2015年12月1日

談談「古氏」與「雷氏」不連續面

作者/龔慧貞(成大地球科學系副教授,專長為高壓實驗,研究地球內部物質在地球內部條件下的物理及化學性質行為)

若人在事件上有重要影響或重要發現時,我們習慣將此事件發現或發明冠上此人的姓氏,例如:「阿基米德」原理或「希格斯」玻色子等。在地球科學領域裡也有許多諸如此類的例子,如「莫氏」不連續面,是以克羅埃西亞籍的地震學家莫霍洛維奇(Andrija Mohorovičić)命名,代表地球內部被觀察到最淺的速度不連續面,它在「大陸地殼」區的平均深度為30~40公里處,在「海洋地殼」區則不到10公里深。

然而,筆者發現現行的國高中「地球科學」課本、大學地球科學相關科系的教科書或網站內容中,多將「核幔邊界」及「外-內核邊界」分別以「古氏不連續面(Gutenberg discontinuity)」及「雷氏不連續面(Lehmann discontinuity)」為名,此實非一般地震及地球物理學者討論時所用。為釐清「基礎教育」與「學術界」慣用之差異,故筆者欲藉此文說明「古氏」及「雷氏」不連續面的深度所在問題。

地球內部的不連續面
若是談到「固體地球」,不免會提起地球內部有如洋蔥狀的結構。這些層與層之間的界面在地球內部稱為「不連續面(Discontinuity)」。然而,地球內為什麼會形成界面?主因是這些界面上、下的地球物質密度改變量極大,導致震波在界面的傳播速度有明顯且不連續的變化。

物質密度在界面呈現急遽改變的原因可能有:(1)物質成分改變(核-函或核-幔邊界),如固態的矽酸鹽及氧化物變為熔融狀態的鐵鎳合金;(2)物質狀態改變,地核中的鐵鎳合金自外核到內核從流體變成固體;(3)物質結晶結構狀態改變,如地函(地幔)中的不連續面,因矽酸鹽礦物「橄欖石」在不同深度受到不同溫度、壓力影響而產生一系列晶體結構改變或化學成份分解所造成。這些物質變化在地球內部的不同深度形成所謂的速度不連續面(帶),分別位於400(或410)、670、2890(核-函邊界)以及5149公里(外核-內核邊界)。......【更多內容請閱讀科學月刊第552期】

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