探索未知的地下世界，沒它可不行！
眾所周知，地球的構造是分層的，由外至內分別是地殼、地幔和地核。但你是否會好奇，人類甚至從來沒能挖掘出一口穿透地殼的井，又是如何得知更深的地下結構的呢？
——其實，這都要歸功於【地震波】。
地震波
地震發生時，震源區的介質發生急速的破裂和運動，這種擾動構成一個波源。由於地球介質的連續性，這種波動就向地球內部及表層傳播，形成了連續介質的彈性波，這就是地震波，是目前人類所知的唯一一種能夠穿透地球內部的波。
在地球內部傳播的地震波稱為體波，分為兩種：縱波（P波）與橫波（S波）。
縱波，是使範圍內岩石微粒的振動平行於地震波傳播方向的波。縱波反映的是地球介質的體應變，因而能在固體、液體、氣體中傳播。
P波傳播示意圖
橫波，是使範圍內的岩石微粒隨波振方向成直角振顫的波。橫波反映的是地球介質的剪切應變，因流體不承受剪切變形，所以橫波只能在固體中傳播。
S波傳播示意圖
體波傳播到地表附近，衍生出面波（L波），面波實際上是由縱波與橫波在地表相遇後互相干擾產生的混合波，使岩石粒子既上下運動又左右移動。其波長大，振幅強，是造成建築物遭受強烈破壞的主要因素。面波也有幾種類型，主要有勒夫波，雷利波。
勒夫波傳播示意圖
雷利波傳播示意圖
地震波的傳播能力與速度取決於傳播介質的性質和內在的彈性。那麼在傳播速度上，哪種波最快呢？
我們不妨先來看看下面這張圖，這張圖為2017年8月8日九寨溝7.0級地震的地震波傳播過程，紅線為縱波，青線為橫波，黃線為面波。
通過示意圖，我們不難發現縱波，橫波及面波這三者的速度關係
地震波與地球內部結構
在浩瀚的宇宙中，有一顆美麗的星球，她披著藍色的面紗，載著無數的生靈，環繞太陽不斷地轉動，這，就是我們居住的地球。
自古而今，依靠地球內外圈層的交相呼應，相互配合，人類在這顆星球上得以「庇護」，仰望天空，有大氣圈幫我們抵擋太陽輻射，為地球保溫，有水圈為我們提供生命之源，維繫生命活動；俯瞰大地，地球內部也在不斷運動，為人類源源不斷地提供了許多諸如地熱般必不可少的資源。
曾幾何時，地球內部對人類來說是一個未知的世界，一代又一代科學家們嘔心瀝血，探尋地球內部的秘密，最終為我們描繪了這樣一張地球內部結構圖——地殼，地幔，地核。
那麼問題來了，科學家們從來沒有挖過一口能直穿地心的井，那究竟是怎麼知道地球內部結構的呢？
——這一切，都要歸功於地震波。
正如挑西瓜要通過拍一拍聽聲音來判斷西瓜的成熟度一樣，科學家們想探知地球內部，「聽」的是地震波。
地震波在地球深處傳播時，傳播速度一般隨深度增加，但又不是勻速增加，而是在某些深度突然發生變化（突然加速或減速），地震學家把突然發生變化所在的面，稱作不連續面。根據不連續面的存在，人們間接地知道地球內部的結構。
01
莫霍洛維奇不連續面
1909年，克羅埃西亞（前南斯拉夫）地震學家莫霍洛維奇在研究一次地震時發現，地震波在到達歐洲大陸地下約33千米處時，傳播速度突然加快，這說明該深處的上下物質在成分或狀態上有所不同，即不連續面。根據分析，1910年，莫霍洛維奇提出地球有內外層之分，也就是後來所稱的「莫霍洛維奇不連續面」（莫霍面）。
莫霍面處P波傳播路徑
02
古登堡不連續面
從震源發出的地震波會通過地球介質向各個方向傳播，尤其是體波可以從比較小的角距離到比較大的角距離被連續追蹤，能夠被世界各地的地震儀記錄下來。但是，經過研究發現，在大地震發生後，在103°-143°震中距範圍內接收不到P波，在103°-180°震中距範圍內缺失直達S波。於是，地震學家猜想，地球內部應該還具有分層結構。
縱波陰影區（左） 橫波陰影區（右）
1914年，德國地震學家古登堡根據地震縱波的陰影區確認了地核的存在，並測定了地幔和地核之間的不連續面，即「古登堡不連續面」（古登堡面）。
莫霍面和古登堡面變化最顯著，稱為一級不連續面，二者構成了地殼與地幔、地幔與地核的分界面。
03
對地核的深入探索
地核是地球的核心部分，位於地球的最內部，半徑約有3470 km。地核離我們最遙遠，也最神秘，但是，因為有了地震波，我們也能略窺一二。
1936年，丹麥地震學家英厄·萊曼在研究深部震源的地震圖時，注意到縱波在通過地核內部時會再次發生折射，看起來好像被一些東西彈開，於是，她進一步分析了這個現象，認為這種波動僅僅在地核存在雙層結構時才能產生，故而認為地核是由液態的外核和固態的內核所組成的。
隨著研究的進一步深入，科學家們在地核內部記錄到了由縱波衍射轉化而來的較微弱的橫波，更進一步驗證了萊曼的發現。為紀念萊曼的貢獻，人們將這一不連續面稱為「萊曼面」，依此將地核分為外核和內核。
丹麥地震學家英厄·萊曼
2005年，著名美籍華人科學家宋曉東等人通過研究穿過地核的地震波，證實內核處於超速旋轉狀態，其旋轉速度要比地球表面構造板塊的運動速度快3萬倍。
提到地震，人們最先想到的，往往是慘烈的廢墟場景，然而，誰能想到，地震產生的地震波，竟是科學家探索地下世界的唯一手段。
近百年來，通過對地震波的研究，人類對地球內部結構的探索從未停止，對其內部結構的認識也在不斷加深。雖然科學家們未曾深入地心，但是地下的神秘面紗，也正隨著對地震波的研究，不斷被揭開……
TAG:中國地震台網 |