02.05 盾構機垂直向下挖,能在地殼中挖出一條隧道來嗎?

估計這是很多朋友都想過的問題,理論上用盾構機挖穿一個實心球體的可能性是存在的,只要有足夠的維護團隊和耐心即可,但挖穿地球卻是不可能,不過挖穿地殼的可能性卻是存在的!

盾構機垂直向下挖,能在地殼中挖出一條隧道來嗎?

地殼有多厚?地球的結構是怎麼樣發現的?

地球的大小早在古希臘時代就大致確定了,當時的埃拉托色尼就通過太陽直射與斜射角度,計算出了地球的周長,直徑不過是換算一下而已,儘管也存在不少誤差,不過1.2萬千米左右的直徑卻也沒有相差太多。但瞭解地球的結構卻不是很容易,要到二十世紀初才通過觀測地震波的形式逐漸瞭解。

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地殼的厚度

中學地理課上有一個概念叫做莫霍不連續面,這就是以克羅地亞天才地震學家名字安德里亞 莫霍洛維奇命名的一個界面,他通過設置在克羅地亞國內的地震臺,用1909年克羅地亞國內地震數據計算出了地震波在岩石層中的傳播速度,他的計算表明大約在地下54千米處存在一個縱波和橫波突然增加的區域,其實現在我們知道這就是地殼的厚度。當然地殼厚度並不是所有地方都一樣的,比如海洋底部大都在10千米左右。

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地核的發現

在地球結構的名詞中有一個古登堡界面,當然同樣的套路,這是加州理工的賓諾古登堡名字命名的界面,他利用世界多地的地震臺網數據,發現地震波在穿越地球時候有一個非常奇怪的角度,即地震波的橫波和縱波始終存在一個傳播角度差,而無法穿透到地球的另一端,而是散射成一個110度和140度的角度,因此古登堡發現了地核的存在,根據兩個角度不一樣,分成了外地核和內地核。

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在地核和地殼之間就是厚厚的地幔,地震波在地幔中傳播速度比較均勻,我們現在知道了從地殼到地幔再到地核,隨著深度不斷增加,溫度也是不斷增加的,所以這就對各位挖穿地球的偉大計劃產生了巨大的威脅。

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理論上能挖穿地球嗎?挖穿地殼的可能性存在嗎?

挖穿地球肯定是不可能啦,大家都知道在軟流層以下就是熾熱的岩漿,各大火山噴出來的岩漿就是最好的證據,內部熾熱的岩漿通過地幔通向地殼到地面的岩漿管道,一直在向上輸送這種粘稠而又高溫的熔融態物質,在固態的岩層內挖洞並沒有什麼毛病,但要在這種液態岩漿內部隧道就不可能啦!

關於《地心搶險記》

《地心搶險記》比較有意思,大意是地球液態內核的流動即將停止,流動的內核是地球產生磁場的基本條件,因此磁場消失後地球將面臨巨大的風險,比如太陽風即將快速剝離大氣,高能粒子將進入地球表面、地面輻射將大大增加等,總之人類末日即將來臨(其實沒那麼可怕,只是地面上不防護的話確實不好呆了)。

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因此人類派出一艘穿越地幔的神奇地下飛船,穿越地幔在科學家計算好的位置佈置好核彈,並且計算好起爆時間,讓其重新流動,這艘神奇的地下飛船使用激光將前方的岩石融化並穿透,穿過後岩漿在飛船後重新彌合,當然這是科幻片,先不考慮高溫以及飛船的推進問題,我們很難想象有設備能在粘稠的岩漿中穿行,不過看看即可,瞭解下地球結構還是挺靠譜的。

那麼地殼能穿透嗎?

用盾構機來穿透地殼,其實是一個比較靠譜的想法,只不過盾構機需要做大幅改進,因為現代盾構機都是水平掘進的,改為垂直後這個機械結構需要做大幅度改進,比如這個渣土或者岩屑如何出就是一個大問題!

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盾構機工作示意圖

盾構機的工作有如下幾個流程:

  1. 切削岩石或者泥土的刀盤旋轉(兩者刀盤是有區別的),輸送帶將切下的泥土帶走運輸到得後方
  2. 保持切削麵與泥土艙的壓力平衡(軟土面需要保持壓力平衡,岩石層不需要),保證工作面部不坍塌,並且保證泥土正常輸送。
  3. 盾構機切削麵移動後直接拼裝管道,保證盾構機所經之處為成型隧道。

現有的盾構購機結構是水平或者稍稍有一些傾斜的工作方式,將其更改為垂直掘進的話並非沒有可能,所以如果要挖穿地殼的話確實是有可能的,但向下掘進必須要考慮一個問題,儘管地殼層並沒有岩漿,但並表示沒有高溫,由於陸地的地殼太厚,可能需要向海洋底部地殼掘進,那麼防水就是一個超級問題。

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向下掘進時高溫又是另一個問題,因為現代盾構機工作深度最多也就幾十米或者上百米,從來沒有在數千米深度工作過。所以散熱也需要重新設計,不知道能不能解決數十幾千米深度時數百度高溫的問題,另外還有一個令人喪氣的問題是如何解決地下空穴,因為當年科拉深鑽孔在遇到這種區域時鑽頭掉落,出現了重大事故,相信盾構機碰到這種區域時將遇到同樣的難題。

盾構機垂直向下挖,能在地殼中挖出一條隧道來嗎?

不過種花家不負責解決問題,僅僅是理論上可以挖穿地殼而已,至於難題怎麼解決並不是種花家考慮的問題,因為從來都沒有人真正想過要用盾構機挖穿地殼,科拉深鑽孔不過是鑽井而已,花了數十年才挖了122262米,而美國國人投機取巧打算從海洋鑽孔,因為地殼比較薄,結果發現比陸地更難。因為簡直就如拿著一根頭髮絲,卻打算穿過一米以外的針孔!


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