神秘的地下世界

科幻小说之父儒勒·凡尔纳创作了多部以地下世界为题材的科幻小说，其中以《地心游记》最为著名。在书中，他大胆设想出一条穿越地幔、从地心直达地面的火山通道，借助火山的间歇性喷泉能够自由出入地心内外。凡尔纳是科学乐观主义者，他的作品鼓舞着人们展开对地球深处的探索。但是，小说毕竟只是小说，科幻小说虽然基于一定的科学事实，但内容在很大成分上是假想出来的。现代地球科学认为，地球由地壳、地幔和地核构成，其中，地壳相对较薄，平均厚度只有17千米；地幔位于地壳下方，延伸到约2900千米深的位置；地核是地球的核心部分，其半径约有3470千米，主要由铁、镍元素构成，可以进一步细分为外核和内核。

所谓“上天容易入地难”， “入地”面临的挑战绝不亚于“上天”。本文将带你一同探索地球深处的奥秘，了解神秘莫测的地下空间。

地下幻境

在现代科学诞生以前，人类对于这个神秘的地下世界一直有着诸多幻想。地下世界常常成为文学和电影的主题，如前文提及的《地心游记》，描绘了一个神秘而丰富的地球内部世界；科幻影片《地球停转之日》《地下九英里》，还有我国的科幻大片《流浪地球》系列，都有许多与地球内部相关的情境设定。

在世界各地，流传着许多关于地下世界的神话传说。《太平广记》记载，晋朝，一位老者不小心掉入嵩山的一个地洞，他顺着洞中小径走了很远，竟遇到了两位神仙，神仙指了条出洞的路，他才得以逃生。在古希腊神话中，有一个名为“冥界”的地方，有点像一个地下的国度，由名为“哈迪斯”的神来管理。北欧神话中的尼福尔海姆是一个寒冷黑暗的世界，这里存在着一个非常深的地方——深渊，里面居住着一些恶灵和怪物。20世纪30年代，欧洲人发现了长数千千米、大小不一的地下隧道，这些通道很宽但很矮，人们据此推测地下存在 “矮人”。

现代流行文化中，地下城的概念被广泛用于科幻作品中。著名影片《魔戒》系列描绘的地底的莫里亚矿坑和黑暗之塔的地下迷宫，都是重要的场景。在这些故事里，地下城往往是危险和挑战的代名词，英雄们需要依靠勇气和智慧克服重重困难。现代电子游戏也广泛采用了地下城的概念，将其作为主要的游戏场景之一，如《地下城传说》。

穴居是人类最早的利用地下空间的居住方式。早在史前时期，原始人类就利用天然洞穴和地穴来躲避自然灾害和野兽攻击，如法国的拉斯科洞穴。一般来说，溶洞内部环境潮湿阴暗，有湿漉漉的钟乳石，是蝙蝠、食鼠蛇和盲眼狼蛛的栖身之所。

溶洞是由具有侵蚀性的流水对可溶性岩石进行长期溶蚀和腐蚀形成的地下空间，通常出现在石灰岩地区。石灰岩的主要成分是碳酸钙，易与水中的二氧化碳发生化学反应，随着这种溶蚀作用的持续进行，石灰岩内部的结构逐渐变得疏松并形成空洞。由于石灰岩各部分富含石灰质的程度不同，侵蚀的程度也不同，最终形成千姿百态的溶洞。溶洞的形成不仅依赖于化学溶蚀，还涉及水流的机械侵蚀和搬运作用。地表水沿岩石裂缝下渗并进行横向流动，从而扩大了地下空间，形成多层次的洞穴系统。

《中国国家地理》曾评选出我国最美的六大洞穴，这些洞穴不仅自然景观独特，而且具有很高的科学价值和观赏价值。然而，迄今全球仍有许许多多的洞穴藏在“深闺”无人知晓。那么地下深处是否存在这样的溶洞？溶洞里是否还有其他生命？地球的内部是空的吗？

不管是主观想象，还是对溶洞的直观观察，都让人们推测地球内部也是中空的，甚至提出了“地球空心说”。该理论认为地球是一个中空的球体，内部存在复杂的洞穴系统和光热系统，还有另类的文明世界……那么，是否真的存在地下文明或未被人类所知的生态系统？带着这些猜测与疑问，人类正不断向下、向深探索。

地下空间

古今中外，人们对地下世界的开发利用多种多样。古代文明（如埃及、中国、希腊等）往往将地下空间用于大型墓地工程，例如埃及的金字塔、法国的地下墓穴、我国的秦陵地宫等。地下还蕴藏着丰富的矿产资源，如煤、金、银、铜、铁矿等，对于人类的经济和社会发展具有重要意义。此外，地下隧道在军事领域的应用也极为广泛，我国古代便有利用地道作战的记载，近代也有抗日战争期间华北地区的大规模地道战。在现代战争中，地下空间常被用作防空洞和军事指挥中心。

如今，许多城市拥有地下商业街和购物中心。这些地下商业街和购物中心就像是城市的另一方天地，它们不仅让地面空间变得更加宽敞，还能让我们在恒温的环境中尽情休闲。地下空间还被广泛用于建设地下交通隧道，它们就像城市的毛细血管，让我们的出行更加便捷。近年来，我国各城市建设了大量的地下工程，其中武汉光谷中心广场的“地下城”被誉为亚洲最大的地下综合体。它的建筑面积为14.6万平方米，直径200米，大约有11层楼那么高，集轨道交通、‌市政隧道、‌地下公共空间于一体，堪称“世界级的地下超级工程”。

在工业领域，一些对环境要求极高的精密制造和食品加工行业，会选择在地下进行生产，由此建设了地下工厂。地下空间也有仓储作用，能储存大量的能源，比如石油、天然气和水。这些地下储油库、储气库和水库，就像是城市的能量宝库，安全性高，还能节省地面空间。地下物流系统也在逐步发展，特别是在一些人口密集和商业活动频繁的区域，地下物流系统能够有效缓解地面交通拥堵，提高运输效率。例如，一些机场和物流中心通过地下输送系统连接，实现高效运转。地下还是科学家们深入研究地球内部结构、地质构造、地震活动等课题的重要场所。

地下世界的开发利用，对人类文明进步和生存发展有着重要作用。随着科技的进步，人类对地下空间的探索和利用也将不断深入和拓展。看似普通的地表之下，隐藏着无限的可能和精彩。

地下钻探

钻探是近现代人类探索地下世界的重要手段，它被形象地比喻为了解地球内部信息的“望远镜”。通过科学钻探，人类可以获取岩芯，查明地层资料，以研究地球深部构造及演化，了解地震成因、火山喷发机理、地球气候演变和生命演化历史等。同时，也为人类工程活动提供参考资料，为解决资源、灾害问题提供信息。不同的钻探手段可以获取不同的资源。使用旋转钻井技术，可以在海上和陆地进行深度达数千米的钻探，用以采集石油和天然气；采用不同的矿井钻探和采矿技术（如露天矿和地下矿井钻探），可以确定矿体的位置、规模和地下各岩层情况，以及地下水赋存情况；利用定向钻井技术，可以精确地到达地下热储层，提取地热能。

1970年，苏联启动的科拉超深钻孔工程，在深度上达到了前所未有的12226米，成为当时世界上最深的钻孔。它不仅标志着人类对地球内部探测的一次重要尝试，也展示了人类在地质钻探领域的巨大突破。2018年，由我国自主研发的万米钻机“地壳一号”完成了深度达7018米的科学钻探，在刷新了亚洲大陆科学钻井的新纪录的同时，极大地提高了我国超深井科学钻探装备的技术水平，提升了我国在地球深部探测方面的能力。

万米以下的地下世界是一个神秘且充满未知的领域，对科学家们而言更是一种挑战，同时也潜藏着许多机遇。

在深地可能蕴藏着丰富的矿产和能源资源，例如金属矿物、石油和天然气等。通过研究万米以下的地质结构，我们有望发现新的资源储量，为人类的资源开发提供更多的可能性。地下深处可能存在生物，这些生物可能具有在极端环境下的特殊生存机制和适应能力，这对于研究生命起源和生物多样性具有重要意义。探索深地也有助于了解地下微生物对地球生态系统的影响。地下万米以下的构造和地壳运动对地震和其他地质灾害的发生和演变具有重要影响，通过深入地下的研究，我们可以更好地理解地震等地质灾害的成因，并能够进行预警，尽量减少损失。

但是目前关于万米之下的地质资料较少，因为每向下掘进1米都面临着不可预知的诸多挑战与困难。随着深度的增加，地下温度和压力急剧增加，对钻探设备和材料的耐高温高压能力提出了更高要求。地球内部的岩石在高温高压下会发生变形，形成岩浆、地震断层等地质现象，这可能导致钻井过程中岩层不稳定，增加钻井的难度和风险。钻探深地需要耐心且细致的作业，由于可见度低、环境恶劣，加上无法直接观测地层情况，容易出现操作失误和事故，对作业人员的技术水平、耐心和注意力要求极高。这些因素都考验着我们在地质钻探、材料、仿生学等多学科交叉领域的研发创新能力，无疑是人类探索深地亟待解决的问题，但正是这些挑战，推动人类向前，向深地进军。

在未来的某一天，如果我们能够直通地心深处，找到那里的生命，那么地球文明将开启新的绚丽篇章。

致谢：感谢国家自然科学基金项目（42177123、42042054）、中国矿业大学教学研究项目（2023ZDKT03-102、2022ZX01）、全国煤炭行业高等教育教学改革研究课题项目（2021MXJG179）的支持。