震探地球（下）

前文中我們已經認識到地球內部為非均一的圈層構造，而疊加上地震波的傳播特性造就了許多的神奇現象。

首先，地震波在地球內部的傳播路徑會發生彎折。要想理解這一現象，我們需要簡單了解地震波的折射定理。當地震波在均一介質中傳播時，其路徑為直線，而當其遇到速度的分界面時，其方向會發生偏轉。地震學中，與速度分界面垂直的方向為法線方向，入射波與法線的夾角稱為入射角，出射波與法線的夾角稱為出射角，速度和夾角的關系滿足折射定律。簡單來說，當地震波從高波速的介質進入低波速的介質時，其傳播方向會向遠離法線的一側偏折。考慮真實地球的球狀介質，這一定理同樣適用。

即使在同一圈層內，波速隨深度加深只是逐漸加大的情況下，折射定律同樣適用。逐漸變化的介質可以看作許多的小速度層，地震波傳播路徑在每個小層中會發生微小偏折，總體來看，地震波的路徑呈現彎曲狀。

明白了地震波的彎折原理，你就可以很容易地理解地震陰影區的形成原因。以震源為中心，可以將地球兩側分別劃分為180°，由于地球內部圈層結構的存在，地震波路徑會發生彎折，導致在距離震源中心103°到143°的區域內無法探測到P波，這一區域就是P波的陰影區。德國學者古登堡發現了這一奇特現象并展開研究，最早發現了地幔和地核分界面的存在。因此，該分界面被命名為了古登堡界面。

此外，地震波還有神奇的超車現象。這里我們以p波為例，在地殼中傳播的P波稱為Pg波，而先向下進入地幔在地幔頂層穿行再出射的P波稱為Pn波。對于距離震源較近的位置，Pg波會先于Pn波提前到達。而距離震中遠處的位置，Pn波反而會先一步抵達。這種地震波的超車現象同樣很好理解。

地震波在地殼中波速慢，我們將其當作汽車行駛的速度，在地幔中波速快，將其當作飛機的飛行速度。在距離不遠的情況下，汽車直達的用時相較于開車到機場乘飛機的用時要短，而在遠距離的情況下，開車到機場乘飛機旅行的用時反而更短。1909年克羅地亞地震學家莫霍羅維契奇首先注意到了這種現象并展開研究，隨后發現了地殼和地幔的分界面，因此這一界面被稱作莫霍界面。

如今，科學家對于地球內部的探索早已不局限于隨深度變化的一維結構，逐漸發展出了三維成像，甚至是隨時間變化的四維成像。發現了從核幔邊界上涌的地幔柱，大洋之中不斷生長的洋中脊，海陸邊界海洋地殼向陸地地殼俯沖的板塊形態，等等一系列的成果。

中國在地震學領域起步較晚。但得益于國家對地球科學的重視，加上地震學者的不斷努力，中國在地球結構的探索中后來居上，例如對青藏高原精細成像和成因機制建模，對南海盆地的地質構造等研究，為人類對地球的認識做出了卓越貢獻。

人類對地球結構的探索仍在繼續，期待著未來科學家造出可以抵抗高溫高壓的地心飛船，帶著我們親眼揭秘地心之謎。

作者：趙順

來源：震知卓見