地震学科普之窗（六）
——地球内部动力学＊

大木圣子

（东京大学地震研究所）

地震学科普之窗（六）
——地球内部动力学＊

大木圣子

（东京大学地震研究所）

1 地球内部的结构

大地君莱先生果然也喜欢宝石呀。

莱助教啊？宝石？

大地君你一直在说8月的生日石什么的……

莱助教是的，8月的很好。“橄榄石”毕竟是构成地幔的矿物质。地幔可是个宝石箱呀，一定想去看看吧。从美丽的绿色变向深蓝色的上地幔，最终变成褐色的下地幔，从这里再往前就是铁的世界。在岩石和铁的边界，我们似乎可以看到什么。

我决定应该跟着莱先生的观点探讨一下地球内部。地球内部结构正像莱先生刚才说的那样，覆盖在地表的叫地壳，是一层薄薄的岩石壳。如果把半径6 400 km的地球比作鸡蛋，恰好就像鸡蛋壳一般的厚度。以我的身高为例，似乎不到手指的厚度。地壳下面有地幔，莱先生所说的绿、蓝、褐色的宝石箱的世界就是这里。厚度大约是地球半径的一半，约占2 900 km，也恰似鸡蛋蛋白的厚度。相当于蛋黄的部分被称为地核。从地球中心到3 500 km是地核，地核部分由它上面的岩石层变为由铁组成的铁的世界（图1）。

大地君如果从我们生活着的地表看，如大家所知，地球是由岩石构成的，但它的中心却是由铁构成的呀。

莱助教这是因为，铁比岩石重，不断地向下沉，便构成了地核。地核也可分为两层，靠近中心的是内核，往外的是外核。两者的不同是什么？

大地君地核的外核是由液体、内核是由固体的铁构成。外核是液体的事实是根据地震波解析而确定的。上一章我们学过的S波在其中起到了重要的作用。S波具有在液体中不能传播的性质，所以，我们得知了在地球的深处有液体层。这不只是灾害学研究了，还扯到地震学了。

莱助教是的。地震波是地球内部的旅行者，倾耳静听，可以从中获得各种信息，这就是地震学者的工作，也是其乐无穷呀。

2 地幔是宝石箱

大地君刚才莱先生提到的绿色、蓝色、褐色的世界就是地幔吧（图2）。

莱助教是的。地幔也可分成两层。

大地君是的，660 km左右的厚度可分为上地幔和下地幔，都是由“橄榄岩”构成。

莱助教你知道橄榄岩与绿宝石的关系吗？

图1

图2

大地君所谓的××岩，是由几种被称之为××石的矿物构成的。例如，橄榄岩是由橄榄石和玻辉岩、石榴石构成。

莱助教石榴石是1月的生日石，非常漂亮的深红色的宝石。

大地君啊，地幔真的是宝石箱呀。

莱助教关于颜色再补充点儿，即便是同一种岩石，随着深度的变化，颜色也是会变的呀。

大地君嗯，这是为什么？深度变化有什么启示吗？

莱助教是的。在地球内部，越深压力越大，因此，矿物的结晶结构就会改变，颜色也会改变。

大地君啊，有意思。看来也要学点矿物学知识了。

3 物质边界与力学边界

莱助教这是一个比较刁钻的问题。板块是指哪个部分？

大地君啊？它与地壳有区别吗？

莱助教这是个极为小儿科的错误。我刚才提到的区分是根据物质来区分的边界。也就是构成岩石种类不同的边界或是岩石与金属之间的边界。我们在前面“板块构造学和地震发生的地方”已经学过，板块是运动的，所以，在地球内部又特别定义了力学边界一词。

大地君原来如此，这么说，板块的厚度似乎有100 km左右，比地壳还厚呀。

莱助教我们把上地幔中最上部的坚硬部分和地壳统称为岩石圈。它的下面叫软流层，软流层的状态很柔软，即呈粘性稍低状态。

大地君柔软的软流层上面承载着坚硬的岩石圈，不光载着，还要运动。我们把这个运动的部分称之为板块。

4 地球内部的对流

莱助教以前听说过地幔对流这个词吧，若从长时间尺度来看，宝石箱般的地幔是缓慢运动的，这就是板块运动的证据。

大地君是的，就像是我们做大酱汤时，从锅底黏黏糊糊地上来，在酱汤表面冷凝，又慢慢沉下去一样。由于外核是液体的，所以比地幔更容易对流吧？

莱助教哎。根据板块移动的速度来看，地幔的对流一年大概达10 cm吧。液体外核以每年10 km相当快的速度对流。但是没有铁和岩石混合着对流的，外核就是外核，地幔就是地幔，地球内部有着两大对流。

大地君这次真是清楚地看到了力学性质的地球的姿态了。

莱助教人类能够到达的某个深度仅仅是4 km，即便是钻细孔，充其量也就是12 km。地球的半径有6 400 km，我们根本无法看到，你不觉得地球内部比宇宙更遥远吗？

5 新堂教授的简单提问：对流的原因

新堂教授我们研究地球内部时，会发现很多像物质边界和力学边界这样的切口。我们开展地震波分析、矿物高压实验、计算机模拟，还有针对外核对流产生地球磁场进行电磁学方面的分析。

大地君未知的领域就在我们脚下，令人惊叹。我们不能直接看到的东西，应该可以通过地震波或电磁场看到吧。

新堂教授是的。但是，怎么知道产生对流的？产生对流的原动力是什么呢？

大地君我觉得和大酱汤一样，是热吧。但热源又是什么呢？地球中心热？那又是什么时候有的呢？

新堂教授这要从原始地球说起。在尘埃和陨石汇集形成地球时，它们之间相互碰撞产生热，还有一些放射性元素分裂也会生热。据说地球内部温度可达6 000℃。

大地君对流是把这些热向外传出去的运动吗？

新堂教授是的。为了让热从我们生活的地表释放出去，便产生了地核的和地幔的对流。由于靠热传导释放热的效果不好，所以，形成了外核和地幔的对流。

大地君是通过外核对流释放热，冷却下来就形成了固体的内核吧。

新堂教授可以这样认为。受热的地幔也对流，在向低温的地表进行对流，在地表冷却下来的部分形成坚固的岩基的板块，以每年数厘米的速度缓慢移动，再从海沟向地幔中俯冲下去，这个过程中，就会发生火山活动和地震。地球是个具有力学性质的星球，只是怕热。

地震只是地球的这种大规模运动的一部分，我们居住着的世界的脚下发生如此可怕的事情。宛如宝石箱的地幔之下有由流动的铁液体构成的外核，地球的中心有固体的铁的核，外核和地幔分别进行着大的对流，地球在自己冷却自己。尽管地震令人讨厌，但如果没有对流，没有火山和地震，冷却坚固的地球将无法想象。尽管如此，还是让我看到了地球多么令人惊恐的一面，我还是重新成为了地球科学迷。

摘译自：地震本部ニュース.2010年10月号.第3卷第6号：8－11

原题：謎解き地震学——地球内部のダイナミクス

网址：http：∥outreach.eri.u－tokyo.ac.jp／charade／

（北京市地震局 彭岩 译；卢振恒 校）

（译者电子信箱，彭岩：pybj1201＠yahoo.com.cn）

P315；

E；

10.3969／j.issn.0235－4975.2012.01.008

2011－03－16。