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第三章 固體地球

第三章 固體地球. 王光正. 地球淺層岩石的化學成分. 目前人類挖掘不到 15 公里深，只能確定地球表層的元素. 地球內部層圈 構造. 地球內部可分為 地殼 、 地函 、 地核 三層 地殼又分成 大陸地殼 與 海洋地殼 大陸地殼厚約 20 ～ 70 km ，主要為花岡岩質岩石 海洋地殼厚約 7 ～ 10 km ，主要為玄武岩質岩石. 地球內部層圈構造. 在海洋地區地下深約 75 ～ 225 km 及大陸地區地下深約 120 ～ 225 km 處，岩石部分融熔，稱為 軟流圈 軟流圈以上較堅硬的固體部分稱為 岩石圈

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第三章 固體地球

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Presentation Transcript

  1. 第三章 固體地球 王光正

  2. 地球淺層岩石的化學成分 目前人類挖掘不到15公里深，只能確定地球表層的元素

  3. 地球內部層圈構造 • 地球內部可分為地殼、地函、地核三層 • 地殼又分成大陸地殼與海洋地殼 • 大陸地殼厚約 20～70 km，主要為花岡岩質岩石 • 海洋地殼厚約 7～10 km，主要為玄武岩質岩石

  4. 地球內部層圈構造 • 在海洋地區地下深約 75～225 km 及大陸地區地下深約 120～225 km 處，岩石部分融熔，稱為軟流圈 • 軟流圈以上較堅硬的固體部分稱為岩石圈 • 外地核為液態，內地核為固態，地核（外地核 + 內地核）的主要成分為鐵與少量的鎳

  5. 怎知地球內部的成分及構造? • 最直接的方式─鑽井 • 但目前最深不超過10公里 • 利用地震波 • 其他推測地球內部的方法… • 地熱流、重力探測、地磁變化、地球轉速、比較隕石、地球密度的測量…

  6. 地震波 • 震源 • 岩層斷裂處，產生震波的起點，通常在地底下。 • 震央 • 震源垂直投影至地表處的一點。 • 地震強度 • 地面搖晃或受破壞的程度。 • 地震規模 • 震源釋放能量的多寡 • 規模8.2的地震威力，如果以轟炸日本廣島的原子彈作為比較的標準來看，它的能量相當於1,000個同類型原子彈的能量。

  7. 資料來源：中央氣象局http://www.cwb.gov.tw/V6/images/earthquake_FAQ/KEQ12.gif資料來源：中央氣象局http://www.cwb.gov.tw/V6/images/earthquake_FAQ/KEQ12.gif

  8. 地震觀測網站 • 中央氣象局: http://www.cwb.gov.tw/V5/seismic/quake.htm • 美國地質調查中心 http://earthquake.usgs.gov/eqcenter/

  9. P波比S波的傳遞快

  10. 地震波的型式 • P波 • 質點振動方向與波形前進方向一致(平行) • 可在液體、氣體及固體中傳遞 • S波 • 質點振動方向與波形前進方向垂直 • 只能在固體中傳遞

  11. 地震波的型式

  12. 古氏不連續面

  13. Ｐ波和Ｓ波的特性 • 從圖中應該可以看出 • 相似點：不同深度的波速變化類似 • P波波速增加時，S波波速亦增加。 • 在約2900公里深時兩者波速皆突減。 • 相異點：P波波速較S波快。 • 同一深度的P波速皆比S波快。 • S波在約2900公里深時的速度降為零。 • 震波速度的改變可推知地球內部的狀況。 • P波可在固、液、氣體中傳遞，但S波只能在固體中傳遞。 • 震波在固體中的傳遞速度比在液體中快。 • 震波在物質密度愈大時，傳遞速度會愈快。

  14. 綠色細線的部分 速度（公里 / 秒） 軟流圈 深度（公里） 岩石圈 上部地函最上層 軟流圈 地殼 地函 地核 利用地震波為地球分層

  15. 地殼 軟流圈 地 函 岩石圈 利用S波波速分層 莫氏不連續面

  16. 就時間來看，地函具有流動性，而軟流圈的流動性更大就時間來看，地函具有流動性，而軟流圈的流動性更大 地函(地幔)的特性

  17. 由地震波的速度分布推知地球的構造

  18. 板塊運動的動力 • 地函的熱對流提供板塊運動的動力 水的熱對流 地函的熱對流造成板塊運動

  19. 臺灣1993至1995年地震震央分布

  20. 震源在那裡?

  21. 如何得知震源的位置？ • 利用震接收到P波與S波到達測站的時間差可以得知震源的可能位置 • 例:假若P波波速為5 km/s，S波波速為3 km/s，某測站於7:00:00收到P波，7:00:10收到S波，則震源在何處? 解: 假設震源位於X公里處，則P波與S波到達測站的時間差可列成下列等式─ 可解得X=75 即震源約位於75 km處，換句話說，以測站為圓心，75 km為半徑所畫出來的球面皆可能為震源所在。

  22. 若僅有兩測站的資料，仍無法確定震源位置 測站 測站 震源的位置可能為此線段地底下的弧線

  23. 兩個半球面的交集(圖中紫色弧線)皆可能為震源所在兩個半球面的交集(圖中紫色弧線)皆可能為震源所在

  24. 震源的位置可協助判斷板塊在地底下可能的構造震源的位置可協助判斷板塊在地底下可能的構造

  25. 補充 規模如何計算? • 目前世界所通用的地震規模為芮氏規模(ＭL)，乃美國地震學家芮氏於1935年所創。 • 其定義為：一標準扭力式伍德－安德森地震儀(Wood-Anderson torsion seismometer)（自由週期0.8秒，倍率2,800倍，阻尼常數0.8）在距震央100公里處所記錄的最大振幅以微米(10-6 ｍ)計的對數值。 • 其計算公式為： ML = logＡ - logＡ0 式中Ａ = 標準扭力式地震儀，在某觀測站所記錄之最大振幅(以μm為單位，1μm = 10-6ｍ)。Ａ0 = 距離修正量；當標準扭力式地震儀於標準地震(ＭL = 0 )所記錄之最大振幅。

  26. 補充 規模差1，能量差? • 根據地震學家古騰堡(Gutenberg)之公式： logＥ = 11.8 + 1.5ＭL • 可知規模每增加一個單位，其所釋放的能量約增大30倍。

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