問!
地球最高峰是哪兒?地球海洋最深處在哪兒?
中學地理老師告訴我們,地球最高峰是珠穆朗瑪峰,地球海洋最深處是馬裡亞納海溝,這種知識點都是灑灑水、毛毛雨啦,肯定難不倒聰明的你,我們的讀者都是有“身份證”的,需要有挑戰性的問題。
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地球最深實驗室在哪裡?最深實驗室是幹什麼的?為啥要建這麼深?
要說這個“之最”,那得是“中國錦屏地下實驗室”,在四川哦,是中國首個極深地下實驗室,也是目前地球上最深的實驗室,該實驗室岩石覆蓋垂直厚度達2400米,是世界岩石覆蓋層最厚的實驗室。
這麼多“最”,有把你說暈沒有?
這深藏地下的決心有沒有震撼到你!
可這為啥要往地下“鑽”那麼深修建實驗室呢?咱不是在江蘇東海那邊進行了中國大陸科學鑽探工程麼?
哎呀,功能不一樣嘞,這個實驗室的研究物件那可不一般,暗物質。
你可能還記得《變形金剛》4裡機器人“禁閉”說的那句“我們最好快點兒,因為暗物質驅動器就要啟動了”。事實上,“暗物質”還只在科幻作品裡存在,目前在現實生活中暗物質的蹤跡還屬於“縹緲孤鴻影”,只停留在理論階段,科學家正在努力尋找宇宙中真實的暗物質。
在宇宙學中,暗物質是指那些不發射任何光及電磁輻射的物質。人們只能透過引力產生的效應得知宇宙中有大量暗物質的存在。
暗物質說法的存在,源於科學家嘗試用力學和光度兩種不同的方法測量整個宇宙質量時出現的差異,本來預想兩者相同,然而結果卻出現了數量級的差異。為了解釋這種現象,提出了暗物質的存在。
極深地下實驗室“捕捉”暗物質的方法,是測量暗物質散射至液體或固體的散射實驗,而它最大的“對手”是宇宙線以及地球上無處不在的放射性,要盡最大可能排除其對實驗本底的干擾。
這才是要建這麼深的原因,它上方2.4公里厚的岩石層可攔截大部分穿透力極強的宇宙射線,使其數量降至地面水平的億分之一。而構成地下巖洞的主要岩石成分是大理石,幾乎不存在輻射材料,且遠離可能會導致錯誤訊號的輻射源。
而且更難得的是該實驗室在定址時,就選定利用四川雅礱江錦屏水電站修建的隧道,隧道可通駛汽車,長達18公里,在隧道旁挖掘修建實驗室,相對減少了修建難度,並且大大節省資金,而且進入實驗室不需使用直升電梯,可開車入內。
聽到這裡你可能會產生錯覺,修建一個超深地底實驗室似乎分分鐘的事兒。其實哪有那麼簡單。
人類目前還僅僅是在地殼層裡打轉轉,連地幔的邊兒都沒摸到,更別說去地心旅遊了,如果將地球比作一顆雞蛋,咱們雞蛋殼還沒鑽破呢。二十一世紀了,朋友們,馬斯克他家的跑車都上天了,為啥凡爾納的地心遊記還停留在紙面呢?
答案就是因為地下的高溫高壓。
“高壓”意味著地球內部的地應力極高。通常來說,深埋高應力洞室和隧道建設過程中,通常潛在巖爆、片幫、坍塌等硬巖工程災害,且隨著應力的增高,深部工程災害發生的頻率更高、規模更大、危害更為嚴重。
1)巖爆:在開挖或其他外界擾動下,巖體中聚積的彈性變形勢能突然釋放,導致圍巖爆裂、彈射的動力現象;
2)塌方:已開挖或正在開挖隧洞圍巖出現塌陷下墜的現象;
3)片幫:圍巖由應力引起的平行於開挖面的一種破壞。
對深部工程災害的監測和治理方式手段有很多種,微震監測是其中很重要的一項。
岩石在外界應力作用下,其內部將產生區域性彈塑效能集中的現象。當能量積聚到某一臨界值之後,往往會引發微裂隙並擴充套件,這個過程伴隨著彈性波或應力波的傳播,相對於尺寸較大的巖體,在地質上也稱為微震,並在周圍巖體中快速釋放和傳播。
國內外大量研究資料表明,巖體在破壞之前,往往持續一段時間以機械波的形式釋放積蓄的能量,這種能量釋放的強度,隨著結構臨近失穩而變化,包含著巖體內部狀態變化的豐富資訊。對地震監測儀接收到的訊號進行處理、分析,可作為評價巖體穩定性的依據。
微震監測是巖爆最為廣泛的監測方法,根據評估的巖爆風險區域,佈置多個感測器,對巖爆風險區域內巖體破裂釋放出的彈性波訊號進行採集,根據採集獲取的彈性波,進一步分析獲得破裂位置、時間、能量等震源引數,當然也要因地制宜地輔以地質預報及現場施工宏觀觀察等手段。
這有一點像盜寶大片,神偷帶著聽診器破解保險箱的密碼。深部洞室的建造過程中,每開挖一次,微震監測都會把巖體內部受力的資訊反饋給我們,幫助破解災害密碼。
所以這個地球最深實驗室修建的過程其實蠻有哲學味道的,為了捕捉天上的“孤鴻影”,我們先要把地下的這塊地方搞明白,天與地的概念,看似對立,卻神奇地歸於一,你說妙不妙。
參考文獻:
李邵軍 中國錦屏地下實驗室開挖隧洞災變特徵與長期原位力學響應分析
段東 張哲 唐春安《煤與瓦斯突出影響因素和微震前兆的數值試驗及初步應用研究》
錦屏極深地下暗物質實驗室
走近全球最深的暗物質探測實驗室