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地震监测预报
探索未知的地下世界,没它可不行!
发布日期:2018-06-09 点击:

地震波

  地震发生时,震源区的介质发生急速的破裂和运动,这种扰动构成一个波源。由于地球介质的连续性,这种波动就向地球内部及表层传播,形成了连续介质的弹性波,这就是地震波,是目前人类所知的唯一一种能够穿透地球内部的波。

  在地球内部传播的地震波称为体波,分为两种:纵波(P波)与横波(S波)。

  纵波,是使范围内岩石微粒的振动平行于地震波传播方向的波。纵波反映的是地球介质的体应变,因而能在固体、液体、气体中传播。

P波传播示意图

  横波,是使范围内的岩石微粒随波振方向成直角振颤的波。横波反映的是地球介质的剪切应变,因流体不承受剪切变形,所以横波只能在固体中传播。

S波传播示意图

  体波传播到地表附近,衍生出面波(L波),面波实际上是由纵波与横波在地表相遇后互相干扰产生的混合波,使岩石粒子既上下运动又左右移动。其波长大,振幅强,是造成建筑物遭受强烈破坏的主要因素。面波也有几种类型,主要有勒夫波,雷利波。

勒夫波传播示意图

雷利波传播示意图

  地震波的传播能力与速度取决于传播介质的性质和内在的弹性。那么在传播速度上,哪种波最快呢?

  我们不妨先来看看下面这张图,这张图为2017年8月8日九寨沟7.0级地震的地震波传播过程,红线为纵波,青线为横波,黄线为面波。

 

  通过示意图,我们不难发现纵波,横波及面波这三者的速度关系

 

地震波与地球内部结构

  在浩瀚的宇宙中,有一颗美丽的星球,她披着蓝色的面纱,载着无数的生灵,环绕太阳不断地转动,这,就是我们居住的地球。

  自古而今,依靠地球内外圈层的交相呼应,相互配合,人类在这颗星球上得以“庇护”,仰望天空,有大气圈帮我们抵挡太阳辐射,为地球保温,有水圈为我们提供生命之源,维系生命活动;俯瞰大地,地球内部也在不断运动,为人类源源不断地提供了许多诸如地热般必不可少的资源。

  曾几何时,地球内部对人类来说是一个未知的世界,一代又一代科学家们呕心沥血,探寻地球内部的秘密,最终为我们描绘了这样一张地球内部结构图——地壳,地幔,地核。

  那么问题来了,科学家们从来没有挖过一口能直穿地心的井,那究竟是怎么知道地球内部结构的呢?

  ——这一切,都要归功于地震波。

  正如挑西瓜要通过拍一拍听声音来判断西瓜的成熟度一样,科学家们想探知地球内部,“听”的是地震波。

  地震波在地球深处传播时,传播速度一般随深度增加,但又不是匀速增加,而是在某些深度突然发生变化(突然加速或减速),地震学家把突然发生变化所在的面,称作不连续面。根据不连续面的存在,人们间接地知道地球内部的结构。

  一、莫霍洛维奇不连续面

  1909年,克罗地亚(前南斯拉夫)地震学家莫霍洛维奇在研究一次地震时发现,地震波在到达欧洲大陆地下约33千米处时,传播速度突然加快,这说明该深处的上下物质在成分或状态上有所不同,即不连续面。根据分析,1910年,莫霍洛维奇提出地球有内外层之分,也就是后来所称的“莫霍洛维奇不连续面”(莫霍面)。

莫霍面处P波传播路径

  二、古登堡不连续面

纵波阴影区(左) 横波阴影区(右)

  1914年,德国地震学家古登堡根据地震纵波的阴影区确认了地核的存在,并测定了地幔和地核之间的不连续面,即“古登堡不连续面”(古登堡面)。

  莫霍面和古登堡面变化最显著,称为一级不连续面,二者构成了地壳与地幔、地幔与地核的分界面。

  三、对地核的深入探索

  地核是地球的核心部分,位于地球的最内部,半径约有3470 km。地核离我们最遥远,也最神秘,但是,因为有了地震波,我们也能略窥一二。

  1936年,丹麦地震学家英厄·莱曼在研究深部震源的地震图时,注意到纵波在通过地核内部时会再次发生折射,看起来好像被一些东西弹开,于是,她进一步分析了这个现象,认为这种波动仅仅在地核存在双层结构时才能产生,故而认为地核是由液态的外核和固态的内核所组成的。

  随着研究的进一步深入,科学家们在地核内部记录到了由纵波衍射转化而来的较微弱的横波,更进一步验证了莱曼的发现。为纪念莱曼的贡献,人们将这一不连续面称为“莱曼面”,依此将地核分为外核和内核。

丹麦地震学家英厄·莱曼

  2005年,著名美籍华人科学家宋晓东等人通过研究穿过地核的地震波,证实内核处于超速旋转状态,其旋转速度要比地球表面构造板块的运动速度快3万倍。

  提到地震,人们最先想到的,往往是惨烈的废墟场景,然而,谁能想到,地震产生的地震波,竟是科学家探索地下世界的唯一手段。

  近百年来,通过对地震波的研究,人类对地球内部结构的探索从未停止,对其内部结构的认识也在不断加深。虽然科学家们未曾深入地心,但是地下的神秘面纱,也正随着对地震波的研究,不断被揭开……

转自:中国地震台网公众号

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