前文中我們已經(jīng)認識到地球內(nèi)部為非均一的圈層構(gòu)造，而疊加上地震波的傳播特性造就了許多的神奇現(xiàn)象。

首先，地震波在地球內(nèi)部的傳播路徑會發(fā)生彎折。要想理解這一現(xiàn)象，我們需要簡單了解地震波的折射定理。當?shù)卣鸩ㄔ诰唤橘|(zhì)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(fā)生偏轉(zhuǎn)。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(guān)系滿足折射定律。簡單來說，當?shù)卣鸩◤母卟ㄋ俚慕橘|(zhì)進入低波速的介質(zhì)時，其傳播方向會向遠離法線的一側(cè)偏折。考慮真實地球的球狀介質(zhì)，這一定理同樣適用。

即使在同一圈層內(nèi)，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(zhì)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(fā)生微小偏折，總體來看，地震波的路徑呈現(xiàn)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(qū)的形成原因。以震源為中心，可以將地球兩側(cè)分別劃分為180°，由于地球內(nèi)部圈層結(jié)構(gòu)的存在，地震波路徑會發(fā)生彎折，導致在距離震源中心103°到143°的區(qū)域內(nèi)無法探測到P波，這一區(qū)域就是P波的陰影區(qū)。德國學者古登堡發(fā)現(xiàn)了這一奇特現(xiàn)象并展開研究，最早發(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)象并展開研究，隨后發(fā)現(xiàn)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(nèi)部的探索早已不局限于隨深度變化的一維結(jié)構(gòu)，逐漸發(fā)展出了三維成像，甚至是隨時間變化的四維成像。發(fā)現(xiàn)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(tài)，等等一系列的成果。

中國在地震學領(lǐng)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(jié)構(gòu)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(zhì)構(gòu)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(jié)構(gòu)的探索仍在繼續(xù)，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