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宋曉東-美籍華裔地球物理學家福建南平人，1986年以優(yōu)異成績從中國科技大學地球空間科學系畢業(yè)被保送到石油部石油勘探開發(fā)科學研究院攻讀研究生，三年后獲香港邵逸夫獎學金赴美國加州理工學院攻讀博士。現(xiàn)任伊利諾伊州大學教授，中國科大兼職教授。 地球科學博大精深，地球內(nèi)核隱秘而遙遠，研究內(nèi)核是極其困難的課題。宋曉東通過長期潛心觀察研究，繼1996年首先發(fā)現(xiàn)地球內(nèi)核自轉(zhuǎn)并被國際權(quán)威學術(shù)期刊美國《科學》雜志評為本年度全球十大科技成就之后，1998年他又提出了地球內(nèi)核呈層狀分布理論，這一創(chuàng)新研究成果在《科學》發(fā)表后，立即在國際學術(shù)界引起強烈反響。

人物信息

科學家們發(fā)現(xiàn)，地球內(nèi)核的旋轉(zhuǎn)速度每年要比地幔和地殼快0.3到0.5度，也就是說，地球內(nèi)核比地球表面構(gòu)造板塊的運動速度快5萬倍，新發(fā)現(xiàn)有助于科學家們解釋地球磁場是怎樣產(chǎn)生的。美國伊利諾伊大學地球物理學家宋曉東教授是這項研究工作的負責人，他們的成果發(fā)表在2005年8月26日出版的美國《科學》雜志上。新發(fā)現(xiàn)也結(jié)束了一場為期9年的爭論。宋曉東說：“我們相信我們得到了確鑿的證據(jù)?！?/p>

加州大學圣克魯斯分校的地球科學教授加里·格拉茲麥爾說：“這是一項有意義的發(fā)現(xiàn)，它減少了一個領(lǐng)域中的不確定性，你能從中學到新東西。”同期的《科學》雜志專門為這一發(fā)現(xiàn)配發(fā)評述文章，美國的《紐約時報》、《國家地理》雜志和英國的《物理學世界》等對這一發(fā)現(xiàn)進行了詳細報道。美國國家科學基金會和中國國家自然科學基金會為這項工作提供了資助。

地核由固體金屬構(gòu)成，它包括一個大小與月球相當?shù)闹睆綖?400公里的固態(tài)內(nèi)核，和直徑為7000公里的液態(tài)外核?？茖W家們認為，內(nèi)核在產(chǎn)生地球磁場的地球動力學中發(fā)揮了重要作用，來自地球動力學的電磁轉(zhuǎn)矩導致內(nèi)核相對于地幔和地殼旋轉(zhuǎn)。

早在1996年，宋曉東和保羅·理查德還是紐約哥倫比亞大學拉蒙特—多爾蒂地球觀測站的地震學家，通過對穿越地球的地震波的分析，他們第一次提出了地球內(nèi)核的旋轉(zhuǎn)速度比其它部分快的觀點。但這在當時有相當爭議，部分地震學家懷疑推導出結(jié)果的數(shù)據(jù)有誤，或是假象；也有科學家曾試圖證明地球內(nèi)核的運動速度并不比其它部分快；部分科學家說，雖然內(nèi)核在旋轉(zhuǎn)，但它的速度比哥倫比亞學者提出的速度慢多了；有人則說，他們沒有發(fā)現(xiàn)跡象表明內(nèi)核比地球的其它部分轉(zhuǎn)得快。

之后，宋曉東到伊利諾伊大學地質(zhì)系做教授，他和仍在哥倫比亞大學的理查德共同領(lǐng)導了一項新研究，他們的研究將消除人們對這個結(jié)論的任何懷疑。

宋曉東說：“盡管還不能精確地測定出內(nèi)核旋轉(zhuǎn)的速度，但我們的論文表明這個速度不可能是零?！钡厍蛟谝惶鞎r間里自轉(zhuǎn)一次，或360度，新研究表明，地球內(nèi)核的旋轉(zhuǎn)速度每年比其它部分快0.3到0.5度。這個更為精確的發(fā)現(xiàn)比他們1996年提出的快1.1度慢一點。

通過對歷史上地震波穿過地球液體核和固體內(nèi)核的數(shù)據(jù)進行對比，宋曉東等發(fā)現(xiàn)了令人信服的證據(jù)，表明地球的固體內(nèi)核確實以不同的速度在旋轉(zhuǎn)。從大西洋的南桑威奇群島地區(qū)到美國南部海岸線，他們對18個相似地震進行了觀察。相似地震也稱為波形地震對(earthquake waveform doublet), 在同一臺站記錄的一對地震的波形完全一樣，說明這兩個地震發(fā)生在同一地點。宋曉東等發(fā)現(xiàn), 這些地震對在阿拉斯加州及靠近的地方的58個地震臺站都有記錄，地震對的間隔時間跨越0到35年，從而讓研究人員能觀察地震波隨時間的變化。

宋曉東說：“當?shù)卣饘Φ膬蓚€事件的時間相隔大于幾年時，穿越地球內(nèi)核的相似地震波在旅行時間和波形上表現(xiàn)出系統(tǒng)性的變化。惟一可信的解釋就是內(nèi)核的運動?！?/p>

為什么地球內(nèi)核會以不同速度旋轉(zhuǎn)呢？宋曉東認為最可能的解釋是電磁耦合，“在外核層產(chǎn)生的磁層擴散到內(nèi)核層，并在那里產(chǎn)生出電流。電流與磁場的相互作用導致內(nèi)核旋轉(zhuǎn)，就像電樞在電動機中旋轉(zhuǎn)”。

早年經(jīng)歷

早在1996年，宋曉東和保羅·理查德還是紐約哥倫比亞大學拉蒙特―多爾蒂地球觀測站的地震學家，通過對 穿越地球的地震波的分析，他們第一次提出了地球內(nèi)核的旋轉(zhuǎn)速度比其它部分快的觀點。但這在當時有相當 爭議，部分地震學家懷疑推導出結(jié)果的數(shù)據(jù)有誤，或是假象；也有科學家曾試圖證明地球內(nèi)核的運動速度并 不比其它部分快；部分科學家說，雖然內(nèi)核在旋轉(zhuǎn)，但它的速度比哥倫比亞學者提出的速度慢多了；有人則說，他們沒有發(fā)現(xiàn)跡象表明內(nèi)核比地球的其它部分轉(zhuǎn)得快。之后，宋曉東到伊利諾伊大學地質(zhì)系做教授，他和仍在哥倫比亞大學的理查德共同領(lǐng)導了一項新研究，他們 的研究將消除人們對這個結(jié)論的任何懷疑。

宋曉東說：“盡管還不能精確地測定出內(nèi)核旋轉(zhuǎn)的速度，但我們的論文表明這個速度不可能是零。”地球在 一天時間里自轉(zhuǎn)一次，或360度，新研究表明，地球內(nèi)核的旋轉(zhuǎn)速度每年比其它部分快0.3到0.5度。這個更 為精確的發(fā)現(xiàn)比他們1996年提出的快1.1度慢一點。

通過對歷史上地震波穿過地球液體核和固體內(nèi)核的數(shù)據(jù)進行對比，宋曉東等發(fā)現(xiàn)了令人信服的證據(jù)，表明地 球的固體內(nèi)核確實以不同的速度在旋轉(zhuǎn)。從大西洋的南桑威奇群島地區(qū)到美國南部海岸線，他們對18個相似地震進行了觀察。相似地震也稱為波形地震對(earthquake waveform doublet), 在同一臺站記錄的一對地 震的波形完全一樣，說明這兩個地震發(fā)生在同一地點。宋曉東等發(fā)現(xiàn)，這些地震對在阿拉斯加州及靠近的地 方的58個地震臺站都有記錄，地震對的間隔時間跨越0到35年，從而讓研究人員能觀察地震波隨時間的變化 。

宋曉東說：“當?shù)卣饘Φ膬蓚€事件的時間相隔大于幾年時，穿越地球內(nèi)核的相似地震波在旅行時間和波形上 表現(xiàn)出系統(tǒng)性的變化。惟一可信的解釋就是內(nèi)核的運動?！?為什么地球內(nèi)核會以不同速度旋轉(zhuǎn)呢？宋曉東認為最可能的解釋是電磁耦合，“在外核層產(chǎn)生的磁層擴散到 內(nèi)核層，并在那里產(chǎn)生出電流。電流與磁場的相互作用導致內(nèi)核旋轉(zhuǎn)，就像電樞在電動機中旋轉(zhuǎn)”。

加州大學圣克魯斯分校的地球科學教授加里·格拉茲麥爾說：“這是一項有意義的發(fā)現(xiàn)，它減少了一個領(lǐng)域 中的不確定性，你能從中學到新東西?！蓖诘摹犊茖W》雜志專門為這一發(fā)現(xiàn)配發(fā)評述文章，美國的《紐約時報》、《國家地理》雜志和英國的《物理學世界》等對這一發(fā)現(xiàn)進行了詳細報道。美國國家科學基金會和中國國家自然科學基金會為這項工作提供了資助。

地核由固體金屬構(gòu)成，它包括一個大小與月球相當?shù)闹睆綖?400公里的固態(tài)內(nèi)核，和直徑為7000公里的液態(tài)外核?？茖W家們認為，內(nèi)核在產(chǎn)生地球磁場的地球動力學中發(fā)揮了重要作用，來自地球動力學的電磁轉(zhuǎn)矩導 致內(nèi)核相對于地幔和地殼旋轉(zhuǎn)。

外界評價

華盛頓大學的地震學家肯尼思·克里杰對這一發(fā)現(xiàn)進行評論說：“這一發(fā)現(xiàn)消除了地球內(nèi)核是否與地幔以不 同的速度旋轉(zhuǎn)的僅存不多的懷疑?！?格拉茲麥爾說，他和同事的計算機模擬顯示，地球內(nèi)核確實比外部旋轉(zhuǎn)得快，但由于缺少詳細的數(shù)據(jù)，模型 沒有得出究竟快多少。新研究的數(shù)據(jù)將提高計算機模型的水平，讓科學家能更好地理解地球內(nèi)部是如 何工作的。這篇論文的共同作者除了宋曉東和理查德以處，還包括哥倫比亞大學的研究生張健和研究科學家費利斯·瓦 爾德豪澤，以及伊利諾伊大學的研究生李迎春和孫新雷。