地震波告诉我们什么

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地震波告诉我们什么
—  在地质哲学研究学术论坛上的发言三  —
王紫馨（方悟 ）       2005.4.1
地震波是由地震震源发出在地球内部传播的波。最早记录地震波的仪器是张衡在公元132年（东汉阳嘉元年）发明的"候风地动仪"，这台仪器的发明，说明我们的祖先已经懂得地震震动是从远处一定方向传播来的地面运动。地震波是探测地球内部结构的主要手段，也是最有效的手段。用"逐次逼近"的研究方法，用地震记录来研究震源、地球内部结构和地震波本身，是地震学的主要内容。
地震波既有纵波又有横波，纵波反映的是地球介质的体应变，而横波则反映地球介质的剪切应变，实际上纵波是由岩浆向上的喷涌形成，横波是由喷口断面的撕咧形成的。流体不承受剪切变形，横波不能传播。地震波中沿着地球表面传播的波，称为面波，在地球内部传播的波就相应地称为体波，纵波和横波都是体波。纵波快，横波次之，面波最慢。在地壳里纵波波速为每秒6公里，横波波速为每秒4公里，面波波速为每秒3公里。地球内部构造及物质状态，无法直接观察，主要借助地震波在地球内部的传播情况作为划分地球内部圈层构造的依据。地震波传播速度发生急剧变化的地方称不连续面。莫霍面就是1909年奥地利（克罗地亚人）莫霍洛维奇发现的。在地下33公里处，纵波速度由7.6公里/秒增至8.1公里/秒，横波由4.2公里/秒增至4.6公里/秒，波速的突然增加说明存在一个大的不连续面。自莫霍面向下，地震波速继续增大，地幔物质较地壳均匀，地震波速也均匀增加，直至纵波13.64公里/秒，横波7.3公里/秒。从地震波传播情况看，地幔物质硬度比钢铁大，密度也应大于铁。我们可以到铁矿山去测试地震波在铁矿岩（赤铁矿含铁70℅，比重5—5.3）中的传播速度，也可到比重更大的辉铜矿（含铜79.8℅，比重5.5—5.8）测一下地震波速。传统观点认为地幔物质密度5.6，和辉铜矿比一下，肯定有不小的误差。铅的比重大，我国湖南水口山的方铅矿含铅86.6℅，比重在7.4—7.68，云南个旧的锡矿含锡78℅，比重6.8—7.1，都可以测测地震波速。地震在100～1000公里范围发生时，除了能见到纵波、横波及其尾波之外，还能见到一类特殊的地震波——首波。首波的出现主要是因为在地壳下方的波速比地壳中的波速高，所以走在地壳下方的波反而比走在地壳中的波"先行到达"。我们用锤子敲击钢轨，声音和震动可以传得很远，而如果是木制轨道，则传得不远，它说明高密度物质和良好的晶格结构具有很强的传递能量的作用，这也是金属具有导电性的原因。把这个性质推展到地震波，就应认识到它在密度大的物质中传播快，密度小的物质中传播慢，有首波说明地壳下部比上部密度大，地幔物质密度比地壳大，下地幔底层会有多种未知的超重元素。地幔地震波速大于地壳一倍，对物质密度来说，则不只一倍，而应以平方论之。引力及重力大小由物质与天体质心距离的平方决定，反过来，天体形成时自然排序，反映重力作用的物质密度也一定遵守平方规律，这一点，我们可以从大气层与地壳层的比较推知。主流观点认为地核是铁、镍等重金属构成，其密度比地幔还小，哪里称得上是高致密状态。
地幔上部距地表50—250公里范围内，放射性元素衰变产生的热能使地下物质硅、镁、铁等形成熔融状态，是岩浆的发源地，称软流圈，地震波速明显下降。地表玄武岩就来自上地幔。虽然岩浆也是一种液体，但好象并不阻断横波传播，我没有查到相关材料，请大家给予补充说明。它和人们所说的外地核液体状态完全不同。外地核是超流体，也是超导体，因中微子是磁量子，它构成的内地核转动速度快于外地核而形成地磁发电机机制。
1914年地震学家古登堡发现在地下2900公里处，体波突然"消声匿迹"，出现了一个"影区"，地震波在地核的界面上发生了折射，纵波突然降至8.1公里/秒，横波则完全消失，根据这一现象，地核的存在得到确认。从地震波传播的情况来看，地核似乎是不传播横波的，地震学家因此推测，地核是液态的。1936年，丹麦女地震学家莱曼在"阴影"中辨认出地球的固态内核的形象，即在液态的地核之中还有一个固态的内核。当时很多专家表示怀疑，但最后还是莱曼胜利了。按重力场理论，地核的两个层次应为两种不同状态物质组成，内核是中微子，作为玻色子它可以无限量聚集，并形成整体运动，其纯量子形态使之与外地核构成区别，不相连接构成空隙。我原来说地月系质心在外地核边缘，错了，在内外地核之间，这是因为中微子构成的内核比玻爱凝聚态的超流体外核具有大得多的密度，因而计算出的质心应向中心移动。1996年，宋晓东和理查兹发现，地球内核的转动比地壳、地幔快，科学界争论的问题之一是，内核转动究竟是时快时慢呢，还是一直比地壳、地幔快？我认为钢性、整体性越好的物体转动越快，可以肯定内核转速一直快于地球其他部分，这可以从同是中微子构成的射电星高速旋转的现象来印证。地震波在浅处的衰减要比在深处慢，原因是，浅处"冷"，深处"热"。物质越热，地震波能量转变成热能的效率就越高。地震学家猜测：冷的浅部的物质俯冲到热的深部的物质当中是地下深处600～700公里深处地震的（深源地震）发生的原因。我已说过，地幔物质只有上升过程，没有下沉过程，这是物质密度或说重力作用所决定的，你可曾见到比水轻的木块沉到水底？阿基米德定律具有普遍性，所以深源地震的原因依然是裂变导致的岩层膨胀。
地震波探测中，有几类特殊结构具有重要意义。第一类是间断面。它不仅是力学的间断面，也应把它看成是物质的间断面。第二类是低速带。一般认为，低速带与比较热的、比较软的物质联系在一起，还应看到它与较轻的物质联系在一起。第三类称为"热柱"。它是从地球外核附近直至岩石层的"烟囱"状的结构，它是地幔重物质向地表输送的孔道，是火山形成的基本因素。其原理类似太阳黑子，太阳黑子也是恒星内部物质向外输送的通道。
概括以上所述，地震波最大的作用就是说明了地球的内部结构，而这个结构正是牛顿万有引力重力场能级分布律所规定的一切天体结构，凡称得上是星球的，都有相同结构，只因它们在星系、恒星系中不同的位置及质量，而划分为恒星、行星、卫星。如果地球大如太阳，它会在地核、地幔、地壳、大气之外加上第五层：裂变燃烧层。宇宙中的一切遵循着引力重力规律，如水星密度在诸行星中最大，使得水星外壳就相当于地幔，因而也没有大气层。
地震学家伽利津说："可以把一次地震比作一盏灯，它点燃的时间很短，却为我们照亮了地球的内部，使我们了解到在地球内部发生了些什么……"。但没有辩证思想，我们仍很难猜到地球内部发生了些什么。