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纪念人类发现地壳100周年【修订版】 精选

已有 8160 次阅读 2009-2-15 01:39 |个人分类:地球物理|系统分类:教学心得|关键词:学者| 达尔文, 地球, 地壳, 中日, 科学启蒙

 

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。(自评:这一段基本是废话,可以删去

100年前及至更早一段时间,人类对于地球本身的一些了解,就已经达到了比较好的程度。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那么一些,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不是均匀的,因为它的转动惯量系数为0.33,比均匀质量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。

到了1909年,南斯拉夫地震学家莫霍洛维奇(左图),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工作,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”。

此后,1914年,一位出生于德国,后去美国加州任CIT教授,名叫古登堡(左图)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。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。

沉寂了20多年,一晃到了1936年,一位丹麦女士,地震学家莱曼(右图),通过深入分析地震波在地球内部的传播,发现存在一个现在我们称为PKIKP的震相,其与另一P波相关震相的比较,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,便已深入人心;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,不须赘述。这从我们教科书上,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,便可一目了然。

我更关心的则是,在这场持续百年来,以十年为时间单位度量的竞赛中,西方之外的人群,尤其是对于东方的世界,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!

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,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CIT教授金森博雄,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。

反观中国,迄今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,特别是能够受到学界公认的,已经出现在中外教科书中的,以上述数个日本科学家命名的模型、公式与基本概念的情况,对于中国科学家而言,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。

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,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,包括其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的结果。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)。



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