〔提要〕海洋科学的发展，是二十世纪科学上的伟大成就之一，而“深海钻探”又是海洋科学发展的一颗闪光的明珠。美国《格洛玛·勘探者号》是世界上首次执行深海钻探任务的科学研究船。到目前为止，该船的工作成果以“初步报告”形式汇编成集，已出了38卷，每卷约一千页左右。

本文摘自American Scientist，vol. 66，No 5,1978。作者William A. Nierenberg。

恰恰在十年之前——1967年八月——《格洛玛 · 勘探者号》（Glomar Challenger）钻探船出发试航，接着就正式执行其首次科学航行的任务。这确是一项雄心勃勃的计划——要建造、设计并运行一艘能在15,000英尺以上的深海操作的钻探与钻取岩心的科学研究船。这只船必须能在大海中连续数天保持在一定的位置上，其漂移不得超过数百英尺，并经得住一般的风力及洋流的影响。这是一个史无前例的创举，而且在目前海洋技术应用于近海钻探如此迅速发展的情况下，也从未有过类似的壮举（仅除了一个例外）。

海洋科学的发展，是二十世纪科学上的伟大成就之一，久为全世界所公认，而“深海钻探计划”又是海洋科学发展的一个主要构成部分，也有人说它是海洋科学的一项登峰造极的成就。当时俄国人一看之后，便立即表示非常钦佩，并很快地向美国主办该计划的研究机构提出申请要求加入，且愿每年出资100万美元。宏观地质学，已经从大量收集表面看来是互不相联系的现象资料，转而变成为把大部分的实测资料，以板块构造理论及大陆漂移理论为纲，作出全球性的综合分析。为了说明这方面所取得的成就，以及这些成就是如何取得的，我们必须追溯到大约十五年之前，回顾一下当时发生的两件事，其中之一后来变成了牵扯到政治性质的事，另一个则纯粹是科学方面的事。

头一件事是“莫霍面钻探计划”（Project Mohole）。我不打算在这里介绍这个命运不佳的计划的历史经过，可是我们自己在制订“深海钻探计划”并把它付诸实行的时候，所遇到的主要困难之一，便是“莫霍面钻探计划”的经验教训的阴影似魇——因为“莫霍面钻探计划”和我们自己的“深海钻探计划”在许多方面是那么地类似。各位都还能记得，莫霍面计划有一个很直截了当的目标，便是要把钻杆柱沉入到海底，然后从海底再往下深钻6公里到“莫霍洛维奇契不连续面”（Mohoroviěié discontinuity），在地壳下这样的深度钻岩心取样。这个莫霍不连续面对地震波有很大的影响，因此它是地壳内部信息的主要（即便是间接的）来源。莫霍不连续面的重要性，便在于它是整整的一层，连续地环绕着整个地球，而且它可能标志着地球的上地幔的构成物质的性质在这里出现了重要的变化。当时之所以要选择在海洋里对莫霍面进行钻探，其原因是：大陆底下的莫霍面，是位于地底下平均约35公里深的地方，可是海洋底下的莫霍面，只是位于海底底下约5公里深的地方——因此从海洋底下钻下去，就要比从陆地上好钻得多。

莫霍面计划一上来搞得也颇为顺利，它在巴斯康（Willard Bascom）的主持下，在下加利福尼亚海域（Baja California）完满地完成了试钻任务。但随后接下去，却是充满着犹豫不决，内部明争暗斗，而该计划的经费预算也一增再增达12,500万美元的惊人数目，结果在美国参议院的议席上告吹了，不但如此，还吃了政治舞弊的官司。

在一开始的时候，有好些海洋地质学家们就有一个看法，认为莫霍计划的目标重点没有摆对头，他们认为重点应该是放在世界各海域的沉积层的钻探岩心取样上才对，这样既可节省经费，而且在科学上也会有大得多的收获。从以后的结果看来，当然他们的看法是对了。

因此，在莫霍面计划寿终正寝之前的一两年，美国的几个海洋学研究单位的负责人，决定进行非正式的联合机构来推行上述这个新的目标。一开始时，对于具体成立一个什么样的联合机构，曾有几种设想，最后决定下来的是叫做：联合海洋地球深层取样机构（Joint Oceanographic Institution Deep Earth Sampling）简称JOIDES。最初参加这个机构的四个单位是哥伦比亚大学的拉蒙特地球物理观测站、迈阿密大学海洋科学研究所、伍兹霍尔海洋学研究所，以及加州大学斯克里普斯海洋学研究所。

由于莫霍面计划的经验教训，所以这四个研究所谨慎从事，先搞试验，看看在技术上是否能过得了关，而甚至更重要的还有在政治上是否能办得通。头几个试验搞得很成功。以迈阿密研究所作为全国科学基金会拨款的受益者，以及拉蒙特观测站作为联合机构的执行单位，他们在布莱克海台（位于美国东南海岸外的一个海底地貌形态）进行了一次钻探试验，结果完满成功。这次钻探工作是由窝泽尔（J. Lamar Worzel）负责主持的，租了一条船，船名《加州钻探号》（Caldrill），租期一个月，在3400英尺深的海底进行钻探及岩心取样。由于这次试验钻探的结果非常满意，四个研究所便决定进一步搞下去，并推派斯克里普斯研究所为执行机构，于是我本人也便成了该计划的当然的实际负责人。

地球科学的进展

地球科学有几项平行发展起来的成就，使深海钻探计划在一开始的时候，便令人很感兴趣。其中之一，应该追溯到深海钻探本身在科学上的渊源所自。其实，地球科学方面早就有过一些学说和见解，如果地球科学家们能在早些日子对这些学说和见解给以密切重视的话，那么有些重大的发现可能早就会作出来了，从而当代的板块构造及大陆漂移理论的新发展以及《格洛玛 · 勘探者号》的成就的光彩，也就会大为减色了。

这些学说中之一，最早是一位瑞士气象学家威格纳（Alfred Wegener）于1910年提出来的〔其实在这之前两年，有一位美国科学家泰勒（F. B. Taylor）也曾提出过类似的观点，但知者寥寥〕。他注意到南美洲的东海岸与非洲的西海岸，几乎是完全吻合的。因此他就推想这两个大陆本来乃是一整块大陆，后来才分家的，从而就产生了现在所说的大陆漂移说的概念。但这个理论当时并未被认真接受，至少是在北半球工作的地质学家们并没有十分把它当回事。

另一个见解是与大陆侵蚀有关的。地质学家们能相当精密地算出堆积到各个海洋中的侵蚀沉积物的数量。以这种沉积的速率，能够在若干千万年之中就把整个洋盆全部填平。但即便是把地壳均衡之类的作用也都算了进去（地壳均衡作用是指含有密度较低的地壳物质所在的地区，向上隆起，上升得比含有密度较高的地壳物质所在的地区还要高），以便把上述的数字提高，但比起现在众所周知的地球年龄为数十亿年，这两个数字相差还是太大，对不上头来。这个问题很多年来都没有得到满意的解释。

另外还有一个见解，是与岩石的剩余磁性有关的。有许多岩石具有剩余磁性，其磁性方向是由该岩石冷却（或沉积）时的地质年代的地球磁场所决定的，并取得了当时地球磁场的磁性，而该岩石冷却（或沉积）时的地质年代，则是能够用别的地质学方法测定得出来的。那么我们只要把同一地质年代的但又位置相隔很远的许多岩石，测定它们剩余磁场的方向，则这些方向的交点，就是那个地质年代的地球磁场的磁极的方向。从这里就导致了地球磁极迁移的概念。有人认为地球的磁极是与地球自转的轴有密切的关系，这就又导致了许多带有革命性的新概念，例如，认为在较近的地质年代里，地球的北极乃是位于地中海盆地。这是一个很大胆的见解，但却像好多别的新见解一样，尚有待于从其他方面加以印证。

我们在后面还要回过头来谈到这些问题，并看一看这些见解是否能与从板块结构学说发展出来的整套理论相适应并结合在一起。但我在这里又想把话题再岔开一下，插叙另一个问题。

第二次世界大战期间反潜艇战的研究与发展工作，积聚了大量的资料，在大战结束后得到了充分的利用，并且在一批天才的科学家如黑斯（Harry Hess），尤英（Maurice Ewing），伐基埃（Victor Vaquier）与雷特（Russell Raitt）等的手里，取得了丰富的成果。第一批成果是从精密海洋测深学方面搞出来的，得出了海底地文学的丰富的新发现。其最惊人的发现且与本文也是关系最大的，便是大洋中脊的发现，这些长达数千哩的绵亘不断的海底山脉像腰带似地裹在地球的腰上。

第二方面的成果，是把地震探测技术应用到海洋学的研究上去（这种技术在陆地上的地质勘探中早已广泛应用），结果发现了海底面上有一层沉积层。但这种沉积层在大洋中脊则几乎是不存在的，而离开海脊越是向着大陆过去，沉积层就越是厚起来，到了靠近大陆之处则达数公里之厚度。是雷特首先发现薄沉积层的存在的，而仅凭这一点就可知道，如果有人认为沉积层乃是连续的而且相当均匀的，那就错了。

在谈到第三方面的成果之前，我想再把话头岔开一下，谈一谈在《格洛玛 · 勘探者号》问世之前，海洋地质学家这一行业确是颇有点灰溜溜的。海洋地质学家和陆地上的地质学家不同，他们很难得碰到岩石，要是碰到了一回，那就不知要再隔多少远才能再碰到一回。他们的知识，都是凭统计资料以及海洋科学船零碎地从浅海挖掘来的岩心而得来的，而海洋的深度达15,000英尺，就几乎完全把海洋地质学家们与他的地质学阻隔了。因此，他们只能特别依靠远距离的传感技术，只要有什么远距离的传感技术可资利用的话，他们就会千方百计死命地想法加以利用，不管其收效多么微小，所费的力气有多么大。

在深海钻探问世之前的岁月里，这方面最富有成果的工作，便是运用地磁场的测定来进行的研究。最早的地磁场测定工作，是把二次大战时期遗留下来的反潜艇战所用的饱和式磁力仪（fluxgate magnetometer）加以改装，并用船拖着走来搞的。幸而正在这个时候，发明了质子核磁探测仪。这种仪器较之以往所用的传感器，较为可靠，且较为稳定，很适于在船上使用。

头一个大突破，是斯克里普斯海洋研究所的梅逊（Ronald Mason）与拉甫（Arthur Raff）作出来的。他们对美国西海岸的地磁场作了一系列的测线调查，其测线自然是东西向的，垂直于海岸的方向。他们测定的结果，很能说明问题。我们从这里面首先可以看出一个情况，便是存在着垂直方向的（南北向）的对比关系。这里面，自北到南的磁性线理乃是主要的特点，但它受到东西向位移的干扰。这些位移的线恰恰是与主要的东西向的海崖相吻合——这种情况现在地质学家称之为转换断层。这种宏伟的地貌中最突出的一处，便是门多西诺海崖（Mendocino escarpment），共长达6000英里，其最大的地形起落达1万英尺以上。

这套数据（后来才知道它还不够完备）大大地启发了加拿大的地球科学家莫莱（L. Wilson Morley），他后来提出了一个见解，认为大洋中脊是新海底的发源地。由于地球的上地幔在这些大洋中脊处发生向上运动的结果，新的地壳就从大洋中脊的中心处向两侧扩张。当塑性的物质积聚起来的时候，其温度就往下降，到最后降到了居里点（Curie temperature）时，这种物质就变成永磁化，其磁向便是指着那个地质年代的地磁的方向。然而我们知道地球的磁性呈非周期性的倒转，这种变化的平均间隔约为50万年，显然可以用此来解释地磁条带。此外，在大洋中脊两侧的条带可能是对称的。可是在加州海岸外面却没有大洋中脊，因此就看不出这种对称性来。莫莱天才地臆测，说这乃是一种例外的情况——他说，事实上加州海岸外面的大洋中脊就在加州的地底下，说得更明确具体些，其位置便是在现在的圣 · 安得列斯断层那里。据他揣度，海底扩张（这是后来给取的名词），在加州处被大陆漂移所迭覆。其后的分析都精彩地支持了莫莱的看法。穿过加利福尼亚之南的东太平洋海底隆起的一道地磁轨迹的对称性是非常明显的。根据陆地上火成岩系列所作的测定，已经能算出过去几百万年中地磁反向变化的一些情况，我们可以看出头几条梅逊 - 拉甫条带和地磁反向时间表非常吻合。从这些数据又算出了海底扩展的速率为每年在3 ~ 10厘米之间，视各个海底山脊而异。

上述的这个激动人心的成果搞出来的时候，正是我们四个人——安得尔（T. Van Andel），莱德尔（William Reidel），弗劳齐（D. Frautschy）和我——正在忙着整理一个建议：向美国全国科学基金会提出一个“深海钻探计划”。

上面东拉西扯说了很多，可是对当时有关的重要研究工作——如重力法、电法、热流等各方面的成果，都还没有来得及提到，这些都留在后面谈到“深海钻探计划”本身时再谈，因为莫莱的学说虽然是那样的出色，特别是后来黑斯（H. Hess），马修士（D. Matthews），维因（F. Vine），威尔逊（Tuzo Wilson）等人又作了补充，使内容更为充实，然而我们还必须从海洋洋底盆地的沉积层取出活生生的岩石样品来，然后地球科学家才能对这个理论最后加以肯定。

《格洛玛 · 勘探者号》

有关“深海钻探计划”建议的工作，是在1965年7月1日JOIDES作出决定后，几乎马上就着手进行的。经过了几次修改和与JOIDES进行协商后，最后的建议书便通过了，并于1966年6月24日与加州大学签订了合同。一个星期之后，即7月1日，就派了一位伯克莱（Berkeley）的加州大学的一位地质学家兼海上钻探技术老专家兰德（W. W. Hand）为“深海钻探计划”的总负责人。我们决定尽量利用现有的技术来建造我们的钻探船，并尽量避免一切不必要的技术上的研究与发展工作，因此我们决定把钻探船及其操作的事，根据计划所规定的设计、规格，以及进度，用公开投标订合同的方式包出去。这样做法也是有很大的困难的，因为有些技术现在还没有（例如在海中定位的系统），我们可能在计划中把规格要求订得过高；而另一方面，由于我们有点胆小，所以有些目标要求又可能订得太保守。

1967年11月14日，我们和洛杉矶的环球海运公司签订了建造并操作这艘钻探研究船的合同，其实这艘船的龙骨于10月18日便在得克萨斯州的奥兰治安装了。船名定为《格洛玛 · 勘探者号》，以纪念原来的《勘探者号》船。到了这个时候，我们感觉到我们所肩负的重大责任，已具有看得到摸得着的现实性了。船厂的试航订于1968年6月中旬（实际上是在6月19 ~ 22日试航的），接收试航是在当年的7月 ~ 8月。

从那以后，《格洛玛 · 勘探者号》便正式投航，每次航行55天，每天运行24小时，然后回港休换5天，又再出航，共搞了18个月，每天的费用是1万美元（目前则是2万美元）。在这样高的费用之下，就必须把所有一切能利用的船都花在科研上。从斯克里普斯研究所调了好几位技术专家，专门负责这艘船上共四层楼的实验室的设计和安装，并且还要设计船上一座安全的岩心储藏库，以及把岩心从船上运到岸上永久性储藏库的运输系统。1967年12月，又委派了一位主任科学家彼得森（Melvin Peterson），他的任务是协调这一切事宜，安排每次出航的科学家名单，以及深海钻探计划的所有科学方面的事务都归他负责。

到了1968年8月11日，即原规定的《格洛玛 · 勘探者号》的首次科学出航的最后限期，这艘船上的实验室一切准备工作都已全部完成，每次出航的科学家与技术人员共约20人 · 所需的全部科研及档案资料设备都已装备齐全。这简直是个奇迹。实验室共占三层常规的楼房，备有专用电梯。环球海运公司在设计这艘船时是考虑到，如果在原合同里规定的18个月租用期满后，不续订合同，那么这座楼房便可以整块地拆卸掉，而把这艘船直接改为海上钻探船。

我之所以提出这一点，是想强调说明，凡是倡导需要巨量的单位投资额的科研计划，所会遇到的困难。美国国家科学基金会是按年制订预算的，深海钻探计划在那一年所可动用的资金约为700万美元。然而，由于这艘船的分期摊付以及其他的费用，该船的租用期最低限度必须有18个月。政府拨付的基金是足以应付分合同取消的费用，但所有的其余各项费用，都必须由加州大学来负担。好在深海钻探计划搞得很顺利成功，所以上述这些问题都没有发生。

再回过头来谈这艘船。这艘在当时是独一无二的这样的一艘船。如果就其船体大小而论，也没有什么独特之处——船长为400英尺，总吨位为10,500吨，船员45人。然而船上装有一台永久性的钻机，其钻台上矗立着一座高出海面196英尺的井架。井架上安装着一部游动滑车，能携载60,000磅的重量，往返于井架与钻台之间。用特种钢材制成的钻杆柱，由三根钻杆为一组组成共长90英尺，通过一部自动化的排杆器输送到钻台上去，到了钻台上后就由钻探工（两班倒换每班9人）把这些钻杆柱连接起来。这是一项极劳累、单调而又不是很安全的工作：单是把钻杆柱沉送到海底就需要把三节头的钻杆柱共送170趟，共需约12个小时，然后再把钻柱从海底拉回甲板上，又需12个小时。

遇到比如说坏天气的时候，有时还不得不把钻杆丢弃掉。但每一整根钻柱再加上其海底部件总成及钻头，时价共值50万美元，可不能随便丢弃掉的。在开始制定计划的时候，由于对未知因素了解得不够，所以订得比较保守，预算每年丢两套。可是后来在十年之中，我们统共也不过只丢了两套，其中的一套是由于钻台上的操作差错而丢的，还有一根是有一次在麦哲伦海峡东边的福克兰海底高原（Falkland Plateau）钻探时丢的，那个海域向来气候非常恶劣，结果那次我们倒霉碰上了，虽然我们船上的自动定位仪在当时也是独一无双的，我们的计划之能获得巨大成功，这部仪器的功劳也不少，但那次在麦哲伦海峡的飓风恶浪却超过了我们的自动定位仪的能力，因此只好眼看着把一套钻柱给报销了。

《格洛玛 · 勘探者号》在航行的时候，所开往的地点，都是预先经勘测过的，而且也都是按照JOIDES计划委员会的决定执行的。每到了预定地点之后，就先作一番核对性的勘测，然后才把一套用于电池的声源装置沉送到海底，这套设备每2秒钟发出一次2微秒的1千瓦的脉冲。在《格洛玛 · 勘探者号》的船底，装有三个水听器三者相互间的距离相当远），根据声波脉冲的到达时间，就可用计算机算出该船所在的位置；在计算时还必须把船本身的纵摇和横摇（由一台陀螺传感器录下）也算在里头。然后便是根据这种计算的结果，来操纵船上11台（现在是12台）各为800匹马力的柴油机驱动的双螺桨及横向推进器，而使这艘船能在时速高达2浬的海流里，以及时速40浬的风力下，在大海中能保持待在一个固定的位置，不出100 ~ 200英尺的范围。

从一开始的时候，该船就使用卫星导航来确定钻孔的绝对位置。由于该船在进行钻探作业时，能在同一地点停留5、6天，有时甚至还要更久些，所以必须用很多的定位资料来确定该船在地球上的绝对位置，其精确度要求不超过100英尺。这一点特别重要，尤其是某一个钻孔，以后如果还要回来使用的话——这在本计划开始的头几年里，乃是一个根本性的大问题，因为常常会遇到钻头坏了，钻探工作只好停下来的情况。在开始的时候，船上一共备有30种不同的钻头，以应各种不同的（且是未知的）钻探情况之需，这些钻头的价值不等，有较便宜的碳化钨固定镶嵌式钻头（每只价3500美元），最贵的有金刚钻钻头（价8500美元）——有时，价钱便宜的用起来倒是最灵光的。

1970年圣诞节那一天，在加勒比海的13,500英尺深海的作业中重返井口首次获得成功。那次在加勒比海的钻探成功后，船上的主任科学家就下决心在井架负荷允许范围（24,000英尺钻杆）内进行不定限的钻探。最高纪录是曾经在20,500英尺的深海放下22,000英尺的钻杆，穿透海底的最高纪录是5,800英尺，而穿透沉积层下的玄武岩层的最高纪录是1,900英尺。

该船一共航行了25万浬，踪迹遍全世界的各大海洋，包括南冰洋、地中海及黑海在内，都进行了钻探。截至1977年7月1日为止，共钻探了429处：海底钻探总进尺达625,000英尺，海底岩心钻探取样的合计长度为159,000英尺，所取的岩心样品全已归了档。其作业的记录是惊人的：十年中该船不算按计划的休换及大修期在内，一共只有100个闲置日，所有这一切，当然都是为了一个目标，即岩心取样。这些岩心样品取出来时都是30英尺长的一段一段的，用塑料筒提升上来，然后把它们再切成6英尺长的一段一段的，然后又再纵向剖开，以便于搬运、储藏、试样和归档。

科学上的收获

我在这里只能把《格洛玛 · 勘探者号》在科学上的一些最重要的成就介绍一下，而且也只能浮光掠影地介绍一下，无法深入其详，因为它几乎每次出航回来，都带回来至少一项重要的发现。《格洛玛 · 勘探者号》对科学上的贡献在两方面——一方面是随船出航的科学家们在现场所作出的研究成果，他们对现场钻探的分析与指导，并从中得出最适切明显的结论；另一方面是它所带回来的海底岩心样品，在今后年长日久的岁月里，科学家们据以所作的分析以及从中所得出的结果。这两方面所得的成果，是以“初步报告”的形式分卷出版，每卷约1000页左右，到目前为止，已出了38卷。

以“初步报告”为参考，全世界各地的科学家们不断向我们要求给他们提供岩心样品，以供分析研究之用。这项工作就无法用论文的页数来评价和衡量了——它几乎遍及所有的各门地球科学之中，包括例如气象学、宇宙线物理等等。我们对外提供了85,000个岩心样品，给1000位研究工作者，其中有230位是国外的科学家。

说来也有趣，头一项重大的成就，却并不是与海底扩张理论有关的研究。该船从得克萨斯船坞开出后，便立即投入第一次科学出航，而头一批钻孔便是它在开往大西洋的路上时，在墨西哥湾钻探的。这次航行的两位主任科学家是拉蒙特观察站的尤英（Ewing）与窝泽尔（Worzel），他们第二次钻探地点是在锡克斯比海底园丘，这些突出的海底地貌都在深海12,000英尺的深处，乃是从得克萨斯 - 路易斯安那边界向外延伸的好几条地带的一部分，一直延伸到尤卡坦半岛（Yukatan），其所有各方面的特征，都极像传统的盐丘贮油构造。但虽然如此，尤英认为如果在中心的隆起部分的地区进行钻探，钻出石油来的危险性就要小得多。因此他们改在园丘的翼部动手，并在海底之下600英尺处钻探岩心取样，结果还是含有很明确的石油的痕迹。他们急忙把钻杆拉起来，并用水泥把钻孔封住。其后对岩心的分析，证明了确是含有石油，后来并从其中提炼出少量石油。

我们可以很乐观地臆测，所有这许多海底丘陵之中，每一个都是很丰富的油田，将来只要石油工业界认为在这样深的海底开发这种油田在经济上是合算的话，就可以动手开发，但必须是在位于这样深海里的石油，不是处于难处理的状态［比如说笼合物（clathratis），即在海底这种深度的压力与温度下的一种固态物质]时。这是我们深海钻探的第一个重大发现，同时也可以说是在经济上的最重要的一个发现。在以后的几次航行中，又发现了许多含铁的沉积层。此外还有含铜、铬、钒等金属矿的重要迹象。有朝一日，只要在经济上有此需要，就可以回来对这些矿藏的储藏量进行复查和评价。

关于海底扩张的问题，根据我们所收集到的资料看来，最具有普遍性而对这个理论也是很有力的证据是，我们对地球上所有的海底盆地都进行了深入的取样，但从没有发现过早于1.6亿年，即早侏罗纪的岩石。而地球本身的年龄有数十亿年，这就说明了现在的海洋洋底只是较近的地质年代的产物。这与海底扩张理论所提供的图景也是一致的，因为根据海底扩张理论说来，洋底在大洋中脊处就好像二条移动的录音机磁带，各带着相同的磁性，分别向着两边的大陆转动而去，然后在大陆处没入地幔中去，而把所积累的沉积物遗留下来，从下面把受侵蚀的大陆再重新增生起来。其扩张的速率，是以每年几个厘米的速率横过半个洋盆朝着大陆移动过去，算下来的结果与它的地质年代也很符合一致。

然而，在以后的历次航行中，又发现了许多更详细的、很具体的新证据，我们现在就来介绍一些。第二次航行时的主任科学家是彼得逊（M. Peterson）与艾德加（T. Edgar），第三次航行时的主任科学家是麦克思韦（Arthur Maxwell）与赫曾（Richard von Herzen），在横穿大西洋中脊时，很清楚地看出，越是从中脊往两旁去，距离越远，则海底沉积层的地质年代便越老。再者，各个相邻的钻孔中的深部沉积物的年龄也是可以对比的。当我们穿透玄武岩层的时候，所得到的总的情况和我们所预计的也都很一致。

在所有与海底扩张问题有关的探测结果之中，我个人最喜爱的，而且我认为也是最富有启发性的，便是有关太平洋板块的资料。这个地壳的大板块是从圣 · 安德列斯断层向西和向南一直延伸到赤道以南。有一个问题便是由这个板块而引起的：加利福尼亚州是否在向着海洋滑下去？我们自南向北穿过赤道钻了一系列的钻孔并岩心取样，所得的结果很显著地证实了海底扩张的学说，以及海洋物理学的一个重要的现象，以及海洋生物学与海洋古生物学的一些基本概念，一气呵成。

我们在海洋物理学方面的研究，是从克伦威尔海流问题上着手的。这个著名的海流是在赤道上的一股暗流，流向是自西向东，恰恰与占优势的风向相反。其形状好像一块大平板，宽达数百浬，在海面下100米深处的最高流速是每小时2.5浬。我们知道太平洋在赤道处东西相隔6,000英里，所以这个海流也是个颇为吓人的物理现象。当然这个海流的生成是与地球的自转有关，它的运动的参数也都已明确算出来了，但它的成因究竟如何，迄今还没有得出一个明确的解释。

但不论怎样，只要掌握了这个海流的一些基本特征，就可以知道，在这个海流的中心处，即恰恰在赤道处，有一股缓慢的向上运动很类似大陆边缘海流的上涌现象。也正像大陆边缘的海流上涌现象那样，赤道处的海流涌升，把海底下的营养物质带到海面上来了，使这个海域成为生物丰盛的地带，要不是它的话，那就只不过仍是一片荒凉浩漫的大海而已。这股向上涌的冷潮给这个海域的海面带来了一个鲜明的标志，即海面的水温有明显的下降。这在海洋生物学中乃是一个典型的现象，而且伴随而来的，是大量的微生物骨骼残骸像下雨似地往下降落，其中有一部分沉到海底，恰恰落在赤道所在的海底的位置上，就像用粉笔画了一条线似的。然而，有两件事是同时发生的：海洋的洋底随着东太平洋板块以每年10厘米的速率朝着西北方向移动，而微生物的种类也是随着地质年代而变化、进化着的。因此，如果我们在穿过赤道的一条直线上钻一系列的钻孔，并取出岩心样品 · 那么就一定会看出赤道线是朝着西北方向作平行的移动，而海底古微生物的地质年代也相应地越变越老，就像我上面所描述的那样；而且海底古生物的地质年代也是随着海底往下钻探的深度而越变越老。实际探测所得的结果，也恰恰是如此。我们还得到了一个附带的收获，便是测出克伦威尔海流的年龄是至少已有4000万年以上。

如此之类的成果，大大地促进了海洋古生物学及古气候学的发展。各种沉积层的类型及所在的地点，以及各种各类的化石，都可以从古时代的大气情况以及海洋气候情况来进行解释。这里面有一个很有意思的成果，便是这次算出南冰洋的冰封覆盖，已有2000万年的年龄，比过去公认的这方面的年龄大4倍。

关于这种种气候变化的解释，令人特别感到兴趣的是：大陆的漂移（它影响了洋流，同时也当然地影响到沉积物及化石的情况），同时也会影响到气候的变化，从而气候的变化也就可以直接地或间接地与大陆的移动联系起来。原来整块的大陆板块（假定是如此），在初始破裂阶段时，这种破裂的作用可能是很猛烈的。在非洲与南美洲初始裂开的时候，所形成的一个狭长的含盐分很高的海，和地球上其他的海洋没有自由交流，达2000万年之久。这可以从非洲附近海里的岩心看得出来，而且从那里的岩心分析还可看出，在这一带，新溶化的盐分中约有10%都沉积在那里。 ·

这一类的发现之中，最令人感到惊奇的一个发现，便是地中海在1200万年之前是封闭的，后来在500万年前才又重新开放了。地中海早期的海底盆地比它现在的海底盆地要浅得多，那时候地中海看起来就像是一个浩大无比的死胡同，其气候和现在也大不相同。

这种无比丰硕的科研成果还在不断的积累之中，然而我们有些原来的研究目标却还无法实现。首先，我们原来希望的是，至少能通过某次钻探，获得一套连续的古生物学的资料。海洋沉积地质学有一个好处，便是侵蚀作用不会很强烈，从而可以获得相对稳定不受干扰的资料。但事实却不然，海底厚厚的沉积层却周期地受着巨大的重力位移的干扰，叫做混浊流，结果造成所获得的资料中出现间断。这样一来，古生物学家们所希望的能有整套的资料，便告吹了。

更奇特的是地磁异常现象（这种现象曾导致了海底扩张的概念——而且已经发现了有50个地磁条带肯定和海底扩张有关）。然而这种地磁异常现象至今还得不到解释。它的物理成因到现在还是个谜。我们在岩心取样时，总是极端仔细地保持着岩心样品的现场方位（即当时原来的方向），但一口钻孔与另一口钻孔之间的磁性变化，与模式很不一致，这是今后必须解决的一个问题。

使我们感到快慰的是，原来认为是神秘不可理解的许多史前的问题，现在都可以用板块构造理论来解释得清楚了。像地球的腰带似的大洋中脊，现在可以很容易地用产生新地壳的升力作用来解释了。靠近大陆的沉积物堆积，再也不成为一个问题了：这些沉积层乃是板块在大陆边缘处向下俯冲时，不断从板块“刮”下来的，这些沉积堆积起来又向大陆冲击过去，然后又重新增生起来并保持着某种粗略的地壳均衡状态。在一个理想的模式中，海底沉积层的厚度，应该是在大洋中脊处为0，然后逐渐增加到大陆边缘处达最高值，我们观测的结果大致上与此很相符。（我在这里还没有谈到热流的问题，它的变化也很大，视其位置离海底山脊的距离远近如何而定，近海底山脊处热流为最大，越离海底山脊越远，其值便越小。）

关于地球磁极迁移的起因，这问题更为有趣。在一个圆球面上的任何位移（刚体运动），都可以看成是一个瞬时的旋转运动。我们如果把地球磁场的方向，不看成是随着时间而变化的，那么也同样可以认为地球表面上的大块板块是随着时间作旋转，而把“冻结”在板块内部的磁性带着转。从而这两个方向的交点，就毋须另给什么特殊的解释了。事实上，这不但是可能的，而且根据新的理论来说，看来情况就是如此。

在换谈另一个题目之前，我还想介绍一下这个理论的另一个重要的而有实际意义的贡献——即它在地震理论上的应用。太平洋中一条洋中脊被两个转换断层裂离并向两侧移动。大量记录下来的地震震源都在中脊上。但是震源也出现于中脊位移部分之间的转换断层上。这种情况如果用海底扩张理论来解释，就很容易解释得明白，因为两部分山脊之间的断层地带，乃是表示着相反两个方向的运动，而在这个断层地带以外的地方，则两边都是朝着同一个方向运动的。

这样一来，我们就可以看出圣 · 安得列斯断层地震的原因的所在了。其相应的大洋中脊出露于胡安 · 德 · 富卡海峡（Juan de Fuca Straits），以及加里福尼亚湾的南部和南美洲外的东太平洋隆起的南部的底下。那么下加利福尼亚地震的原因就很容易看得出来了。而且根据这个理论，我们能很有把握地预言，过了4000万年，旧金山会北移而沉没于海中，而旧金山对面的伯克莱则将移到圣迭戈之南。不论怎样，上述的道理能帮助我们解释90%的地震的起因及其呈带状集中分布的原因，这对于地震研究起着一个莫大的推动作用，假以时日，很有希望能搞出一套地震预测的办法来。

再回来谈谈我们深海钻探计划的经过。头9次出航（共18个月）搞得非常成功，于是我们的计划便进入第二阶段搞连续钻探，共达30个月。在这期间又有许多别的海洋学研究单位也参加进来了，陆续参加进来的有华盛顿大学，俄勒冈大学，得克萨斯大学，罗德岛大学等的海洋系，以及夏威夷大学的地球物理研究所。

更重要的是另有5个国家——苏联、西德、法国、英国及日本——也签字参加进来了，每个国家每年直接出100万美元，间接出钱的数目还更大得多。它已经成了国际科学合作迄今搞得最圆满的一项事业。到目前为止以及业已通过的直到1979年8月的钻探计划，就很自然地分成为5个部分，其中最后的两部分便称为“深海钻探的国际性阶段”（International Phase of Ocean Drilling，简称IPOD）。

大陆边缘

到现在为止，我们在靠近大陆边缘地区的钻探工作做得很少，主要的原因是由于思想上有很大顾虑，怕发生灾难性的井喷。由于我们的计划中没有装备适当的防喷装置，所以我们聘请了全世界最优秀的专家，替我们检查每一个钻探点，以保证那里没有碳氢化合物的储积存在。到现在为止，还没有出过毛病，但这也没有什么可奇怪的，因为反过来的作业——即寻找油源的钻探——也并没有比我们做得更高明到哪里。

当我们的资料越积累得越多的时候，那么大陆边缘究竟是怎么回事的问题，就越发引起我们的向往了。大陆边缘有许多饶有兴趣的问题需要海洋学家来加以解释。其中之一便是海沟的问题——它把海洋的深度又加深了一倍——它在好几处都有：马利亚纳海沟（Mariana），汤加 - 克马德克海沟（Tonga-Kermadec），棉兰峔海沟（Mindanao），波多黎谷海沟（Puerto Rico），秘鲁海沟（Peru），智利海沟（Chile），等等。凡是大陆边缘较活跃的地方，就会发生很复杂的过程——像一种浩大无边的垂直式的化工厂，其中非晶形的沉积物在均衡地向着海底表面上升的时候，由于受高压和高温的作用而被加热。因此，对于这种地区的研究，除了可以给我们对于大陆（或至少是大陆边缘）更新的问题作出解释之外，还应该能给我们对于发现更深的含矿层（比我们现在所知道的更深的矿层）提供一些线索。

为了保证在这种区域里钻探工作的安全，就需要有一个新的探平钻台。除了必须给钻孔下套管之外（以备一旦钻出含油层时之需），而且还需要安装一套隔水管直达海面。在进行工作时，花在钻探准备工作上的时间，较比花在实际钻取岩心的时间还要多。我们在最早作初步设计时，是打算搞一套浮环以便能支持所需用的长达15,000多英尺的隔水管。我们曾注意到《格洛玛 · 勘探者号》（这条船以打捞苏俄的潜水艇而出名）的打捞能力，它能把整根隔水管拉起来，而在不执行打捞任务时，又可以作优良的钻探平台之用。如果大陆边缘研究的势头继续保持下去的话，有很大的可能性《格洛玛 · 勘探者号》也参加到我们的钻探队伍里来。

最后阶段对于岩石圈的解释工作，必须把我们的分析工作延续到大陆上去。苏俄科学界曾经自己搞过一个大陆上的莫霍面计划，差不多和我们的莫霍面计划同时着手进行的，后来也差不多和我们同时垮台了的。后来他们又重新规划、重新组织、重新着手进行一项进度较慢而系统的钻探计划，逐步增加钻探的深度。其中有一次是在科拉半岛上搞的，另一次是在离巴库西边约40公里的Kuril谷地搞的。在北方科拉半岛的那次钻探的主要目标，是以康拉德不连续面（Conrad discontinuity）为研究对象——这个康拉德不连续面较莫霍不连续面薄，而且不是全球性的，但仍十分重要。然而，俄国人的工作与大洋钻探没有什么特别的直接关系。在美国也搞了一个全国范围的科学钻探计划，但这个计划与深海钻探计划也没有连续性的关系。

最后的阶段是由许多交错的钻孔构成的，从海沟的海洋这一边，一直连到大陆上，再穿过陆地这一边的相互作用区域。深海钻探及岩心取样在这方面的研究中，比之在大洋盆地的研究中，更要占优先的地位。在未采用钻探方法之前，海洋地质学所取得的重要成就，主要是由于海洋的沉积层比起陆上的沉积层来，是相对地未怎么受干扰，而且也较为平衍、坦平。因此地震的剖面资料也较易于进行解释，而且后来证明了也都相当正确。石油勘探业以及许多海洋研究机构近年来所采用的一种新技术，是把许许多多地震传感器排列成一定的组阵，以提高其信号的质量以及几何分辨力。在陆地上使用的这种传感器阵列，可以一次多至128个道。

要想获得实时之类的信息，就必须广泛使用软设备新技术。除此之外，要想把这一大套传感器拖曳阵列（可长达5公里）以及其有关的器材如空压机、计算机、资料储存器等等放在船上，不但需要很大的投资，而且操作的费用也很可观。然而为了了解大陆边缘的复杂构造，这一切努力也都是非常值得的。

但这也并不是说，根据我们今天所拥有的这方面的知识，我们所做的这种多通道的地震研究工作，就能把地质和地球方面的种种特征，很好地描绘出来了。但深海钻探及岩心取样在目前看来，也是想对于成岩作用了解海洋沉积物如何转化成为大陆岩石的复杂过程——进行探讨所可能采用的非随机性取样的唯一方法。

在地球科学中出现了许许多多重要的问题，这对于地质学家说来，仍然是大有作为的时候。说来也怪，尽管我们已经把许多问题找到了答案，可是促使我们搞出这么多突破的最初的那个基本问题——即有关地磁异常现象的梅逊 - 拉甫图——其物理起因究竟如何，至今还未有解答。有关玄武岩岩心的水平方向的观测资料，已经作了细密的研究，但还找不出它与地磁异常的实测资料有什么样的联系来。

根本的问题便在于怎样找出地球磁性的根源来，并对于磁场的非周期性的反转作出解释。已经有人提出一些颇有道理的模型，但也仍然还停留在颇有道理，如此而已。还有几方面平行的工作在进行着，可能会搞出些名堂来。有些非常精妙的仪器已安在靠近海底之处，并在收集有关地磁场的资料——例如细密结构等等。但现在最需要的是：创新的见解。

现在有人提出了一个假设，认为当地磁场通过零点时，会发生剧烈的变化，而如果这种见解是对的话，那么这种地磁剧烈变化应该会在海底沉积层中留下其痕迹的。我们已经零星地从海洋微生物的遗体中可以看到了这种痕迹，这种海洋微生物在地磁反转期间，发生了种类演化上的加速变化。这有两种可能的解释，但都要看宇宙线通量的重分配如何而定。当地磁场趋于消失时，则宇宙线的通量就会在地球的很多地方大大增加。第一种解释是，变种率的大大增加会使物种演化过程大大加速。根据另一种解释，而且看来更有道理，是宇宙线通量的变化会引起气候的变化，而气候的变化又引起了物种演化过程的突变。而气候的变化是会在海底沉积层中清楚地反映出来，不需要靠，比如说，同位素比例就能检测得出来的。

“深海钻探计划”最早的咨询机构JOIDES是由4个研究所合办的，后来一直发展到14个。在美国国家科学基金会的敦促下，又成立了一个美国机构叫做联合海洋学研究机构JOI，共有9个美国的研究所参加，其最终的目的是办理像深海钻探之类的计划，这种工作由于JOIDES已成具有国际性质的机构，办理起来会有困难。事实上JOIDES已成为JOI的一个附属机构。

深海钻探工作有一个特点，便是它的仪器设备（例如钻台）非常庞大，就像原子核加速器也非常庞大那样。但深海钻探计划所取得的成功，已经使人们不大去注意它的这个“大”的特点了。但可惜的是，有时候，有人专爱追求为庞大而庞大，其部分的原因是为了解决政治上或制度上的问题，而不是为了技术上的需要。“深海钻探计划”在技术上搞得非常成功，那么今后会不会有别的计划也来学样，一味追求“庞大”呢？那可就不该怪到我们头上来了。

（林华清 译 王少明 校）