固体地球物理入门：从地震波到内核自转
主题课程
课程简介
这门课回答一个具体的问题：人类从来没有钻透过地壳，凭什么说得出地核的半径、温度、相态，甚至说出内核在什么时候转得快一点？答案几乎全在地震学和地磁学的推理链条里。
课程从地震波的传播入手。地震波分P 波和S 波，前者能穿过液体，后者不能，于是液态外核在地表投影出一片"S 波阴影区"。阴影区的边界位置，几乎直接换算出了核幔边界约 2890 公里深这个数字。
接下来是速度结构如何变成温度与相态。seismic tomography 给出的三维速度异常，配合矿物物理实验室内合成矿物在高压下的弹性数据，才能说清上地幔的低速层为什么部分熔融、后钙钛矿相为什么只出现在核幔边界上方。
最后一段走到内核自转这个相对年轻的方向。地震学重建的差异旋转、磁场变化反演出的核流，与天文观测给出的日长记录放在一起，可以约束核幔之间的扭矩平衡。2026 年 9 月发表在 Nature 的工作，就是在这条链条上补了一环。
图1：P 波与 S 波在地球内部的路径差异，阴影区由此出现
学习目标
- 说出地球四层圈层的边界深度、相态与主要成分
- 用 P 波与 S 波的行为差异，解释核幔边界深度是怎么被"听"出来的
- 读懂速度剖面图，知道哪些结论来自测量，哪些来自模型
- 说明日长的数十年尺度起伏如何被用来约束地核动力学
- 对地核研究中的不确定性保持敏感，能指出证据链里最弱的一环
章节概览
- 第一章：地球四层结构与压力温度剖面 —— 从 12 公里深的钻孔说起
- 第二章：地震波作为探针 —— P、S、面波的走时与阴影区
- 第三章：从速度到物质 —— 矿物物理实验与相变边界
- 第四章：地磁场与液态外核 —— 发电机理论与核流反演
- 第五章：内核的差异旋转 —— 争议、证据与最新进展
- 第六章：日长的四本账 —— 把天文观测与地核动力学接起来
图2：地球内部四层结构，半径约 6370 公里而最深钻孔只有约 12 公里
适合谁
有高中物理基础、想读懂地球科学论文结论的读者。前四章不要求微积分，第五章会用到一点角动量守恒，公式都在课程内推导。课程配套 50 道练习题，覆盖圈层结构、波速判读与日长机制。
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