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佛學科學化之宇宙理論（6） 地震、地球與地心世界（下）
講授／李善單（佛乘宗世界弘法總會導師會長）
藉由人造衛星，可精確測出地球象地體（geoid）的正確外形，最好的測量技術顯示地球赤道半徑比兩極半徑長了40多公里（12755.89公里對12713.12公里）；而用牛頓萬有引力定律，估算出地球的質量為5.976 ×1024公斤──因此地球的平均密度為5.518克/立方公分（水密度的5.518倍）。由於地表岩石的密度只有2.8克/立方公分，所以內部密度必然更高，而它是不是逐層增加直到地心呢？根據有關地震方面的初步研究，證明事實並非如此，地球其實是由一系列不同的地層所組成的，只是目前尚無法做到以最直接的方式挖洞探勘。
地震有助地層的研究 科學界對地表以下的看法如何呢？在這方面主要是藉由地震研究的發展而對地層有所推測。為了正確研究地震，必須發展出能感知和測量震波的儀器。1880年，英國工程師米爾恩（John Milne）設計了一種測量地震的裝置，成為所有地震儀的始祖。這種地震儀形式極簡單，以一個相當弱的彈簧固定在穩定的基岩上，下面懸吊著一塊重物，當地球移動時，懸吊的重物因慣性而保持不動，與基岩相連的彈簧則因此伸長或收縮。整個運動的情形，便由一支連在重物上的筆記錄在緩慢轉動的滾筒煙紙上（現在則是使用兩塊重物，一個記錄南北向傳遞的地震波，另一個則記錄東西向的地震波）。一般的震動並不是源於基岩，所以對地震儀沒有影響。如今最精確的地震儀，是以光束替代筆，避免筆和紙的摩擦，當光照在感光紙上，便如照片般畫出軌跡。 地震儀提供人類詳細研究地震波的機會，「表面波」（surface waves）及「體波」（bodily waves）是最易研究的二大類。表面波沿地表曲線行走，體波則穿過地球內部，經由此捷徑，體波會先到達地震儀。體波又分為兩類：「初波」（P波）和「次波」（S波）。初波像聲波一般，由介質壓縮膨脹的交換方式傳遞（就像演奏手風琴一樣，交替壓縮與拉開，以產生琴音），這樣的波能通過固體或液體等任何介質；而次波則以類似蛇行扭動的方式垂直前進，但它無法通過液體或氣體。 初波移動比次波快，因此較快到達地震偵測站，隨後再根據次波落後抵達的時間長短，便可估計地震的距離，至於它的位置或震央（岩石受擾正上方地表上的點）則可由三個或更多偵測站求得：三個半徑畫的三個圓，交會點就是震央。主波或次波的波速受岩石種類、溫度、壓力的影響，和實驗室研究顯示的一樣，因此地震波能用來探測地下深處的情形。 主波接近地表以每秒9公里速度前進，在地表下1600公里處，從到達的時間判斷，它的速度應為每秒13公里。同樣地，次波在地表速度不超過每秒5公里，而地表下1600公里處為每秒6.8公里，因為速度增加表示密度增加，我們就能估計地底下岩石的密度。前面曾提到地表平均密度為2.8克/立方公分，而地表下1600公里處估計為5克/立方公分，至2900公里以下則接近6克/立方公分。而在3000公里的深度時，則產生了很大的變化──次波停止前進。因此，1906年英國地質學家歐德漢（Richard Dixon Oldham）提出，在此深度以下的區域都是液體──地震波已到達液態地核的邊緣，主波到達此區即進入液態地核而被偏折急遽改變方向。 液態地核的邊界被稱為古騰堡不連續面（Gutenberg discontinuity），乃美國地質學家古騰堡（Beno Gutenberg）在1914年定義此界限，並指出地核伸展至距地心約3500公里處。不同深度的地層密度於1936年由澳洲數學家布倫（Keith Edward Bullen）從地震所得數據算出，他的結果在1960年智利大地震中獲得證實。因此我們可以說古騰堡不連續面密度從6跳到9克/立方公分，再連續平滑地增加到地心的11.5克/立方公分。
液態地核與地函 「液態地核說」主張地核是由密度9.0~11.5克/立方公分的物質在地核內部特殊高溫與高壓下所組成的。壓力估計從液態地核最上部份的每平方公分1550噸到地心約3875噸。溫度比較不確定，但從深礦坑得知溫度會隨深度而升高，而根據岩石的導熱率，地質學家估計（相當粗略的）液態地核的溫度約是攝氏5千度（木星的中心可能高達攝氏5萬度）。 地核的物質是一些常見元素，這些元素使得僅有地球半徑二分之一大小的地核卻占了地球三分之一的質量。宇宙中最常見的重元素是鐵，但它在地表的比重只有7.86克/立方公分，而在地核巨大的壓力下，卻可高達9至12克/立方公分，不過在地心中它是呈液狀的，隕石可提供更多的證據。這些掉落的隕石可分兩大類：石質隕石（stony meteorites），其主要成分為矽酸鹽；而鐵質隕石（iron meteorites）則由90%鐵、9%鎳和1%其他元素所構成。許多科學家相信，隕石是破碎小行星的殘餘，有一些較大的隕石包含了金屬與岩石兩部份。金屬部份必定為鎳鐵，這也可能就是地球金屬核心的成分。事實上在1866年地質學家開始探測地核之前，法國地質學家杜布里（Gabriel August Daubrire）就由鐵質隕石的成分指出地核為鐵所組成。 就地球的結構來說，大多數地質學家接受液態鎳鐵地核的說法。然而還有人提出更精密的說法，1936年，丹麥地質學家李曼（Inge Lehmann）試著解釋一些令人困擾的現象，如某些初波會在震影帶（shadow zone）面上顯現出來，而大部份這類波卻被消除，所以他認為距中心1200公里處有一不連續面，使一些波彎曲傾側到震影帶。古騰堡支持這項論點，現在許多地質學家同意液態鎳鐵外核（outer core）和內核（inner core）有某些差異，可能是固態或化學成分的些微不同。1960年智利大地震的結果，造成整個地球的緩慢振動，而且速率正好符合將內核計入考慮的預測，這有力的證據更說明內核的存在。 包圍地球內鎳-鐵核心的部份稱為地函（mantle），它似是由矽酸鹽組成，但從地震波的通過速度來判斷，這些矽酸鹽和地表典型的岩石不同，美國物理化學家亞當斯（Leason Heberling Adams）首先於1919年提出。它們的性質一般認為是一種稱之橄欖型（olivine type）的岩石（顏色為橄欖綠），含有大量鎂、鐵及少量的鋁。地函並不伸展至地表。克羅埃西亞（Croatian）的地質學家莫赫洛維奇（Andrija Mohorovicic）研究1909年發生在巴爾幹半島的地震時，發現地表下32公里處波速急遽增加，這個莫赫不連續面（Moho discontinuity）現在已被認為是地殼的邊界。 地殼及上層地函的性質可用先前所提的表面波來探測。表面波像體波一樣分為兩種：「勞夫波」（Love wave）為水平振盪，是以發現者勞夫（Augustus Edward Hough Love）為名，軌跡就像蛇在地上爬動一般；另一種「瑞立波」（Rayleigh wave）為垂直振盪，是以英國物理學家瑞立（John William Strutt, Lord Rayleigh）命名，軌跡則像海蛇在水中游動一般。 對表面波的分析，以哥倫比亞大學的艾文（Maurice Ewing）最著名，他指出地殼厚度的變化，最薄的部份是在海洋盆地底，此處的莫赫不連續面某些部份甚至只在海平面下10到16公里，而海深約8到10公里，所以深海地殼厚度可能只有5公里。另一方面，在大陸下的莫赫不連續面平均深度在海平面下32公里（如紐約大約為35公里），高山則可能達64公里。由這事實，再加上重力測量所得的證據，顯示出山區岩石的密度比較低。
液態地球 事實上，大部份地質學家已接受一個論點，即地球由兩個主要部份組成──矽酸鹽地函和鎳-鐵地核（如同蛋白和蛋黃一樣的組成），他們並認為早期的地球必為液態，後來則可能包含兩種互不溶解的液體。矽酸鹽液體較輕，浮在上方並將熱輻射到太空而冷卻。底下的鐵熔液則被上層隔絕未能直接暴露出來，釋熱很慢，所以可能到目前仍為液體。當然也並非所有科學家都接受地球有液態階段的說法。美國化學家尤瑞（Harold Clayton Urey）特別堅持地球一直都是固態的。他駁斥說，巨大固態地球的鐵核仍能由鐵的緩慢分離而形成；即使現在，鐵還可能以1秒5萬噸的速率從地函遷移到地核中去。
新地心探險記 相信大家對這些科學的證據都不會懷疑，但推測的部份則是否真的是這樣的呢？網際網路的興起，使得知識取得不再局限於課堂之上，處於此知識爆炸的時代，讓我們看看網路上的另類講法如何？請看任教於文化大學的周健副教授於「新地心探險記」（http://www.ufo.org.tw/study/fk15.htm）所發表的個人看法與有趣傳聞: 「人類出現在此一藍色行星上，至少已有300萬年的歷史，但對地球本身到底了解多少？美國海軍少將拜爾德（Rear Admiral Richard Evelyn Byrd, 1888∼1957）曾於 1947年2月率領一支探險隊，從北極進入地球內部，發現龐大的飛碟基地、地面上已絕種的動物和植物、擁有高科技的「超人」，但此一訊息遭到美國政府的封鎖。凡研究「地球中空論」的專著，多會提及這個罕見的個案。依據拜爾德的飛行日誌（flight log）所載，探險隊係駐紮在北極地區某一基地內，1947年2月19日，一切準備就緒，將朝向北方進行探測。圓形六分儀（sextant）和指南針均經再三檢驗，無線電通訊亦正常。至飛行高度2321呎時，東風帶來輕微的震動，至下降到1700呎則飛行穩定，但尾風增強，後又產生震動。爬昇至2900呎一切平穩，隨即目睹地面覆蓋無盡的冰雪，呈現微黃色的光澤，卻分散成直線狀，亦顯含微紅色及紫色，除將此奇景電告基地之外，還環繞飛行兩圈。後發現指南針和環動羅盤（gyrocompass，又名迴轉儀羅盤）不斷旋轉搖動，無法測出飛行方向，竟看見毫無冰雪，遠方亦出現山脈。此時已飛行29分鐘，那些山脈的範圍並不大，但絕非幻覺。自北極出發，奇景不斷，飛碟引導乍見新城市，行至2950呎時，遭遇強烈的震動，朝北飛越這些山脈以後，竟然發現綠意盎然的山谷，中有小溪流過，左邊的山坡上分佈著茂密的森林，羅盤又開始旋轉，並在兩點之間來回擺動。下降至1400呎，向左急轉，以便仔細觀察這個山谷。有青苔或緊密的青草覆蓋，但光線卻很奇特，因未見到太陽，又望見似乎是大象的動物，再下降至1000呎，在望遠鏡中驚見猛象（mammoth，已絕種的一種巨象，又名長毛象）。繼又見到綠色的起伏山丘，外面的溫度為華氏74度，各種儀器恢復正常，但無線電通訊卻失靈。地面更趨平坦，竟然發現有城市存在，而空中的飛行器似乎既輕巧又具有奇特的浮力。在艙門和右側出現的碟型、發光的飛行器，上面有無法形容的符號，結果使拜爾德的飛機被一股無形的力量所吸住，而無法控制。更不可思議的事情隨即發生，無線電發出嗶啪聲，竟然傳出帶著北歐語言或德語腔調的英語，歡迎將軍的蒞臨，並言不必擔心，7分鐘之後將安全降落。但飛機的引擎已停止運轉，在輕微的震動中平安著陸，好像是由看不見的升降機支撐。幾位金髮碧眼、皮膚白皙、體型高大的人出現，而這座城市閃閃發光，有規律地發出彩虹般的色彩，這些人類並未攜帶武器。拜爾德與無線電通信員受到熱誠的款待，登上無輪子的平台車，急速奔向燦爛的城市，似乎是使用水晶修築而成。後至一巨大的建築物，飲用風味絕佳的熱飲料，10分鐘以後，拜爾德暫時離開通信員，隨彼等進入一升降機，向下運轉數分鐘，後來該門朝上無聲地開啟，走過充滿玫瑰紅光線的走廊，似乎是從牆壁本身放射出來。至一扇巨大的門停下，門上有奇特的文字，在進入該房間之後所發生的事情，更具有震撼性。 拜爾德一再使用「前所未見、不可思議、難以形容」等詞彙，描繪所目睹的華麗精緻房間，那些人類的聲音既悅耳又熱情，告訴將軍因其具有高貴的特質，並在「地表」世界甚具知名度，故讓其入境。又言及地下世界名為「Arianni」，至於引導將軍至此原因，是自從美軍在日本的廣島及長崎投下兩顆原子彈以後，才開始關注外面的世界，而在那危機四伏的時代，派遣許多名為「Flugelrads」（此字為德文，意即飛輪）的飛行器至地表展開調查。雖然這已是陳年往事，但地下世界的科技與文化，比地上世界進步數千年，原先未干涉我們的戰爭，因不願再見到使用原子武器，故派出密使至超級強國，但未受重視。藉邀請將軍，傳達地上世界逐漸走向毀滅的訊息，彼等所派出的人受到不友善的待遇，而飛行器常遭戰鬥機惡意的攻擊，人類的文化之花慘遭蹂躪，陰暗的幕罩已降臨，全世界將陷入極度的不安之中。黑暗時代將出現，但新世界將從廢墟中再生，地下世界的人類會協助地上世界的人類重建家園。拜爾德在結束晤面以後，循原路返回，與滿臉孤疑的通信員 Howie會合，在兩架飛行器引導之下，升至2700呎，返回基地。臨走之前，無線電傳來「Auf Wiedersehen」（乃德語「再見」之意）之聲，27分鐘之後著陸。1947年3月11日，拜爾德出席美國國防部的參謀會議，所有的陳述均有詳細的記錄，並呈報杜魯門總統（Harry S. Truman，1884-1972），歷時6小時40分，並接受最高安全部門及醫療小組的調查，後被警告要嚴守秘密。拜爾德身為軍人，只有視為天職，後在1965年12月24的日記中寫下「That Land Beyond The Pole, That Center of the Great Unknown」耐人尋味的辭句。」
地球內部另有一顆星球？ 如果上述為真，則地球中心應該有不同於我們所知的結構，周健先生從地球內部構造來研究空間的問題，進行了一些推論： 地函和地核中間的交介面稱為不連續面，是兩個不同物質的交介面。固態地函部份的成分是矽酸鹽，但是液態外核部份，科學家都認為它是鐵和氧結合的一種物質，這個密度非常大，從地函到地核，在這個交介面的密度變化有多大呢？跳昇77.74%，也就是外核的密度約地函的1.8倍。為什麼會這麼大呢？主要是在地面上，應用萬有引力及力學的公式，可以推算出地球的質量和轉動慣量，減去可知的地殼和地函部份，所剩的質量和轉動慣量須由地核所吸收，因此地核密度必須大幅跳昇。在地核部份的高密度，被看成是鐵的東西；在外核有一些鐵和氧二種元素，因壓力極大而結合，但不是氧化鐵，才能使地核的密度這麼大。地球內部的熱循環問題，被認為在液態外核部份單獨產生一套循環。而在地函部份產生另外一套循環，從地函下部受熱上昇，到達地殼，產生出口，例如在太平洋中洋脊的一系列火山島，就是從這個位置產生的，然後板殼向兩側飄移。在台灣的東邊有一條海溝，就是板殼飄移到這個地方，向下沉入地函下部，就是這樣循環。這兩套循環在地核和地函之間的不連續面隔開，是目前科學家所斷定的一個標準（雙循環）地球內部構造模式，但這個模式適當嗎？在六十年代地球科學家有兩派不同的看法。一派認為在兩邊的物質應該是連續性的，不會跳昇那麼高；另一派認為是應該這樣跳昇的，兩派各執己見。後來科學家使用鑽石墊壓縮的方法，以鑽石的尖端把物質壓縮到地球內部這個界面的壓力和溫度，可使鐵和氧結合在一起。這一套設備研究成功以後，科學家可以做出他們認定在外核地方的物質，因此所有的地球科學家就往這條路走，另外一派就沒落下去了。我們來想一想，地面上可以製造出這些鐵和氧結合的物質，是不是地核真的就是這樣？未知數嘛！有誰能夠穿透二千多公里到地核拿一個樣本？不可能的事。這僅是一個猜測而已，恰巧人類可以用壓縮的方法做出所想像的那種物質，但是並不表示地核一定就是這種物質。 如果走另一派，認為這個地方密度應該是呈連續性的，沒有跳昇；由這種模式計算地球質量，就顯然不夠，不夠多少呢？少了14.27%，也就是地球的質量，是目前大家所知的85.73%而已。不足的質量在那裡呢？這些質量當然是存在的，其可能的情形為：地球質量部份可能來自內部另外空間的一個星球，根據單循環地球內部構造的模式，應用電腦計算，結果發現地球內部在另外一個空間裏，另有一個星球存在，比火星還要大，約為火星的1.3倍，其質量就是這種地球模式不足的14.27%部份。這種地球模式僅是根據科學文獻資料的一種推論，仍需要求證，怎麼求證呢？根據這種理論，應用地球的現有數據，來探討地球地軸的擺動。因為地球受到太陽和月亮的吸引，產生的現象有歲差和章動；除此外，另有一種現象叫作擺動，就是地球兩極連線的軸心會擺動。經過科學家的研究，擺動有二個不同的週期，一個是12個月的，顯然是由於季節變化所產生的年擺動，另一個週期是14個月的，叫作錢德勒擺動。這個擺動一百年以前已經發現，到目前為止，還找不出原因，也無法解釋。錢德勒擺動不是地震、颱風、潮汐、核爆或火山爆發等自然現象影響而可以產生的，因為地球這麼重，要影響它的擺動週期，一定要有非常大的因素才會產生。月球以固定的一面始終環繞著地球，這是月球與地球同步轉動的現象，以此類推測地球內的這顆行星也是和地球同步轉動。但是地球轉軸的方向和月球的不一致，也就是兩個轉軸有一個夾角存在，因而才產生章動的現象。同樣，地球和內部行星的轉軸，可能不完全重疊，如此有一夾角，因而產生地軸的錢德勒擺動。
由李導師、周健先生和上述我們所知的事實來看，地球中心是否是空的？是否有另外的星球？甚至不只一層而是多層？確實有許多值得深思之處。加來道雄教授於其著作《穿梭超時空》中認為以現代人類科技文明進步的速度來看，確實有可能由現在的所謂第零文明進步到第三類文明。那時的人類將可以控制整個星系的能源，也可能以更先進的型式到太空或地心去旅行，那時我們一定可證明這些是不是真的，像電影所演的第三類接觸是否也會同時發生呢？或如李導師所說「只要你還能再活五十年就能看到」，那我好像要活到將近一百歲耶，加油！
參考書籍 《地球、大氣層》，1986，牛頓出版社，原著
Issac Asimov。
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