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防震減災
第六講 震波妙曲(地球分層)
更新時間: 2018-10-21

地震作為一種自然災害給人類帶來巨大損失。但大地震所產生的地震波,卻可穿透地球,對地球內部結構進行透視,使我們對地球內部結構有所認識。這就是地震波的奇妙所在。

地震波和光波有共同點,都可穿透物體,在物質結構的分界面上產生反射、折射和轉換等。它們又有不同點:光波是橫波、波長較短、穿透深度有限;地震波不僅有橫波,還有縱波,波長較長,可以穿透地核,因而可以更多地了解地球的力學性質。地震學家把地震稱為地下的明燈,可將地球深部照亮!

一次大地震所激發的地震波,沿著地面和分界線傳播,稱為面波;若在地球內部傳播,稱為體波;若使整個地球發生振動,猶如敲鐘引起的鐘體共鳴,稱為全球振蕩波;由于地球介質極度不均勻而引起散射,形成一種出現在記錄圖上的尾波,這種波很像音樂中回蕩的交混回響。

地震學家正是利用上述的豐富“音響”研究地球的分層結構,最終得出地球內部可分為三大部分,它們是:

地殼。這是地球的最外層,僅占全球體積的0.5‰,各處的地殼厚度不同,最薄處為海洋,僅5km左右;最厚處為高山,如我國的青藏高原可達70km以上。地殼底面為莫霍面。各種地質現象,如構造運動、巖漿活動、變質作用和地震活動都發生在地殼內,一切礦物資源也都蘊藏在這里。

地幔。在地殼以下,占全球體積的83.3%以上,它的下界面距地面約2900km,稱為古登堡面。地幔的頂部存在一個低速層(即軟流層),該層上界面距地面約100~150km,在不同的地區,差別較大。造成低速層的原因有不同解釋,其中有人認為是巖石接近熔化,但尚未熔化,所以那里溫度較高,從而波速較低。低速層的存在為地球上部的板塊運動提供條件??茖W家認為,地幔低速層可能是地殼內各種地質活動的動力來源,并為蘊藏礦物提供物質來源。上地幔的另一個特點是存在引人注目的橫向差異。最近,國際上利用全球地震臺網和長周期記錄儀器提供的資料,在大型計算機上進行復雜計算,得出地球內部物質流動圖像,有力地支持了地幔對流假說。人們把這種方法稱為“地震射線層析成像”,簡稱地震CT。

地核。處于地球中心,占全球體積的16.2%。地核一般分為三層,2900~4980km稱為外核,4980~5120km稱之為過渡帶,5120~6371km(地心)稱為內核。內外核的劃分是丹麥地震學家萊曼女士發現的。對于地核的研究、她最突出的成就是確定外核為液態,而內核為固態。由于外核為液態,在那里可以出現磁性流體的運動狀態,因而為地球基本磁場的形成提供能量來源,這就是著名的地磁成因的“發電機理論”。

目前,人們已經不滿足于記錄地震波,而是采用計算機重現地震波圖形,稱之為“合成地震圖”。合成地震圖與天然地震圖結合和對比,有利于認識地震波妙曲的多重旋律,有可能揭示出更多的地球深部結構信息。1997年,旅美地震學家宋曉東和美國地震學家合作,發現地球的內核與外核的旋轉速度不同,內核比外核要快,相當于板塊運動速度的幾百倍。地球內核旋轉的發現,對于地震等地球動力現象的研究有重要理論和現實意義。

 

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