防震減災 | 地球內部分幾層?

內蒙古自治區地震局 發佈 2020-05-12T08:50:39+00:00

現在,我們可以通過人工製造「地震」,「照亮」地球內部來獲得數據,這些數據經過放大、記錄和分析,不僅讓我們越來越了解地球內部的情況,更能研究地球內部結構變化與地震、火山等災害發生時間、過程之間的關係。

眾所周知,

我們賴以生存的地球由三部分組成:

地殼、地幔和地核。


其中,

地幔又細分為上地幔與下地幔,

地核細分為外核與內核。

那麼,

進行這樣劃分的依據是什麼呢?

這就不得不又提到「地震波」了。



地球內部的情況主要是通過對地震波的記錄間接獲得的

地震波(seismic wave)是地震發生時,地下岩層斷裂釋放出巨大能量,從而激發出的一種向四周傳播的彈性波。



地震波按傳播方式分為體波和面波兩種,體波又細分為縱波(P波)和橫波(S波)。它在不同結構、不同密度、不同溫度的介質中,其傳播速度和傳播路徑也會不一樣。例如,P波在固體、液體和氣體介質中都可以傳播,速度也較快;S波只能在固體介質中傳播,速度比較慢。

就好比買西瓜的時候,我們敲打瓜體,聲波到達瓜心再反射回來。不同瓜體成熟度、水分含量、密度不同,反射到我們耳邊的聲音自然不同,而有經驗的人就可以根據聲音來辨別哪種瓜的成熟度好。

同理,地震波之所以能夠反映地球內部的介質特徵與性質,是因為它的傳播速度會隨著傳播介質變化而變化。


由此,

我們測得地球有兩個重要的分介面,

它們是莫霍面和古登堡面。


莫霍面

(Mohorovičić discontinuity)

最早發現地球內部介面的是前南斯拉夫地震學家莫霍洛維奇

他在1909年發現一些P波、S波到達觀測站的時間比預想的沿地球表層傳播的波要早,從而推斷出向下的P波、S波遇到密度突然升高的介面後發生了折射。因此該分介面被命名為莫霍洛維奇不連續面,簡稱莫霍面(M面)

通過世界各地地震學家們的共同努力,發現這種地震波傳播速度的變化普遍存在於整個地表之下。莫霍面幾乎完全位於岩石圈內,其深度起伏很大,在海底以下5-10km處,陸殼下20-90km處,P波速度從7km/s左右,突然升到8km/s左右。

莫霍面的發現,將地球表面的地殼與其內部介質地幔區分開來。上面密度較小的介質部分,叫地殼,介面至下密度較大的叫地幔。


莫霍面處P波傳播路徑



古登堡面

(Gutenberg discontinuity)

1906年,英國學者Richard D.Oldham注意到S波在120°以外晚10分鐘到達甚至更多,認為是S波在地下某階段通過時有物質使得S波減速,提出地球存在地核。(由於液體不傳播S波,當年Oldham發現的晚到的S波實際上不是直達波。)

1914年,德國出生的美籍地震學家古登堡對Oldham提出的問題進行了更加詳細的研究,發現P波陰影區(即在103°-143°震中距範圍內)接收不到P波,此外在103°-180°範圍內缺失直達S波,認為地球內部存在在液體的地核,並估算地核深度約為2900km。

後來,把核幔分介面稱為古登堡不連續面,簡稱古登堡面。

古登堡面以上到莫霍面之間的地球部分是地幔;古登堡面以下到地心之間的地球部分稱為地核。所以古登堡不連續面同時也稱核幔邊界(CMB,Core–mantle boundary)。根據這兩個面把地球分為地殼、地幔和地核三個圈層。


S波、P波陰影區


地震波除了幫助人類發現地球內部主要結構,還可以像醫學CT探測人體內一樣,用來探測監測詳細的地下構造。例如將地殼分為上層為花崗岩層,下層為玄武岩層的康拉德面;再比如對1960年5月22日Mw9.5級的智利大地震的地震波分析證實了軟流層的存在;以及可以進一步細分為液態外核和固態內核的萊曼面等。


現在,我們可以通過人工製造「地震」,「照亮」地球內部來獲得數據,這些數據經過放大、記錄和分析,不僅讓我們越來越了解地球內部的情況,更能研究地球內部結構變化與地震、火山等災害發生時間、過程之間的關係。

來源:濟震微訊

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