有机物生存繁衍。这是一个巨大的地下生物圈，也是人类刚刚触及的一个难以想象的生物世界。
科学家早就发现，生活在地表的一些细菌能在113℃的高温下生存，并乐观地估计微生物生存的最高－温度为120～150℃。地下的温度与距地表的深度成正比关系。据测算，深度每增加1000米，温度可上升20~30℃。由此科学家猜测，在距地表5000米左右的地方，仍然可能是微生物生息的环境。
科学家认为，生息在地下深处岩石或地层缝隙的微生物中，有的是在地球还处于无氧、高温和高压的早期时代就被封存在地下并生存至今的。如果真是这样，那这些微生物可就是不折不扣的活化石，是“进化的时间容器”。由于地底生物仅靠来自地球内部的能量生活，通过研究它们能够知道地球上的生物到底有多少种生活方式，它们是在怎样的条件下孕育生命的，以及它们生存的极限环境。科学家还希望透过研究它们，找到地球生命的共同祖先，乃至生命起源的线索。
科学家关于在地表几千米处可能仍然生存着微生物的猜测现在可能已经变成了事实。
2008年，科学家在南非金矿地下2800米处发现了一种学名叫“Candidatus Desulfonrudis audaxviator”的细菌。这种细菌的长度只有几微米，生活在距地表1500～3000米的地下水中(这也是迄今已 知的生命形式可以生存的最深栖息地)。科学家认为，它们至少已经有300万年未接触阳光了，是一种非常古老的生物体。科学家还认为，它们既不需要阳光电不需要氧气生存，它们拥有实现自给自足需要的所有基因，完全可以与其他任何生命体“老死不相往来”。
那么，这种细菌究竟是怎样到达地壳深处的呢?科学家猜测，它们是随着地下水逐渐转移到那里的。这是一个非常缓慢的过程，从地表到达地下几千米处，大约花了几千万年的时间。也就是说，在与外界隔绝几千万年的情况下，这些细菌仍然在地下水体中生生不息。可是，在高温高压的地下深处它们以什么为生呢?
科学家大胆假设：它们从周围岩石的放射性衰变中获取能量。科学家认为，这种细菌可能拥有一些不同寻常的基因特征，能从溶解的二氧化碳中获取自身所需要的碳，还能将周围岩石中的氮变成自身能吸收的有机氮。众所周知，碳和氮是构筑生命的基本元素，因此这种细菌具备了生物体所必需的条件。
对于研究地球生命起源的科学家来说，生息在久远年代且与世隔绝的地下水中的细菌，它们的生活环境可能与地球早期生命所处的环境十分相似——几十亿年前，地球上最早的细菌有可能就是在同样的环境中生存繁衍的。因此，研究这种细菌将有助于科学家更好地了解地球生命的起源问题。
对于寻找外星生命的天体生物学家来说，这也是一个振奋人心的发现。它意味着，一颗距离恒星很远的行星上的生命，即使无法依靠恒星的能量进行光合作用，也有可能依靠放射性衰变产生的化学能量生存下去。因此，有科学家认为，这种细菌或许能够幸存于火星或士卫二。
在拉丁文中，“audaxviator”的意思是“勇敢的旅行者”，源自凡尔纳的《地心游记》——林登布罗克教授偶然发现了前人留下的一段文字：“勇敢的旅行者，从斯奈菲尔火山口下降，你就能到达地心……”科学家用“勇敢的旅行者”为这种新发现的细菌命名，形象地展现了这种细菌向地球中心进发的勇敢而漫长的旅程。
4 钻入地心
在凡尔纳的科幻小说中，地球内部充满巨大的洞穴和通道。事实上，没有任何一种人类已知的物质能够经受住地心的恶劣环境而为我们提供通往地心的通道。那么，我们怎样才能到达地心呢?美国科学家提出了一个钻入地心的大胆设想。
迄今已发现的最深的天然洞穴是美国乔治亚州境内的伏洛尼亚洞，深度是2191米，而最深的人造洞穴位于俄罗斯北部科拉半岛。1970年，地质学家开始在科拉半岛上向下钻洞，目的是探索至今神秘莫测的地核。到1990年，在向下钻探了21年之后，由于地球深处的岩石非常热，而钻头的压力会导致岩石熔化，使好不容易钻出的洞重新封上，钻探工作被迫停了下来。而此时，钻头已经钻到了地球深处12000米处。
这是迄今为止人类在地球上钻孔达到的最大深度。但是，即使达到这样的深度，也只完成了地心之旅的0.2％，俄国人还需要再挖掘6300千米才能真正到达地核中心。到达地球内部的剩余旅程依然如300年前一样遥不可及——当时的天文学家哈雷认为地球的内部是空心的，里面充满了生命。他的想法在今天看来是多么的可笑，但关于地球内部，我们现在又能确定什么呢?地球的核心究竟是一个巨大的结晶体，还是一个天然核反应堆?教科书上告诉我们地核分为黄色、橙色和红色几层，真是这样吗?
众所周知，地球物理学家是通过地震波来探索地球内部构造的。地球上每年发生1000多次地震，有的地震波能完全穿越地球。由于波在不同的地球构造中传播的速度不同，因此可以为利学家了解地球内部地质情况提供某些线索，比如，快速移动的地震波通常穿过的是密度较大的岩石。科学家正是通过这些间接证据去了解我们脚下的地下世界的，尽管在很大程度上还只是一些揣测。
地核在我们脚下大约3000千米处。地核的外层由熔化的铁、镍以及其他尚未确定的成分构成，地核就像一个巨大而缓慢运转的洗衣机，以每周几千米的速度不断搅动并产生地球磁场。生命能够在地球上生存下来，部分原因就是因为地球磁场的保护作用——危险的宇宙射线受到地球磁场的偏转作用回到太空，对地球大气层起到了保护作用。
地核的内层是一个大金属球，大约有月亮的1/3大小。这个大金属球的温度高达6000摄氏度，相当于太阳表面的温度。由于承受了地球其余部分的全部重量，地核内层里的原子都被挤压在一起不能流动，故而成为固体。
虽然多数地球物理学家确信他们已经了解了地球内部数百千米的地质情况，但是，这些根据地震数据推断出的假设就像我们对其他行星的假定一样，未必十分精确。
关于地球内部的最奇怪的理论来自于地球物理学家赫恩登。他认为地球的中心不是一个铁球，而是一个天然核反应堆。他相信沉积在地核中的铀足以维持地心内部的核裂变，而这个天然核反应堆正是地球磁场的动力来源。
要证明赫恩登和其他一些异想天开的假说，需要有更多更好的探测工具和手段去探测地球深处。例如，如果地核中存在着明显可测的放射性，那么就可以发射中微子探测器到地核，然后将探测信息传回到地球表面。不过，虽然人类已经制造出了中微子探测器，但其准确性仍然有限，因为很难确定某中微子究竟是来自于太空还是从地核中逃逸出来的。
有科学家试图以内部熔融翻滚的金属球为模型，模拟地球内部的活动情况，法国巴黎的一个实验室就制造了这样一个金属球。但也有科学家指出，地核环境比太阳表面更加严酷，要准确模拟和再现地核环境非常困难，因此这种想法可能在许多年内认得很难实现。
探索地球内部情况的最佳途径莫过于真正进入地核。不过，目前人类的钻探计划最多只深入地下约12000米。鉴于此，美国加州理工学院的地球物理学家斯蒂文森于2003年提出了一个设想：先用核爆炸或者人造地震震开地表，掘出一个深度为3110米、宽度为1米的地缝，接着注入10万吨熔化的铁水，炽热的铁水向地下渗透，融穿地壳和地幔。之后，将装有钻石传感器的仪器随铁水送入地下3000千米，直抵地核外缘。因为传感器是用钻石制造的，所以能耐得住4000摄氏度的高温。
一旦传感器抵达地核外缘之后，它将史无前例地向科学家发回有关地心的第一手资料，揭示地球最后一块处女地的秘密，比如说地核的温度、化学构成和电磁活动现象等。所有的测绘数据和资料将以地震波的方式传向地面，因为在地下3000千米这一深度，无线电波根本就无能为力。
有趣的是，尽管这个想法在斯蒂文森的头脑里已经酝酿了10年之久，他却只花了6小时就将它写了出来，据说部分原因是受了好莱坞科幻大片《地心浩劫》的刺激。该片描述：地球物理学家凯斯博士无意中发现了一场可能会导致全人类灭 绝的大灾难——地核温度因某种不明原因发生改变，地心很快就要停止转动，地球磁场即将消失。为了拯救地球，保卫人类，凯斯和全球最杰出的科学家一起研究对策，决定派一艘地下飞船进入地核并在那里引爆一个核装置。一旦成功，地核就会恢复正常运转。于是，一个救援小组驾驶着人类的首只“钻地船”踏上了一场生死之旅……
斯蒂文森是《地心浩劫》的科学顾问，受其启发，他设计了这个雄心勃勃而又异想天开的宏伟计划，他甚至还打算借用曾写过同类故事的科幻小说大师凡尔纳的名字，命名该计划为“凡尔纳计划”。
斯蒂文森的设想为我们描绘了一幅通往地心之旅的蓝图。但是，到目前为止，还没有人着手去做。为什么不试一试呢?“太昂贵了。”斯蒂文森说。因为这个计划需要破开地面，倾入至少10万吨液体金属。斯蒂文森曾参与美国宇航局探测太阳系中其他行星的任务，所以他很清楚这样做需要耗费多少资金。制造一种能在地核的高温高压环境中正常工作并将信息反馈到地球表面的探测器，将是一个耗资巨大的任务，可与“曼哈顿工程”(原子弹制造工程)或太空探测计划相比拟，需要数十亿到上百亿美元的投入。
斯蒂文森提出的地心科学探索方案立即引起了科学界的强烈争议，甚至备受科学家们的质疑。伦敦大学的一位物理学教授说：这个想法听起来着实非常有意义，可是有太多的漏洞。斯蒂文森的设想基于砸开一块石头，但他就不想想，一旦岩层被打开的话，那么地核的炽热岩流就会喷涌而出，从而大大减少探测器坠向地心的速度。按我们的估计，就算探测器仍向地心沉去，那么到达地核所用的时间也得有好几千年!所以我不相信他所说的方案。
地心就在我们脚下3000千米处，但要想揭开它的神秘面纱，远比探索140亿光年之外的太空更难。
相关链接 地球构造
科学家将地球构造大致分为地壳、地幔和地核三部分。
地壳
地球结构的最外层。大陆下的地壳厚度一般为35～45千米，喜马拉雅地区的地壳厚度可达70～80千米。大陆地壳分为上地壳和下地壳。上地壳较硬，是主要承受应力和容易发生地震的层位；下地壳较软。海洋下的地壳较薄，一般只有一层，且比大陆地壳均匀。
地幔
地壳和地核之间的中间层。平均厚度为2800千米。地幔分为上地幔和下地幔。上地幔的顶部与地壳熔合，形成脆性的岩石圈。全球的岩石圈板块组成了地球最外层的构造，地球表层的构造运动主要在岩石圈的范围内进行。
地核
地球的核心部分。主要由铁、镍元素组成，半径为3480千米。地核分为外核和内核。外核为液态，内核为固态。对地球磁场特征的研究证明，地球磁场是由外核的液体物质旋转产生的。
相关链接
17世纪的天文学家埃德蒙·哈雷认为地球的内部是空心的，里面充满生命，他甚至还认为北极光是从两极薄地壳中跑出来的炽热气体。今天的科学家将地球大致分为地壳、地幔和地核三部分：最外层的地壳大约有40千米；地壳下面是深入地球中心近一半的地幔，又分为上地幔和下地幔，深度大约为2900千米；再往下是地核，分为外核(深度大约为5150千米)和内核(深度大约为6400千米)。
不过，由于人类还不能直接观测地球内部，所以迄今有关地球内部结构的大部分知识都是间接得到的。例如，根据天文学观测得到的地球的质量，以及大地测量得到的地球的形状和大小，我们计算出地球的平均密度是每立方厘米5.5克；根据地表物质的密度小于每立方厘米2.7克，我们推知地球内部物质的密度大于每立方厘米5.5克；根据陨石有石陨石和铁陨石之分，以及对地球磁场的测量，我们推断地球内部有一个铁质的地核；根据地震波在地球内部传播所显示出来的各种特征，我们推测地球内部具有同心球层的分层结构。
最近，就有科学家重新建造了地球构造模型，并发表在2008年5月2日出版的《科学》杂志上。
美国亚利桑那州大学的研究人员艾伦·麦纳马拉根据地震波穿过地幔时的急速速度变化指出，地幔是由更多的可变形物质所组成，并以不同的方式进行对流的多层结构。这些物质“它们本来是坚固的岩石，但在高温高压下变得像花生酱似的柔软了，因此任何压力都能让它们流动”。麦纳马拉解释说：“你可以设想一壶开水，原本是由一种成分构成的，现在却要在这壶水里倒入蜂蜜。蜂蜜会借助水的沸腾来加速对流，从而使这壶蜂蜜水成为一个更加复杂的系统。”麦纳马拉认为，这正是为什么长久以来地震波常常以难以说明的不同速度在地球中传播的原因。
麦纳马拉的发现将有助于科学家更好地了解诸如地球板块运动、山脉形成和地震发生的原因。