地殼與地函的分界 – 地表附近的地震波速度變化

地殼與地函的分界位在地表附近數公里到數十公里深的位置,可是課本上所提供的地震波速度隨深度變化圖通常都是整個地球,地表附近的地震波速度根本看不出來,也不知道沒有地表附近的地震波速度變化圖的老師該怎麼上課,學生該怎麼想像?

地表附近的地震波速度變化(詳細說明請參閱文字內容)

地表附近的地震波速度變化(詳細說明請參閱文字內容)

上圖為地表附近的地震波(S波)速度變化,是根據PREM*的全球模型所繪製。橫座標為地震波速度,縱座標為深度,黑線代表地震波(S波)的速度,藍線代表地殼與地函的分界(莫氏不連續面),兩條紅色虛現之間的範圍就是低速帶(軟流圈),因此岩石圈(板塊)的位置則相當於第一條紅色虛線(約80公里深)以上的範圍。

從上圖可以看出,在地殼與地函的交界處(約33公里),S波速度從原本的每秒3.9公里變成4.5公里,這樣的地震波速度突然變化我們稱之為不連續面,代表地震波速與組成地球內部物質的不連續(突然變化)。但是龜毛一點的老師或同學也許會質疑,在深度13公里附近,不是應該有更明顯的速度不連續(從3.2→3.9)。其實在最初的地震波速度研究中,並沒有足夠的資料能夠看出這個深度的速度變化,因此最早發現速度有明顯變化的深度,也就是大約33公里深的這個地方。

上圖中另一個值得注意的特徵是軟流圈的S波速度變化,由於有太多同學(甚至是老師)都認為軟流圈「就是岩漿」,其實是有點偏差的認知。首先是S波無法通過液體的特性,如果軟流圈就是岩漿,為何軟流圈仍有S波傳遞呢?再者,軟流圈的S波速度不僅存在,而且僅僅微幅下降的現象,更顯示軟流圈其實與上下層之間的岩石性質差異不大。因此希望藉由這張「地表附近的地震波速度變化」圖,可以重新給大家一些比較正確的觀念。

*關於PREM模型以及地球內部分層模型的演進,請參考另一篇「地球分層構造研究的演進」。

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