2025年大學《行星科學》專業(yè)題庫——行星震波對地球動態(tài)影響考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡答題1.請簡述從其他天體（如月球、火星）反射或傳播到地球的震波與地球內部天然地震波的主要區(qū)別。2.解釋瑞利波和勒夫波在傳播特性上的主要差異，并說明它們在研究地球內部結構中的作用。3.描述一次典型的行星震波（或由外部擾動引發(fā)的地球震波）從震源傳播到地球接收站所經(jīng)歷的主要過程，包括可能的反射、折射和散射現(xiàn)象。4.列舉并簡要說明行星震波數(shù)據(jù)可用于研究地球動態(tài)系統(tǒng)的至少三個方面。5.什么是自由振蕩？簡述自由振蕩的研究對理解地球整體動態(tài)特性有何意義。二、論述題1.詳細論述大型天體撞擊地球可能產(chǎn)生的震波及其對地球內部結構和動態(tài)狀態(tài)（如地殼形變、地幔對流模式、地球自轉參數(shù)）可能產(chǎn)生的長期影響。2.結合地球內部結構模型，論述行星震波（或對地球的擾動震波）的走時數(shù)據(jù)是如何幫助我們推斷地球內部不連續(xù)面（如莫霍面、古登堡面）的位置和地球各圈層（地殼、地幔、地核）的物理性質（如密度、波速）的。3.探討地球自轉速度的長期變化（如進動、章動、日長變化）與地球內部動力學過程（如地幔對流）之間的潛在聯(lián)系，并說明行星震波數(shù)據(jù)在其中可能扮演的角色。試卷答案一、簡答題1.答案：主要區(qū)別在于震波源的性質（天體表面事件或內部過程vs.地球內部斷裂）、震波傳播的介質（非均勻的行星介質vs.相對均勻的地球介質）、震波頻率譜特征（可能受天體表面條件影響，頻率范圍可能不同vs.主要反映地球內部結構特征）以及震波的能量衰減（可能更快或受不同機制影響）。反射/擾動震波可能包含更復雜的波形成分。解析思路：要求學生區(qū)分震波來源和傳播環(huán)境的根本差異。天體震波是外部事件，而地球內部天然震波源于地球自身。從介質均勻性、頻率、衰減等物理量上體現(xiàn)區(qū)別，并提及反射/擾動震波波形的復雜性。2.答案：瑞利波沿地表附近傳播，振幅隨深度衰減，質點運動軌跡呈橢圓（水平面內），分為縱滾和橫滾分量。勒夫波僅限于地殼內傳播，振幅隨深度迅速衰減，質點運動軌跡水平，垂直于波傳播方向。兩者在速度上通常勒夫波慢于瑞利波。它們在研究地殼厚度、地殼結構以及是否存在低速層等方面起著關鍵作用，因為它們的主要能量集中在地殼。解析思路：考察學生對兩種面波基本運動學特征（速度、質點運動方式）的掌握，并能將其與地球內部結構研究（特別是地殼）聯(lián)系起來。3.答案：行星震波從震源發(fā)出后，以球面波形式向外傳播。當震波遇到地球內部不同介質分界面（如地殼-地幔界面、地幔-地核界面）時，會發(fā)生反射和折射，部分能量返回震源區(qū)域（形成震相），部分能量繼續(xù)向下或改變傳播方向。震波還可能在地核內發(fā)生反射和折射。接收站在記錄到直接波的同時，也會接收到各種反射波和折射波（震相），通過分析這些震相的到達時間、振幅、波形等信息，可以推斷震波傳播路徑上的地球內部結構。解析思路：要求學生描述震波傳播的基本路徑和與內部界面的相互作用機制（反射、折射），并點明這些現(xiàn)象如何被利用來研究地球內部。4.答案：(1)反演地球內部結構：通過分析震波走時、振幅、頻譜等資料，推斷地球內部的速度結構、密度分布和不連續(xù)面位置。(2)研究地球自轉變化：震波記錄中的微小時間變化可以反映地球自轉速度的快速變化，有助于研究地幔對流的動力狀態(tài)。(3)探測地球內部物質狀態(tài)與流體：震波速度異?？梢灾甘镜蒯Ｖ惺欠翊嬖诘退倭?、超高溫區(qū)或熔融體/流體包裹體，有助于理解地球內部的物質組成和狀態(tài)。解析思路：要求學生列舉震波數(shù)據(jù)在地球物理學核心研究領域的具體應用，體現(xiàn)其價值。5.答案：自由振蕩是地球作為整體在去掉所有外部約束后，圍繞其平衡位置進行的振動。它們類似于樂器弦的振動模式。研究自由振蕩的頻率和模式，可以精確測定地球的尺寸、質量、密度分布以及各圈層的剛度，為地球內部結構模型提供強有力的約束，是檢驗地球整體動力學模型的基礎。解析思路：考察學生對自由振蕩基本概念（定義、類比）的理解及其在地球內部結構測定中的作用和意義。二、論述題1.答案：大型天體撞擊會產(chǎn)生強烈的沖擊波，向地球內部傳播，可能導致地殼破裂、隆起和大規(guī)模物質濺射。產(chǎn)生的巨大能量可能瞬間改變地幔對流模式，甚至引發(fā)短期地幔柱活動。震波能量沉積和后續(xù)的地質調整可能導致地球自轉參數(shù)（如日長、地軸方向）發(fā)生顯著且持久的改變。同時，撞擊可能釋放大量氣體，引發(fā)全球性氣候變化，影響生命演化。解析思路：要求學生結合沖擊動力學和地球動力學知識，系統(tǒng)闡述撞擊事件的震波效應及其對地球內部結構、動力學狀態(tài)和表面環(huán)境的廣泛而深遠的影響。2.答案：行星震波數(shù)據(jù)是反演地球內部結構的主要依據(jù)。通過精確測量震波從震源到接收站的走時（時間差），可以利用地震學基本原理（如射線路徑、反射/折射定律、惠更斯原理）建立震源-臺站射線追蹤模型。通過比較理論走時與觀測走時，調整模型中地球的速度結構，直到兩者匹配。走時數(shù)據(jù)不僅確定了不連續(xù)面的位置，還揭示了地球各圈層（地殼、地幔、地核）的平均波速，這些速度與各圈層的密度、彈性模量等物理性質密切相關，從而推斷內部結構。例如，P波速度的垂直變化揭示了地幔密度和成分的不均勻性。解析思路：要求學生闡述地震學反演方法的基本原理，說明如何利用震波走時數(shù)據(jù)來推斷地球內部的結構和物理參數(shù)，體現(xiàn)理論與實踐的結合。3.答案：地球自轉速度的變化與地幔內部的質量遷移和角動量交換密切相關。地幔對流是驅動這種遷移的主要機制。例如，地幔柱的上升和下降、側向流動都會改變地球內部的質量分布，進而影響地球的慣性矩，導致自轉速度（日長）的變化。同時，地幔中的粘滯力也會耗散角動量，影響自轉參數(shù)。行星震波（特別是全球分布的高頻震波）對地幔速度結構的敏感依賴性，使得通過分析震波走時異常來探測地幔內部精細的流動結構成為可能。因此，震波數(shù)據(jù)提供了一種間接但重要的手段來研究地幔對流