Es gibt keinen „Drachenpalast“ auf dem Meeresboden. Warum also wollen Wissenschaftler in die Tiefsee „eintauchen“?

Auf dem weiten Gebiet der Geowissenschaften sind tiefe wissenschaftliche Bohrungen wie ein geheimnisvoller Schlüssel, der nach und nach die Tür zu unserem Verständnis des Erdinneren öffnet. Es handelt sich dabei nicht nur um ein technisches Mittel, sondern auch um eine Brücke zwischen der Erdoberfläche und dem Erdinneren. Sie bietet uns eine beispiellose Perspektive, um einen Blick auf die Geheimnisse zu werfen, die tief unter dem Meer verborgen liegen. Außerdem spielt sie eine entscheidende Rolle bei der Vorhersage geologischer Katastrophen und beim Schutz der menschlichen Lebensumwelt.

Eine der bedeutendsten Errungenschaften tiefer wissenschaftlicher Bohrungen ist die Erfassung geologischer „historischer Daten“. Im Laufe der langen Evolution der Erde ist jede Gesteinsschicht wie ein Geschichtsbuch, in dem zahlreiche Informationen wie vergangene geologische Ereignisse, der Klimawandel und die biologische Evolution aufgezeichnet sind. Durch Bohrungen können Wissenschaftler tief in die Schichten des Meeresbodens vordringen und Kernproben entnehmen. Diese Kerne sind wie Zeitkapseln, die die Geheimnisse der tiefen Erde an die Oberfläche bringen. Aus den Gesteinskernen lassen sich beispielsweise die Sedimentationsumgebung und die Mineralzusammensetzung verschiedener geologischer Perioden analysieren und Rückschlüsse auf die Meeresökologie, die Klimabedingungen und den Bewegungsstatus der Erdplatten zu dieser Zeit ziehen. Diese geologischen „historischen Materialien“ stellen die direkteste und zuverlässigste Grundlage für die Untersuchung der Evolutionsgeschichte der Erde dar. Sie helfen uns dabei, die Zeitleiste der Entwicklung des Lebens auf der Erde zu erstellen und die enormen Veränderungen zu verstehen, die im Laufe von Milliarden von Jahren auf der Erde stattgefunden haben.

Noch bemerkenswerter ist, dass durch tiefe wissenschaftliche Bohrungen Echtzeitbeobachtungen vor der Küste tief im Erdinneren möglich sind. Die Installation hochentwickelter wissenschaftlicher Offshore-Instrumente in wissenschaftlichen Einrichtungen ist vergleichbar mit der Einrichtung einer „Wetterstation“ und dem Bau eines „Labors“ im Erdinneren. Diese langfristige, kontinuierliche, umfassende Echtzeit-Beobachtung vor Ort ist neben Plattformen zur Beobachtung der Meeresoberfläche am Boden, der Fernerkundung aus der Luft und des Meeresbodens die vierte Plattform geworden. Damit können wir tief im Inneren der Erde eine Vielzahl von Parametern genau messen, beispielsweise Temperatur, Druck, Spannung und die Geschwindigkeit der Ausbreitung seismischer Wellen. Hier sind einige relevante spezifische Daten:

- Temperatur: In der Tiefsee nimmt die Temperatur mit zunehmender Tiefe allmählich ab, in einigen speziellen Bereichen, beispielsweise in der Nähe hydrothermaler Quellen am Meeresboden, steigt die Temperatur jedoch stark an. Beobachtungen zufolge kann die Temperatur einiger hydrothermaler Quellen am Meeresboden bis zu 300–400 °C erreichen, während die Durchschnittstemperatur in der Tiefsee bei etwa 2–4 ​​°C liegt. So haben Wissenschaftler beispielsweise im Gebiet der hydrothermalen Quellen des Ostpazifischen Rückens Hochtemperaturfluide von über 350 °C gemessen. Diese extremen Temperaturbedingungen haben ein einzigartiges Ökosystem geschaffen, in dem einige besondere Organismen leben, die an Umgebungen mit hohen Temperaturen angepasst sind.

- Druckdaten: Pro 10 Metern Zunahme der Wassertiefe in den Ozeanen der Erde erhöht sich der Wasserdruck um etwa eine Standardatmosphäre. Nehmen Sie als Beispiel den Marianengraben. Seine tiefste Stelle kann 11.000 Meter erreichen. Der Wasserdruck beträgt hier etwa das 1.100-fache des normalen atmosphärischen Drucks, also etwa 110 MPa, was dem Druck von 2.000 erwachsenen Elefanten entspricht, die auf den Rücken eines Menschen treten.

- Ausbreitungsgeschwindigkeit seismischer Wellen: Unterschiedliche Gesteinsschichten und geologische Strukturen haben einen erheblichen Einfluss auf die Ausbreitungsgeschwindigkeit seismischer Wellen. In der Meeresbodenkruste beträgt die Ausbreitungsgeschwindigkeit seismischer Wellen im Allgemeinen zwischen einigen tausend Metern pro Sekunde und mehr als zehn Kilometern pro Sekunde. Durch die genaue Messung und Analyse der Ausbreitungsgeschwindigkeit seismischer Wellen können Wissenschaftler auf geologische Strukturinformationen wie Gesteinsart, Dicke und das Vorhandensein von Verwerfungen in den Meeresbodenschichten schließen. So können uns beispielsweise Änderungen der Ausbreitungsgeschwindigkeit seismischer Wellen in der Nähe einiger Plattengrenzen dabei helfen, festzustellen, wo Platten kollidieren und wo sich Subduktionszonen befinden.

In zwei besonderen Gebieten, Vulkanen und der Antarktis, hat die wissenschaftliche Tiefbohrung ihren einzigartigen Wert unter Beweis gestellt. In vulkanischen Gebieten sind das heiße Magma und die häufigen Eruptionen ein deutlicher Ausdruck der Energiefreisetzung aus dem Erdinneren. Zahlreiche Vulkanausbrüche haben in der Geschichte tiefe Spuren bei der Menschheit hinterlassen. Vor dem Ausbruch des Mount St. Helens in den USA im Jahr 1980 kam es beispielsweise in der Region zu einer Reihe von Erdbeben, die auf eine Spannungsanpassung in der tiefen Erdkruste hindeuteten. Durch die Überwachung und Analyse dieser Erdbebendaten haben Wissenschaftler zunächst erkannt, dass der Vulkan kurz vor einem Ausbruch stehen könnte. Als der Ausbruch stattfand, war die Vulkanaschesäule Tausende Meter hoch und zerstörte augenblicklich große Teile der umliegenden Wälder. Die Vulkanasche bedeckte eine Fläche von Tausenden Quadratkilometern und verursachte enorme ökologische Schäden und wirtschaftliche Verluste. Dieser Vorfall machte den Menschen die enorme Kraft von Vulkanausbrüchen deutlich und verdeutlichte auch die Notwendigkeit einer eingehenden Überwachung der Vulkane. Mithilfe der wissenschaftlichen Tiefbohrtechnologie werden implantierte Instrumente in unterschiedlichen Tiefen in Tiefbrunnen in der Nähe aktiver Verwerfungszonen und aktiver Vulkane platziert, um eine dynamische Überwachung in Echtzeit zu ermöglichen, ganz so, als würden Sensoren am „Puls“ des Vulkans installiert. Wissenschaftler hoffen, damit Erkenntnisse über den Entstehungsprozess von Erdbeben und den Mechanismus von Vulkanausbrüchen gewinnen zu können. Erdbeben werden häufig durch die Ansammlung und plötzliche Freisetzung von Spannungen im Gestein der Erdkruste verursacht. Durch die Überwachung von Spannungsänderungen, Mikrorissen im Gestein und anderen Phänomenen in der Tiefe können wir Signale aufkommender Erdbeben im Voraus erfassen und so eine Erdbebenfrühwarnung ermöglichen. Was Vulkanausbrüche betrifft, kann uns die Überwachung des Aufstiegsprozesses tiefen Magmas und der Veränderungen in der Gaszusammensetzung dabei helfen, Zeitpunkt, Ausmaß und Art von Vulkanausbrüchen vorherzusagen. Dies ist für die Menschen, die in der Umgebung von Vulkanen leben, von großer Bedeutung. In einigen vulkanisch aktiven Ländern wie Japan und Italien kann beispielsweise der Einsatz von Überwachungstechnologie durch Tiefbohrungen die Frühwarnfähigkeit bei Vulkankatastrophen erheblich verbessern und die Zahl der Opfer und Sachschäden verringern.

Ein weiterer Forschungsschwerpunkt ist die Antarktis mit ihrer kalten Eisdecke und einzigartigen geologischen Umgebung. Neben der Gewinnung wertvoller Eisbohrkerne ist auch die langfristige Überwachung des antarktischen kontinentalen Eisschildes und der subglazialen geologischen Umgebung von entscheidender Bedeutung. Indem wir Instrumente in der Eisschicht platzieren, können wir die Gesetze des geschichteten Flusses der Eisdecke, die Temperaturverteilung innerhalb der Eisschicht und die Trockenheit der Eis-Gestein-Grenzfläche verstehen. Diese Informationen helfen uns, die Stabilität der Eisdecke vorherzusagen. Das antarktische Eisschild ist das größte Süßwasserreservoir der Erde. Wenn es in großem Umfang schmilzt, wird dies enorme Auswirkungen auf den weltweiten Anstieg des Meeresspiegels haben, was wiederum viele Städte und Ökosysteme in Küstengebieten bedrohen wird. So hat beispielsweise in den letzten Jahren im Zuge der globalen Erwärmung die Schmelzrate des antarktischen Eisschildes große Aufmerksamkeit erregt. Entsprechenden Daten zufolge beträgt die jährliche Schmelzrate der Eisdecke in manchen Teilen der Antarktis mehrere Zentimeter bis mehrere zehn Zentimeter. Mithilfe der Technologie tiefer wissenschaftlicher Bohrungen können wir detaillierte Informationen über das Innere der Eisdecke gewinnen. So können Wissenschaftler das Risiko einer Eisschmelze genauer einschätzen und entsprechende Reaktionsstrategien entwickeln, um den Lebensraum der Menschen besser zu schützen.

Allerdings verläuft die Erforschung tiefer gelegener Gebiete nicht immer reibungslos und ist noch immer mit zahlreichen Herausforderungen verbunden. Die Umgebung tief unter der Erde ist extrem rau. Verschiedene extreme Bedingungen wie hohe Temperaturen, hoher Druck, hohe Korrosion, hohes Potenzial und enge Räume schränken den Einsatz von Instrumenten und die Datenerfassung ein. Tief im Inneren der Erde kann die Temperatur Hunderte von Grad erreichen und der Druck entspricht Tausenden von Atmosphären. Eine solche Umgebung stellt extrem hohe Anforderungen an die Materialien und die Leistung der Instrumente. Chinesische Wissenschaftler arbeiten hart daran, diese Schwierigkeiten zu überwinden und setzen sich für eine Verbesserung der Miniaturisierung, Integration und Stabilität von Instrumentensystemen ein. Nur durch die Entwicklung leistungsfähiger Instrumente, die sich an extrem tiefe Umgebungen anpassen können, kann das Ziel der Tiefenerkundung der Erde wirklich erreicht werden. Dazu gehören beispielsweise die Entwicklung von Sensormaterialien, die hohen Temperaturen und hohem Druck standhalten, die Gestaltung kompakter und effizienter Lösungen zur Instrumentenintegration und die Verbesserung der Entstörungsfähigkeit der Instrumente in Umgebungen mit hohem Potenzial. Durch diese Bemühungen entsteht nach und nach ein System zur Tiefenerkundung, das auf Tiefbrunnengruppen basiert und sich auf die Erkundung im Bohrloch konzentriert. Dieses System wird neue Mittel und Plattformen für die menschliche Erforschung der Erde schaffen, die Frühwarnfunktionen bei Naturkatastrophen wie Erdbeben und Vulkanausbrüchen sowie langsamen geologischen Prozessen wirksam verbessern und auch bei der Erkundung und Erschließung tiefer Erdressourcen, dem Umweltschutz, der Landesverteidigung und militärischen Sicherheit und in anderen Bereichen eine unermessliche Rolle spielen.

Auf dem Weg der wissenschaftlichen Forschung und Innovation in der Tiefenerkundung sind viele Wissenschaftler und Techniker wie mutige Entdecker, die ständig in die Tiefen der Erde vordringen. Ihre Bemühungen dienen nicht nur der Befriedigung der wissenschaftlichen Neugier, sondern auch der nationalen Entwicklung und dem Leben der Menschen. Aus der Perspektive der Energiesicherheit können durch die Erkundung und Erschließung tiefer gelegener Ressourcen weitere Mineralvorkommen, Öl- und Gasvorkommen usw. entdeckt werden, was eine solide materielle Grundlage für die industrielle Entwicklung des Landes schafft. Im Hinblick auf den Umweltschutz können wir durch die Erforschung der Tiefen der Erde die Funktionsweise des Erdsystems besser verstehen, die Auswirkungen des Klimawandels auf die Umwelt der Erde vorhersagen und so wirksamere Umweltschutzmaßnahmen formulieren. Im Bereich der Landesverteidigung und der militärischen Sicherheit kann die Technologie der Tiefenerkundung eingesetzt werden, um unterirdische Militäranlagen zu überwachen und die Auswirkungen geologischer Katastrophen auf Militärstützpunkte zu verhindern usw. Angesichts der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Wissenschaft und Technologie haben wir Grund zu der Annahme, dass bei der wissenschaftlichen Tiefenbohrung weitere Durchbrüche erzielt werden, sodass wissenschaftliche Bohrarbeiten zu fruchtbareren Ergebnissen führen und den Weg für die künftige Entwicklung der Menschheit erhellen werden.

Kurz gesagt: Die Echtzeitforschung am Meeresboden ist eine sehr anspruchsvolle und zukunftsweisende Aufgabe im Bereich der Geowissenschaften. Es integriert multidisziplinäres Wissen und Techniken, von Geologie, Geophysik, Geochemie bis hin zu Materialwissenschaften, Ingenieurtechnik usw. Durch tiefe wissenschaftliche Bohrungen lüften wir nach und nach das Geheimnis der tiefen Erde und erstellen ein vollständigeres Modell des Erdsystems. Dadurch erhalten wir starke wissenschaftliche Unterstützung bei der Bewältigung verschiedener geologischer Katastrophen, der rationalen Nutzung der Erdressourcen und dem Schutz der Umwelt der Erde, was uns ein sichereres und nachhaltigeres Überleben und eine sicherere und nachhaltigere Entwicklung in unserer Heimat, der Erde, ermöglicht.