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地球内部固液的百年大争论(2)
4、地球的固液二象性
在物理学中,有一个长达数百年的争论,肇始于牛顿,终于爱因斯坦,就是光到底是波还是粒子。牛顿认为是光是粒子,后来法国科学家托马斯·杨通过双缝干涉实验证明光是一种波。后来,爱因斯坦提出,光既表现为波,又能表现为粒子,从而解决了这个百年争端。
地球内部状态也是一个百年难题,液态说固态说相继登场,互有胜负。在地震仪接收到地球另一端的地震信号后,似乎意味着地球内部确实都是固体的。但是,在发现地核的过程中,新的问题又出来了。
地震波在地球内部传播的时候有两种,一种是P波,速度快,在固体和液体中都可以传播,但在液体中速度会变慢;另一种是S波,速度较慢,只能在固体中传播。理论上,一次大地震后,全球任何地点都应该可以检测到这两种波。但在19世纪的末期,地球物理学家就感觉到不对劲了。当时的科学界可以分为两派,一个是传统的科学重镇英国,一个是以德国和法国为代表的欧洲大陆学派。为了各自的荣光,两派在科学家展开了全方位的竞争。
最早,根据1897年和1902年两次大地震后得到的地震波数据,英国科学家奥尔德姆发现,在以震中为中心的100°范围外,S变得很弱,而在90-155°之间,P波也变得很弱,这就有点不可思议了。在1906年,奥尔德姆发表的他的结果,提出地球存在一个核心,与地幔的物质性质存在显著的差异,地震波通过核心传播发生折射,才造成了以上现象。但是,遗憾的是奥尔德姆的研究用错了震相,虽然他发现了地核,但却不是现在我们认为的那个地核,他计算得到的地核深度为3800公里,明显高于实际深度。这一失误并不完全是奥尔德姆的原因,一部分也是因为他那个时候对算法的研究上不够深入。这一问题要等到古登堡来解决。
在19世纪末至20世纪初,统一不久的德国逐步变成世界科学的中心,哥廷根又是中心的中心,引领了当时数学、物理、化学和地震学等研究的潮流。在20世纪最开始的几年里,哥廷根的数学家成功的把数学和力学等理论引入到地震学的研究中去,发展了计算不同深度地震波速的方法。根据这个方法,当时还是研究生的未来顶级地球物理学家古登堡计算了地核的深度,2900公里,并由他的导师维歇特在1912年在哥廷根的科学协会上宣布,最终结果发表于1914年。因此,后来地核和地幔的界面就被称为古登堡面。维歇特也是非常著名的地球物理学家,地核的成分是铁镍合金的观点最早就是他提出来的。
起初,对S波减弱或消失这一现象,科学家并没有很好地解释,虽然他们知道S不能在液体中传播这一特性,也都认为地球物质的力学性质肯定在核幔边界发生了非常显著的变化,但是受到地球固态说的影响,他们不愿意用“液态”这一个词来形容地核,但一时又找不到更好的说法。尽管如此,地核的发现者奥尔德姆在1913年就改变了观点,认为地核是液态的,但古登堡显得更固执。古登堡坚信,S波是能够穿过地核的,只不过地球从硅酸盐的地幔变成铁镍合金的地核以后,密度增加但强度下降,导致S波的速度突降,而且它实在是太慢了,慢到在地表几乎观察不到;同时也试图寻找很多的证据要证明地核是固态的。但是,这次古登堡是不对的。
对地核性质的确定还要等到另一个人,英国地球物理学家、数学家杰弗里斯。上面提到,杰弗里斯利用计算,捍卫了固态论,否定了魏格纳的大陆漂移说。但对更深部的地核,他却有积极的贡献,正式确立了地核的液态说。1926年,他正式发表了一篇论文,通过计算得出地核确实是液体的结论,并很快就被古登堡接受了,随后亦被地质学界普遍接受。当然,这一观点能够被很快接受的原因,一是杰弗里斯对地核性质的计算,可以与通过其他方法得到的结果相调和;二是当时的理论对S波在地核消失的原因解释太过牵强,不如用液态说简洁明了,再就是地球物理学权威古登堡很快接受了他的观点。所以,基本上到20世纪30年代,地球物理学界大都接受了地核是液体的观点。
到此,科学界对地球的认识是,地球内部外层的地壳和地幔是固体,深度大约2900公里,之下是液态的地核,地球壳、幔、核的基本结构框架已经确定。可以说地球既有固体,又有液体,这就是地球的“固液二象性”。但是,故事还没有结束。

5、内核的故事
虽然杰弗里斯确定了地核的状态,但是用液态的地核并不能解决所有的问题。如果假设地核都是液体,且地震波的速度低于地幔,由于物质性质的不同,地震波将会在核幔边界发生折射,改变传播方向。这样,一个地震发生后,地球的另一端某一定区域内的地震仪将会接收不到地震信号,这个区域被称为“地震影区”。时间到了20世纪30年代,积累的地震观测数据越来越多,关于地球内部地震波传播的特征也越来越清晰,有些现象只用一个简单液态核完全解释不了。比如,实际观测的地震影区和理论计算值不完全一致,地震波的影区,以并不是完全没有地震波到达,它们的路径可能在地核的内部再次发生了改变,到达的时间也与理论计算值不一样。
在1936年,丹麦女地震学家莱曼为了解释这种现象,就引入了一个内核,直径大约1400公里,性质和液态的外核不一样,地震波在这里将会发生折射。随即,古登堡和美国地震学家理查德里克特也在1938年发表论文,支持了这一观点。但是,这次科学家都比较谨慎,只是说地核内部还有一个性质不同的内核,但是不确定是固态还是液态。
对内核状态的研究始于1940年,刚开始都是理论推测。比如,一位美国科学家认为,越深压力越大,物质的熔点也会越高。在内核的深度,地球的温度可能已经低于铁的熔点了,因此这里液态的铁应该已经变成固体了。同样,在内核,地震波的速度再次突升,也应该与物质状态的变化有关,即由液体变成了固体。但是,这些证据都不那么直接。
确定内核状态的证据仍旧来自于地震。我们都听到过钟声,钟声悠扬,可以持续很久,就是因为钟被撞击之后,可以持续震动很长时间,称作自有震荡。地球也是一样的。在每一次大地震后,除了激发传遍全球的地震波外,还可以让地球像钟一样,往复地震动,持续很长时间,而且震动的周期也是有规律的。早在18、19世纪,关于震动的物理数学模型已经建立起来了。到了20世纪中期,得益于地震仪越来越精细,地震学家可以观测到的越来越弱的信号。在1952年苏联勘察加半岛9级地震、1960年智利9.5级地震等大地震以后,都观测到了类似的震动信号。得益于日趋完善的震动理论,地球物理学家可以根据测得的信号来反推介质的状态。他们发现,地球内核必须是固态,要不然地球的震荡周期将与观测值不符。这一重要结论,是由波兰裔美国科学家杰旺斯基在1971年才最终确定的,这时候距离1935年莱曼发现内核已经过去35年了。直到现在,我们对内地核的认识仍旧非常少,那里是地球最神秘的角落。
图片1:奥尔德姆在1996年发表的图,中间是地核,直径约为地球直径的0.4倍。线条是他对地震波早地球内部传播方式的解释,因为在地核处发生了折射,才导致一定区域检测不到S波或非常弱。
图片2:1914年古登堡发表的地震波速随深度的变化,纵轴表示速度,向上是速度增大的方向;横轴是深度,原点处为地核。
图片3:现代地震学得到的地震波影区。S波的影区(左)和P波的影区(右)Steven Earle (2016)

一碗燕窝,解决产妇10种健康问题,太划算了!

月子可是产妇的“多事之秋”,身体的不适感、睡眠不足、心情低落等都是产后的常见问题,稍不注意,还可能落下病根。有以下健康问题的产妇,赶紧吃燕窝!助你轻松坐好月子,当个健康辣妈~

解决产妇的10种健康问题:

1、体力不支

无论是顺产还是剖腹产的妈妈,在经历了长时间的阵痛与分娩后,体力和精力已严重透支,元气大为消耗。

燕窝有优质蛋白质、氨基酸以及各种微量元素,能补充孕妈在分娩中所消耗的营养素,令产后的女性更有元气。与燕麦、鸡蛋等一些补充体力佳的食材搭配,既能满足妈妈的营养需求又能快速恢复体质。

2、免疫力低下

准妈妈在分娩过程中会损耗大量的营养,元气尚未恢复,身体免疫力就会明显下降,疾病很容易侵袭。

燕窝中的唾液酸能增强人体对外界的抵抗能力,保护人体,减少得流感的机率。与黑糯米、小米粥等有助健体强身的食材搭配,还有补气安神,促进伤口愈合的作用。

3、妊娠纹疯长

妊娠期的孕妈们受荷尔蒙影响,原本光洁的肚皮因怀胎而变得伤痕累累,分娩后留下白色或银白色的有光泽的疤痕线纹,如何去除妊娠纹是产后妈妈们最为崩溃的一件事情。

燕窝里面的水提物可以刺激细胞的再生、分裂、重组。它有修复受损肌肤的作用,产后妈妈可以通过吃燕窝来改善、淡化妊娠纹。与莲子、红豆等食材搭配,有利水消肿,美容养颜的作用。

4、记忆力衰退

荷尔蒙的变化、内分泌的改变等都容易导致分娩后的妈妈思维缺乏条理、反应迟钝,出现健忘、记性差的症状。

燕窝中含有丰富的唾液酸,能促进神经突触的生长,增强记忆力。让产后妈妈摆脱“孕傻”的烦恼。与核桃或富含蛋白质的食材搭配,可以有效改善记忆力。

5、情绪低落

对于妈妈们来说,产后的生活掩盖了对新生命的喜悦、期待,同时疲劳、生涩、担忧也充斥着每一天。生理和心理上的变化令部分妈妈情绪低落,如果不尽快调整,甚至会引发抑郁症。

燕窝有补气清热、养胃健脾的作用,性温和且对人体不会造成刺激,有助于清心安神,缓解产后妈妈紧张激动的情绪。与银耳、香蕉等有助于清心凝神的食材搭配,可以缓解焦虑等神经紧张等症状。(月子妈妈吃香蕉,最好用热水烫后再食用。)

6、排便困难

分娩后,新妈妈的身体各种机能都处于虚弱状态,消化系统功能降低,再加上分娩损伤、躺床修养、运动变少等原因,便秘的困扰也就随之而来。

燕窝能促进胃肠道的吸收功能,调理肠胃,与山药、紫薯等一些具有润肠通便、促进肠胃蠕动的食材搭配,可以起到很好的排毒通便效果。

7、短暂性贫血

分娩是一种剧烈的生理过程,分娩中大量的出血和剧烈的疼痛往往会损伤人体的气血,导致产后的女性容易出现短暂性贫血的症状,长期不调理,还会越来越严重。

燕窝中含有钙、铁、磷、钾等多种矿物质,再加上富含蛋白质,能改善产后妈妈贫血的症状。若与红枣、枸杞、红糖等食材搭配,补血的效果更佳。

8、睡眠质量差

宝宝出生后,之前规律的作息时间被打乱,再加上很难适应手忙脚乱的带娃生活,情绪紧张焦虑,这种压力积聚到一定程度就会转变为睡眠杀手。

高质量的睡眠是促进产后康复的重要因素。燕窝中含有着各种人体所必须的营养物质,调节内分泌,由内而外滋养,从而改善产后妈妈的失眠症状。与蜂蜜、南瓜等有助于调节神经系统的食材搭配,促进睡眠的效果更好。

9、奶水营养不足

新手妈妈上阵,总是问题多多,难免手忙脚乱,而其中最大的一个问题,就是还得承担着喂奶的重任,既得保证奶水的产量,又得保证奶水的质量。

母乳是唾液酸含量最高的一种天然食物,而燕窝中的唾液酸含量仅次于母乳!哺乳期间吃燕窝,既能催乳又能大大提高哺乳妈妈的奶水质量。与黑芝麻、花生搭配效果更佳。

10、夜间盗汗

产后妈妈新陈代谢及激素水平显著下降,皮肤排泄功能增强,夜间常有大量出汗的想象。这是一种正常的生理想象,但出汗过多时会导致钙流失速度加快或者出现脱水现象,所以科学调理很重要。

燕窝有平衡体内微循环,从内部调节内分泌,促进新陈代谢的作用。与牛奶或含水分多水果类搭配,可以补充维生素,还能预防缺钙脱水等症状。(月子妈妈最好在产后两周后再喝搭配牛奶食用,而且要热过才能喝。)

产妇吃燕窝小贴士:

如果产妇对蛋白质过敏,那就不适合吃燕窝了,因为燕窝主要成分就是活性蛋白质,蛋白质过敏的产妇就不能吃了,因为容易诱发过敏症状。

如果产妇患上感冒,就暂时不要吃燕窝了,以免影响感冒病毒的疏散、清除。可以等感冒好了以后再吃燕窝。

顺产的产妇,在能进食后,就可以开始吃燕窝进补了;剖腹产的产妇,建议在产后一周之后再吃燕窝。因为由于剖腹产的产妇头一周容易伤口感染,容易有发烧的情况,此时就不适宜吃燕窝。可以等确定没有感冒、发烧后,再继续食用燕窝。


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