施工现场挖掘机的高角度视图 © 乔丹·莱伊

小时候，我喜欢在辛辛那提的后院挖洞。我祖父开玩笑说，如果我继续挖下去，最后就会到中国了。

事实上，如果我能直接挖穿地球，我就会到达印度洋，距离澳大利亚以西约 1,100 英里（1,800 公里）。从我的家乡来看，这就是地球表面的对跖点，即对跖点。

但我只有一把花园铲来挖土。当我挖到岩石时，距离地表不到 3 英尺（1 米），我无法再挖得更深了。

现在我是一名地球物理学家，对地球结构有了更多的了解。地球主要有三层：

• 外皮称为地壳，是一层非常薄的轻质岩石。其厚度与地球直径之比与苹果皮厚度与直径之比相近。我小时候挖洞时，会把地壳的最顶部挖掉。
• 地幔位于地壳之下，厚得多，就像苹果的果肉一样。它由坚硬、沉重的岩石构成，随着较热的岩石从地球中心上升，较冷的岩石向其下沉，地幔每年会流动几英寸。
• 地核位于地球的中心，由超热的液态和固态金属构成。这里的温度为4,500 至 9,300 华氏度（2,500 至 5,200 摄氏度）。
  “饼图”展示了地球的各个层面。

地球由多层组成。岩石圈是地球的固体外部，包括脆弱的地幔上部和地壳。Volcan26/Wikimedia，CC BY-SA

地球的外层对其下的各层施加压力，并且这些力随着深度的增加而稳步增加，就像在海洋中一样——想象一下，当你潜入水下更深的时候，你耳朵里的压力会变得更强。

这与挖穿地球有关，因为当挖洞或钻孔时，洞壁会承受来自上层岩石的巨大压力，而且由于旁边有空隙，因此也不稳定。较坚固的岩石可以承受更大的力量，但如果压力足够大，所有岩石都可能破裂。

挖坑时，防止坑壁在压力下向内坍塌的一种方法是使坑壁不那么陡峭，使其像圆锥的侧面一样向外倾斜。一个好的经验法则是使坑的宽度是其深度的三倍。

不稳定的墙壁

地球上最深的露天矿坑是犹他州的宾汉姆峡谷矿，该矿坑于 20 世纪初用挖掘机和炸药挖掘，以开采铜矿石。该矿坑深 0.75 英里（1.2 公里），宽 2.5 英里（4 公里）。

由于矿井宽度是深度的三倍多，而且矿井壁呈斜坡状，因此矿井壁并不太陡峭或不稳定。然而，2013 年，其中一个斜坡坍塌，造成两次巨大的山体滑坡，1.45 亿吨碎石落入矿井底部。幸运的是，没有人受伤，但山体滑坡造成了数亿美元的损失。

假设你试图挖穿地球，而地球是固体的。（我们知道事实并非如此，但这是最简单的情况。）穿过地球的洞的深度相当于地球的直径，这只是一条直线的名称，它穿过圆心。因此，你的洞需要大约是地球直径的三倍宽才能稳定。

显然，这是一项不可能完成的任务，因为它会彻底改变地球的形状。

挖掘与钻探

钻井比挖掘可以更快地深入地下，因为需要移动的材料更少，而且钻孔的表面积更小，可以承受更大的力。能源公司通常会钻探至地下 3 英里（5 公里）深的地方来寻找石油和天然气。

地球上最深的洞是俄罗斯西北部的科拉超深钻孔，深度达 7.5 英里（12.2 公里）。像这样的深钻孔可以让科学家了解地球内部的很多情况。然而，由于钻探难度较大，例如温度过高导致设备无法运行、设备故障和成本过高，科拉项目最终被放弃。

钻井是一个繁琐的过程。一根装满泥浆的空心管子末端的旋转钻头会研磨岩石，对于非常坚硬的岩石，每分钟只能钻进几英寸。假设以这样的速度稳步前进，钻穿地球需要数百年的时间。

随着钻头钻得越来越深，更换损坏部件需要的时间也越来越长。而且，长达数英里的钻杆会变得非常重，以至于无法将其扭转或从孔中拔出。

压力也是一个问题。钻孔壁承受着巨大的压力，容易破裂。地幔的缓慢运动最终会导致钻孔弯曲和坍塌。地球深处的岩浆、气体和液态金属在巨大的压力下，可能会通过钻孔向上喷涌到地表。

目前的钻井技术速度不够快，也不够耐用，无法钻穿地幔和地核。但我们仍然可以惊叹于科拉超深钻孔和宾汉姆峡谷矿井等成就，并梦想着从更深的地方挖出岩石。