【瀚海文摘】纪念人类发现地壳100周年

第 245 期

编者按：人类在探索地球奥秘的过程中，逐步认识地球的组成和结构。本文是817校友魏东平2009年为纪念人类发现地壳100周年而创作的文章，旨在回顾地质学发展史中做出杰出贡献的地球物理科学家们。10年之后的今天，本文依然值得我们认真阅读和思考。

图一 地球内部结构示意图

我们人类，知道自己生活在一个球状的物体上，可以上溯到很早很早以前。

100年前及至更早一段时间，人类对于地球本身的一些了解，就已经达到比较好的程度。例如：通过天文与物理学的方法，那时候我们就已经知道，地球严格来讲不是球体，而是接近于一个椭球体，并且其赤道半径较两极半径要大三百分之一左右，这是因为地球在不停地自我旋转，而且不是一个完全的刚性球体；我们还知道，地球内部的质量分布是不均匀的，因为它的转动惯量系数为0.33，比质量均匀分布的球体转动惯量系数（0.4）要小。因此，整体来讲，地球外面部分的物质应该比靠里面些的要轻。

图二 南斯拉夫地震学家莫霍洛维奇

到了1909年，南斯拉夫地震学家莫霍洛维奇（图二），在研究萨拉布地区一次地震时发现，地震波的传播速度，在地下数十公里处存在跳跃的现象。此后，通过世界各地的地震学家们的共同研究，人们发现这种地震波传播速度跳跃，普遍存在于整个地表以下，包括存在于整个大洋与大陆，深度范围从最浅处的10公里左右，到青藏高原等的最深处约80公里范围。

现在我们都知道，这个速度跳跃的界面，叫莫霍面，而莫霍面上面的地表部分，便叫地壳；但在当时，科学家们将莫霍面以下直至地球中心的广大部分，统称为地幔，但包含一个若影若现，并且其密度应该比起外围更重一些的“地核”。

图三 地震学家古登堡

此后，1914年，一位出生于德国，后去美国加州任加州理工学院教授,名叫古登堡（图三）的地震学家，在详细分析与整理数以千计的地震记录时发现：绝大多数情况下，在距地震震源的距离大概12000公里到16000公里的带状范围内，地震记录仪上观测不到地震的直达P波（压力波、纵波）。结合地球转动惯量系数等其它来源的观测资料，古登堡因此比较明确地指出，在距地表约3000公里深处，同样存在一个类似莫霍界面的全球性界面。于是，原先的地幔一分为二：地幔与地核。今天，划分核幔的这个界面则被称为核幔边界，也称古登堡面。

图四 丹麦地震学家莱曼

沉寂了20多年后，一晃到了1936年，一位丹麦女士，地震学家莱曼（图四），通过深入分析地震波在地球内部的传播，发现一个现在我们称为PKIKP的震相（P波进入内核边界时只有很小部分能量变成S波，而大部分还是P波）的存在，其与另一P波相关震相存在高度相关性的差异。莱曼据此推断，古登堡划分出的地核还可进一步细分：液态外核与固态内核。当然，现在我们称划分地球内外核的这层边界为莱曼界面。

这样，通过100年来科学家们的工作，我们人类赖以生活的地球，是由地壳、地幔与地核三部分所组成的观念，已深入人心；部分社会公众还进一步了解，地核部分包括液态外核与固态内核两部分。

很显然，西方科学家们对于地球物理学方面的贡献，大而化之到对整个现代科学的贡献，从我们教科书上，比比皆见的动辄以某某西方科学家命名的现象，例如牛顿三定律之类，可一目了然，不须赘述。

我更关心的则是，在这场持续百年，以十年为时间度量单位的“竞赛”中，西方之外的人群，尤其是东方的世界里，一直互为主要对手的两个国家——中国和日本，其相关领域的科学家们，他们对于地球物理学的贡献如何？

结果说起来，套用宋丹丹的话，那是相当地伤心！

图五 日本地球物理学家竹内均

翻查地球物理学方面的中外文教科书，日本地球物理学家们的名字，已经数次出现在教科书上。例如：对于地球潮汐问题进行开拓性研究的竹内均（图五）、与贝里奥夫共同发现俯冲地震带的和达清夫、对于地球自由振荡规律进行非常深入研究的志田顺、以及在海底扩张与板块构造学术的构建方面、对于板块运动的动力驱动机制作出重要原创性贡献的上田诚也，等等。

以上几人都是日本的本土科学家，或曰日本土鳖，虽然他们都或多或少地具有“海龟”背景。如果考虑到“身在美国，胸怀日本”的日本科学家群体，那么，对于现代地震学做出杰出贡献的美国加州理工学院教授金森博雄（图六），以及现在作为地震学专业学生圣经般的经典教材，名为《定量地震学》的主要作者，生前曾任美国南加州大学教授的安艺敬一（图七）两人，则应当之无愧地，跻身于世界杰出地球物理学家的榜单前列。

图六 地震学教授金森博雄

图七 《定量地震学》的主要作者安艺敬一

反观中国，100年来，能够与以上几位日本地球物理学家们对等比拟、并驾齐驱的，特别是能够提出受到学界公认的，在中外教科书中有命名的模型、公式与基本概念的科学家，那是几乎一个也还没有出现。

我在课堂上讲课之时，偶尔也与研究生们言及此类问题，怅然若失之际，其时心中不免感觉有所戚戚。

顺便，关于竹内均，可以再说两句。

学界外人士对竹内均其人，可能了解不多。事实上，除去对于地球科学的重大贡献，竹内均还一手创办了国际著名的科普杂志《Newton》，那些激动人心的大自然奥秘，以及那些本来看上去非常严肃的科学话题，通过竹内均等科学家们娓娓动听的介绍，社会公众才渐渐感觉到，这些奥秘与严肃，原来距离自己并不是那么遥远。

图八 《日本沉没》电影1973版

上世纪80年代，中国曾经播放过一部名为“日本沉没”的日本电影（图八），创作这部电影的作家小松左京之主要构思，便是来源于竹内均时代，包括竹内均本人在内的一批日本科学家们，对于日本危机意识的疾声高呼。完全可以这样讲，竹内均对于整个日本社会的后现代科学启蒙，贡献至伟。

谨以此文，纪念人类发现地壳100周年。

PS：本篇短文，上网时的最初名称为：“中国与日本的差距：以地球物理学研究为例”。但又觉得题目太过直白，并且正文部分提供的一些文字证据，不能够充分破题，于是决定对正文进行一番修改，并在经过斟酌之下，安上了现在的名字。

后记：看到网上铺天盖地纪念达尔文诞辰200周年的报道，我也凑个热闹！说个与100周年纪念有关的事情（注：所有照片均来自于公共资源）。

注：科大校友詹中文（0200）和叶玲玲（0407）（图九）分别于2016年和2018年获得美国地球物理联盟颁发的年度安艺敬一青年科学家奖（每年一名），他们目前分别执教于加州理工学院和中山大学。

图九 左：0200校友詹中文，右：0407校友叶玲玲

作者简介

魏东平，1981年考入中国科学技术大学地球与空间科学系，硕士毕业后攻读东京大学地球与行星物理系博士。现任中国科学院大学教授，地球与行星科学学院固体地球物理教研室主任。对东亚地区的微板块运动做出了重要工作，给出在贝加尔隆起有每年至少0.4至0.7 mm的扩张速率，及日本海东缘的每年6至15 mm与日本南海地槽带的每年51至66 mm收敛速率的结果，并与最新的GPS观测结果进行了比较分析。提出了软流层静压推力的概念，可以将传统意义上针对海洋板块型而言的洋脊推力扩展至大陆型板块。

 编辑：牟志坚796 李慧群1206

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