震探地球（下）

前文中我们已经认识到地球内部为非均一的圈层构造，而叠加上地震波的传播特性造就了许多的神奇现象。

首先，地震波在地球内部的传播路径会发生弯折。要想理解这一现象，我们需要简单了解地震波的折射定理。当地震波在均一介质中传播时，其路径为直线，而当其遇到速度的分界面时，其方向会发生偏转。地震学中，与速度分界面垂直的方向为法线方向，入射波与法线的夹角称为入射角，出射波与法线的夹角称为出射角，速度和夹角的关系满足折射定律。简单来说，当地震波从高波速的介质进入低波速的介质时，其传播方向会向远离法线的一侧偏折。考虑真实地球的球状介质，这一定理同样适用。

即使在同一圈层内，波速随深度加深只是逐渐加大的情况下，折射定律同样适用。逐渐变化的介质可以看作许多的小速度层，地震波传播路径在每个小层中会发生微小偏折，总体来看，地震波的路径呈现弯曲状。

明白了地震波的弯折原理，你就可以很容易地理解地震阴影区的形成原因。以震源为中心，可以将地球两侧分别划分为180°，由于地球内部圈层结构的存在，地震波路径会发生弯折，导致在距离震源中心103°到143°的区域内无法探测到P波，这一区域就是P波的阴影区。德国学者古登堡发现了这一奇特现象并展开研究，最早发现了地幔和地核分界面的存在。因此，该分界面被命名为了古登堡界面。

此外，地震波还有神奇的超车现象。这里我们以p波为例，在地壳中传播的P波称为Pg波，而先向下进入地幔在地幔顶层穿行再出射的P波称为Pn波。对于距离震源较近的位置，Pg波会先于Pn波提前到达。而距离震中远处的位置，Pn波反而会先一步抵达。这种地震波的超车现象同样很好理解。

地震波在地壳中波速慢，我们将其当作汽车行驶的速度，在地幔中波速快，将其当作飞机的飞行速度。在距离不远的情况下，汽车直达的用时相较于开车到机场乘飞机的用时要短，而在远距离的情况下，开车到机场乘飞机旅行的用时反而更短。1909年克罗地亚地震学家莫霍罗维契奇首先注意到了这种现象并展开研究，随后发现了地壳和地幔的分界面，因此这一界面被称作莫霍界面。

如今，科学家对于地球内部的探索早已不局限于随深度变化的一维结构，逐渐发展出了三维成像，甚至是随时间变化的四维成像。发现了从核幔边界上涌的地幔柱，大洋之中不断生长的洋中脊，海陆边界海洋地壳向陆地地壳俯冲的板块形态，等等一系列的成果。

中国在地震学领域起步较晚。但得益于国家对地球科学的重视，加上地震学者的不断努力，中国在地球结构的探索中后来居上，例如对青藏高原精细成像和成因机制建模，对南海盆地的地质构造等研究，为人类对地球的认识做出了卓越贡献。

人类对地球结构的探索仍在继续，期待着未来科学家造出可以抵抗高温高压的地心飞船，带着我们亲眼揭秘地心之谜。

作者：赵顺

来源：震知卓见