地震波传播的速度与其通过的介质性质有关

地震波传播的速度与其通过的介质性质有关 地震波传播的速度与其通过的介质性质有关。地球上的大部分地震发生在地壳，地震波在向下传播时总是沿着弯曲的路径传播并且不同深度的波速不一致，这明地球内部的物质是不均一的。 “地震波速度与地球内部构造图”: 根据地震波在地球内部的传播情况的研究，人们将地球内部划分为几个圈层结构。分析P、S波的波速变化情况，由波速的突然变化引入不连续面的存在和地球内部圈层的划分。?两条波速变化曲线，区别出P、S波(依据:同一物质中P波速较S波快) ?P、S波速变化情况，归纳波速发生突然变化的层次及大致深度。 ?定义不连续界面:霍面(平均地下33Km)，古登堡界面(地下平均2900Km) 圈层名称 不连续面 深度(Km) 特征 地壳 平均17 ?由岩石构成的固体外壳 (莫霍界面) ?大陆地壳厚、海洋地壳薄 ?固态 1000 上地幔 ?上部存在一个软流层(可能是岩浆 的发源地 地 (古登堡界面) 幔 下地幔 ?可能为固态 2900 ?温度、压力和密度均增大 5000 外核 接近液态、横波不能通过 地 6370 核 内核 温度、压力和密度都很大 1(地壳、软流层与岩石圈的位置关系。 2(软流层物质的物理性状。横波如何通过软流层,由于这一层放射性元素大量集中蜕变生热温度高，岩石就像烧红的玻璃，处于塑性状态，局部地区呈熔融状态，犹如倾倒的浆糊。 3(地幔的物质成分,主要是硅酸盐类，铁镁是硅酸盐类物质中含量较多的化学元素。组成物质与化学成分的区别。 4(内核为何是固体,?纵波在地下5 000千米深处，传播速度明显增加，说明可能由液态转为固态;?图上未表现出，横波在5 000千米以下由纵波转化而成，比较微弱，进一步证明内核为固态。 地球自转 地球绕自转轴自西向东的自转，平均角速度为每小时转动15度。在地球赤道上，自转的线速度是每秒465米。天空中各种天体东升西落的现象都是地球自转的反映。人们发现地球自转是不均的。现在天文学家已经知道地球自转速度存在长期减慢、不规则变化和周期性变化。 在6亿多年前，地球上一年大约有424天，表明地球自转速率比现在快得多。在4亿年前，一年有约400天，2.8亿年前为390天。研究表明，每经过一百年，地球自转长期减慢近2毫秒(1毫秒,千分之一秒)，它主要是由潮汐摩擦引起的。此外，由于潮汐摩擦，使地球自转角动量变小，从而引起月球以每年3,4厘米的速度远离地球，使月球绕地球公转的周期变长。除潮汐摩擦原因外，地球半径的可能变化、地球内部地核和地幔的耦合、地球表面物质分布的改变等也会引起地球自转长期变化。 地球自转速度除长期减慢外，还存在着时快时慢的不规则变化，从周期为近十年乃至数十年不等的所谓"十年尺度"的变化和周期为2,7年的所谓"年际变化"，得到了较多的研究。十年尺度变化的幅度可以达到约?3毫秒，引起这种变化的真正机制目前尚不清楚，其中最有可能的原因是核幔间的耦合作用。年际变化的幅度为0.2,0.3毫秒，相当于十年尺度变化幅度的十分之一。这种年际变化与厄尔尼诺事件期间的赤道东太平洋海水温度的异常变化具有相当的一致性，这可能与全球性大气环流有关。然而引起这种一致性的真正原因目前正处于进一步的探索阶段。此外，地球自转的不规则变化还包括几天到数月周期的变化，这种变化的幅度约为?1毫秒。 根据圆周运动知识，地球自转变慢的解释为三:一是假如动力不变，那么阻力则变大，地球而言，其结构要改变。赤道变长，磁极南北移动(即极移)，地球变“胖”。二是动力变小，地球内部变化趋慢，外部易发生地质灾害。三是外力变大，相当阻力变大，那么气候会发生大的变化。上述往往是共同作用的结果。如阻力变大也就是星球之间电磁场强度变大，有二:,是有星球爆炸和新的星球形成加剧。二是星球之间距离缩短。 地极移动:地极移动，简称为极移，是地球自转轴在地球本体内的运动。极移包括两个主要周期成分:一个是周年周期，另一个是近14个月的周期，称为张德勒周期。前者主要是由于大气的周年运动引起地球的受迫摆动，后者是由于地球的非刚体引起的地球自由摆动。极移的振幅约为?0.4角秒，相当于在地面上一个12×12平方米范围。 由于极移，使地面上各点的纬度、经度会发生变化 根据近一百年的天文观测资料，发现极移包含各种复杂的运动。除了上述周年周期和张德勒周期外，还存在长期极移，周月、半月和一天左右的各种短周期极移。其中长期极移表现为地极向着西径约70?,80?方向以每年3.3,3.5毫角秒的速度运动。它主要是由于地球上北美、格棱兰和北欧等地区冰盖的融化引起的冰期后地壳反弹，导致地球转动惯量变化所致。其它各种周期的极移主要与日月的潮汐作用以及与大气和海洋的作用有关。 地球各圈层结构 人们对于地球的结构直到最近才有了 认识。整个地球不是一个均质比较清楚的 体，而是具有明显的圈层结构。地球每个 圈层的成分、密度、温度等各不相同。在 天文学中，研究地球内部结构对于了解地 球的运动、起源和演化，探讨其它行星的 结构，以至于整个太阳系起源和演化问， 都具有十分重要的意义。 地球圈层分为地球外圈和地球内圈两 大部分。地球外圈可进一步划分为四个基 本圈层，即大气圈、水圈、生物圈和岩石 圈;地球内圈可进一步划分为三个基本圈 层，即地幔圈、外核液体圈和固体内核圈。 此外在地球外圈和地球内圈之间还存在一 个软流圈，它是地球外圈与地球内圈之间 的一个过渡圈层，位于地面以下平均深度 约150公里处。这样，整个地球总共包括 八个圈层，其中岩石圈、软流圈和地球内圈一起构成了所谓的固体地球。对于地球外圈中的大气圈、水圈和生物圈，以及岩石圈的表面，一般用直接观测和测量的进行研究。而地球内圈，目前主要用地球物理的方法，例如地震学、重力学和高精度现代空间测地技术观测的反演等进行研究。地球各圈层在分布上有一个显著的特点，即固体地球内部与表面之上的高空基本上是上下平行分布的，而在地球表面附近，各圈层则是相互渗透甚至相互重叠的，其中生物圈表现最为显著，其次是水圈。 大气圈 大气圈是地球外圈中最外部的气体圈层，它包围着海洋和陆地。大气圈没有确切的上界，在2000 , 16000 公里高空仍有稀薄的气体和基本粒子。在地下，土壤和某些岩石中也会有少量空气，它们也可认为是大气圈的一个组成部分。地球大气的主要成份为氮、氧、氩、21二氧化碳和不到0.04,比例的微量气体。地球大气圈气体的总质量约为5.136×10克，相当于地球总质量的百万分之0.86。由于地心引力作用，几乎全部的气体集中在离地面100公里的高度范围内，其中75,的大气又集中在地面至10公里高度的对流层范围内。根据大气分布特征，在对流层之上还可分为平流层、中间层、热成层等。 水圈 水圈包括海洋、江河、湖泊、沼泽、冰川和地下水等，它是一个连续但不很规则的圈层。从离地球数万公里的高空看地球，可以看到地球大气圈中水汽形成的白云和覆盖地球大部分24的蓝色海洋，它使地球成为一颗"蓝色的行星"。地球水圈总质量为1.66×10克，约为地球总质量的3600分之一，其中海洋水质量约为陆地(包括河流、湖泊和表层岩石孔隙和土壤中)水的35倍。如果整个地球没有固体部分的起伏，那么全球将被深达2600米的水层所均匀覆盖。大气圈和水圈相结合，组成地表的流体系统。 岩石圈 对于地球岩石圈，除表面形态外，它主要由地球的地壳和地幔圈中上地幔的顶部组成，从固体地球表面向下穿过地震波在近33公里处所显示的第一个不连续面(莫霍面)，一直延伸到软流圈为止。岩石圈厚度不均一，平均厚度约为100公里。由于岩石圈及其表面形态与现代地球物理学、地球动力学有着密切的关系，因此，岩石圈是现代地球科学中研究得最多、最详细、最彻底的固体地球部分。由于洋底占据了地球表面总面积的2/3之多，而大洋盆地约占海底总面积的45,，其平均水深为4000,5000米，大量发育的海底火山就是分布在大洋盆地中，其周围延伸着广阔的海底丘陵。因此，整个固体地球的主要表面形态可认为是由大洋盆地与大陆台地组成，对它们的研究，构成了与岩石圈构造和地球动力学有直接联系的"全球构造学"理论。 软流圈 在距地球表面以下约100公里的上地幔中，有一个明显的地震波的低速层，这是由古登堡在1926年最早提出的，称之为软流圈，它位于上地幔的上部即B层。在洋底下面，它位于约60公里深度以下;在大陆地区，它位于约120公里深度以下，平均深度约位于60,250公里处。现代观测和研究已经肯定了这个软流圈层的存在。也就是由于这个软流圈的存在，将地球外圈与地球内圈区别开来了。 地幔圈 地震波除了在地面以下约33公里处有一个显著的不连续面(称为莫霍面)之外，在软流圈之下，直至地球内部约2900公里深度的界面处，属于地幔圈。由于地球外核为液态，在地幔中的地震波S波不能穿过此界面在外核中传播。P波曲线在此界面处的速度也急剧减低。这个界面是古登堡在1914年发现的，所以也称为古登堡面，它构成了地幔圈与外核流 体圈的分界面。整个地幔圈由上地幔(33,410公里深度的B层，410,1000公里深度的C层，也称过渡带层)、下地幔的D′层(1000,2700公里深度)和下地幔的D″层(2700,2900公里深度)组成。地球物理的研究表明，D″层存在强烈的横向不均匀性，其不均匀的程度甚至可以和岩石层相比拟，它不仅是地核热量传送到地幔的热边界层，而且极可能是与地幔有不同化学成分的化学分层。 外核液体圈 地幔圈之下就是所谓的外核液体圈，它位于地面以下约2900公里至5120公里深度。整个外核液体圈基本上可能是由动力学粘度很小的液体构成的，其中2900至4980公里深度称为E层，完全由液体构成。4980公里至5120公里深度层称为F层，它是外核液体圈与固体内核圈之间一个很簿的过渡层。 固体内核圈 地球八个圈层中最靠近地心的就是所谓的固体内核圈了，它位于5120至6371公里地心处，又称为G层。根据对地震波速的探测与研究，证明G层为固体结构。地球内层不是均质33的，平均地球密度为5.515克/厘米，而地球岩石圈的密度仅为2.6,3.0克/厘米。由此，地球内部的密度必定要大得多，并随深度的增加，密度也出现明显的变化。地球内部的温度随深度而上升。根据最近的估计，在100公里深度处温度为1300?C，300公里处为2000?C，在地幔圈与外核液态圈边界处，约为4000?C，地心处温度为 5500 , 6000?C。 月球圈层结构 月球是地球的唯一天然卫星，它与地球有着密切的演化联系。现今的月球内部也有圈层结构，但与地球内部的圈层结构并不完全相同。月球表面有一层几米至数十米厚的月球土壤。整个月球可以认为由月球岩石圈(0,1000公里)、软流圈(1000,1600公里)和月球核(1600,1738公里)组成。月球岩石圈又可进一步分为四层，即月壳(0,60公里)、上月幔(60,300公里)、中月幔(300,800公里)和月震带(800 , 1000公里)。软流圈又称为下月幔。在月壳的10公里、25公里和60公里深处，均存在月震波速的急剧变化，表明在这些深度处存在显著的不连续性。月球表面至25公里深处为玄武岩组成的月壳第一层次，25公里,60公里之间为月壳的第二层，由辉长岩和钙长岩组成。上月幔由富镁的橄榄石组成，中月幔和下月幔由基性岩组成。月球震源的位置位于600,1000公里的深度之间，平均月球震源深度为800公里。由于月球表面岩石的密度并不比整个月球的平均密度小很多，因此，可以认为月球核不会是较重的铁镍等元素组成，它可能呈塑性或部分熔融状。在月球1000公里深处，月幔温度不会高于1000?C。 月面特征 月面上山岭起伏，峰峦密布，没有水，大气极其稀薄，大气密度不到地球海平面大气密度的一万亿分之一。没有火山活动，也没有生命，是一个平静的世界。已经知道月海有22个，总面积500万平方公里。从地球上看到的月球表面，较大的月海有10个:位于东部的是风暴洋、雨海、云海、湿海和汽海，位于西部的是危海、澄海、静海、丰富海和酒海。这些月海都为月球内部喷发出来的大量熔岩所充填，某些月海盆地中的环形山，也被喷发的熔岩所覆盖，形成了规模宏大的暗色熔岩平原。因此，月海盆地的形成以及继之而来的熔岩喷发，构成了月球演化史上最主要的事件之一。 月球上的陨击坑通常又称为环形山，它是月面上最明显的特征。环形山，一是陨星撞击的结果，二是火山活动;但是大多数的环形结构均属于陨星的撞击结果。环形山周围有溅射出来的物质形成的覆盖层;溅射的大块岩石又撞击月球表面，形成次生陨击坑。由于反复的陨星撞击与岩块溅落，以及月球内部喷出的熔岩大规模泛滥，使得许多陨击坑模糊不清，或只有陨击坑中央的尖峰露出覆盖熔岩的表面。 月球运动 地球与月球构成了一个天体系统，称为地月系。在地月系中，地球是中心天体，因此一般把地月系的运动描述为月球对于地球的绕转运动。然而，地月系的实际运动，是地球与月球对于它们的公共质心的绕转运动。地球与月球绕它们的公共质心旋转一周的时间为27天7小时43分11.6秒，也就是27.32166天，公共质心的位置在离地心约4671公里的地球体内。 宇宙间天体之间都存在相互间的作用，其中所谓"潮汐作用"是重要的作用形式之一。由于地月间距离相对较近，这种潮汐作用更为明显。太阳系天体中，月球对地球的潮汐作用约 为太阳对地球潮汐作用的2.2倍，并远远大于其它天体对地球的潮汐作用。由于月球的潮汐摩擦作用使得地球自转变慢，每天时间变长，平均每一百年一天的长度增加近千分之二秒。同时，由于地球自转变慢，使得月球缓慢向外作螺旋运动，目前月球正以每年3,4厘米的速度远离地球。同样道理，地球对月球的潮汐作用，使得月球自转周期变得与其公转周期相同。月球的自转和公转都是自西向东的。月球的这种自转，称为同步自转。因此，自古以来，人们看到月球总是以同一面朝向我们地球。 银河系 银河系是地球和太阳所属的星系。银河系约有2000多亿个恒星。银河系侧看像一个中心略鼓的大圆盘，整个圆盘的直径约为10万光年，太阳位于据银河中心2.3万光年处。鼓起处为银心是恒心密集区，故望去白茫茫的一片。银河系俯视像一个巨大的漩涡这个漩涡有四个旋臂组成。太阳系位于其中一个旋臂(猎户座臂)，逆时针旋转(太阳绕银心旋转一周需要2.5亿年)。 银河系呈旋涡状，有4条螺旋状的旋臂从银河系中心均匀对称地延伸出来。银河系中心和4条旋臂都是恒星密集的地方。从远处看，银河系像一个体育锻炼用的大铁饼，大铁饼的直径有10万光年，相当于946080000亿公里。中间最厚的部分约12000光年。太阳位于一条叫做猎户臂的旋臂上，距离银河系中心约2.3万光年。 银河系是一个巨型旋涡星系，Sb型，共有4条旋臂。包含一、二千亿颗恒星。银河系整体作较差自转，太阳处自转速度约220千米,秒，太阳绕银心运转一周约2.5亿年。银河系的目视绝对星等为,20.5等，银河系的总质量大约是我们太阳质量的1万亿倍，大致10倍于银河系全部恒星质量的总和。这是我们银河系中存在范围远远超出明亮恒星盘的暗物质的强有力证据。关于银河系的年龄，目前占主流的观点认为，银河系在宇宙诞生的大爆炸之后不久就诞生了，用这种方法计算出，我们银河系的年龄大概 在145亿岁左右，上下误差各有20多亿年。而科学界认为宇宙诞生的“大爆炸”大约发生200亿年前。 银河和银河系 我们肉眼看见的所有恒星，以及许许多多因为太暗而肉眼看不见的恒星，还包括我们的太阳和太阳系在内，都属于一个巨大的恒星系统，即银河系。银河系中还包括许多星团、星 际介质和星云。 这是一条朦胧不清的光带，绵延天空一整周。平均宽度约为20度。银河是由许多遥远的恒星组成的，表明了银河系的恒星在这一带非常密集。在银河中还可以看待许多暗带，说明在银河的方向上有大量的星际介质和暗星云存在。 银河系的结构、大小和运动 河外星系的发现，使得我们可以通过它们来认识我们的银河系。 现已知道，银河系的中心有一个突起的 核球，半径有一万多光年，里面的物质非常 密集，充满了浓厚的星际介质和星云。银河 系还有一个扁平的盘，称为银盘。硬盘中恒 星很密集，还有各种星际介质和星云及星 团。银盘的直径有10多万光年，厚度只有 几千光年。我们看到的银河，就是银盘中遥 远的恒星密集在一起形成的。银盘一个非常 引人注目的结构是有旋涡状的旋臂，因此银 河系属于旋涡星系。 银河系除了核球和银盘以外，还有一个 很大的晕，称为银晕。银晕中的恒星很稀少，还有为数不多的球状星团。银晕的半径可能伸展到30万光年之远。 银河系具有自转运动，但不像我们地球这样整体转动。银河系自转的速度，起先随离开银河系中心的距离增大而增大，但达到几十万光年后就停止增加，直到银晕中很远处都大致保持不变。 太阳在银河系中位于银盘之内，离开银河系中心约2.6万光年。太阳参加银河系自转的速度每秒200多千米。假定银河系中的恒星质量都与太阳相同(这并不是事实)，那么可以推算出，在银河系中，大约有1000多亿颗恒星。