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漫话内波(一)前 言

已有 5170 次阅读 2011-10-17 09:01 |个人分类:大地构造|系统分类:科普集锦| 内波, 波与波动, 界面波动, 壳幔圈层相互作用

 

 

波与波动是物质重要而又普遍的运动方式。水面的涟漪、海面上的波浪都是我们常见而熟悉的波。这类波都发生在两种可流动物质交界面上,当其中一层是大气,这类波就能被直接观测到。天空中的云浪、沙漠中的沙丘也是我们可直接观测的内波。

海面上的波浪,似乎永无平息之时。

 

但在很多情况下,这种内波不能直接被我们观测到。如海面之下的海洋内波,直到不久前才为海洋科学研究关注。大河底的沙波也是肉眼难以直接观测的。

界面内波的发生起因于两层物质通过界面的相互作用:一层相对于另一层的运动,或层间发生应力的传递,或受到外界的扰动。因为极少有完全安静的环境,所以只要有两种可流动物质相连接,在它们的交界面上就会有界面内波出现。

沙漠中的沙丘最高可达到200m高度,南海中的内波的幅度达到170m。但它们并不是地球上规模最大的内波。

地球上最大的两种可流动物质交界面就在我们脚下深数十公里的地方,这里是地壳与地幔两种物质的交界面-莫霍面。地震探测发现,地球上最大的内波系统就在这里。地球上最深的莫霍面在青藏高原,深度约70km;最浅在深海沟处,深不到20km。莫霍面内波的波高可达到5-6万米,波长达数百、数千公里,海洋内波与之相比简直是微不足道了。

地壳的密度低,地幔密度高,交界面的起伏致使重力失衡。因重力均衡作用,地表就会发生沉降和隆起,直到形成与莫霍面起伏呈镜像对称的地面起伏。地面起伏的幅度大致是莫霍面起伏幅度的四分之一,足以造成地球上最高耸的山脉及最深的海沟。

这个巨大的内波系统中蕴藏的重力位能达到8.5×1026J,足够全球地震活动释放一百万年之久!但是,这个内波系统具有的威力目前尚未被地球科学充分和明确地认识到。

当前地球科学主流学派认为,是地幔对流推动了全球大地构造运动,造成了地球上的高山深谷。本系列文章则指出,直接用壳、幔圈层间相互作用导致莫霍面内波生长来解释全球大地构造运动的发生和演化会比地幔对流说更简单而直接。



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