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宋晓东

宋晓东,南平市人,1986年以优异成绩从中国科技大学地球空间科学系毕业被保送到石油部石油勘探开发科学研究院攻读研究生,三年后获香港特别行政区邵逸夫奖学金赴美国加州理工学院攻读博士。现任伊利诺伊州大学教授,中国科学技术大学兼职教授。地球科学博大精深,地球内核隐秘而遥远,研究内核是极其困难的课题。宋晓东通过长期潜心观察研究,继1996年首先发现地球内核自转并被国际权威学术期刊美国《科学》杂志评为本年度全球十大科技成就之后,1998年他又提出了地球内核呈层状分布理论,这一创新研究成果在《科学》发表后,立即在国际学术界引起强烈反响。

人物信息

科学家们发现,地球内核的旋转速度每年要比地幔地壳快0.3到0.5度,也就是说,地球内核比地球表面构造板块的运动速度快5万倍,新发现有助于科学家们解释地球磁场是怎样产生的。美国伊利诺伊大学地球物理学宋晓东教授是这项研究工作的负责人,他们的成果发表在2005年8月26日出版的美国《科学》杂志上。新发现也结束了一场为期9年的争论。宋晓东说:“我们相信我们得到了确凿的证据。”

早年经历

早在1996年,宋晓东和保罗·理查德还是纽约哥伦比亚大学拉蒙特―多尔蒂地球观测站的地震学家,通过对 穿越地球的地震波的分析,他们第一次提出了地球内核的旋转速度比其它部分快的观点。但这在当时有相当 争议,部分地震学家怀疑推导出结果的数据有误,或是假象;也有科学家曾试图证明地球内核的运动速度并 不比其它部分快;部分科学家说,虽然内核在旋转,但它的速度比哥伦比亚学者提出的速度慢多了;有人则说,他们没有发现迹象表明内核比地球的其它部分转得快。之后,宋晓东到伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校地质系做教授,他和仍在哥伦比亚大学的理查德共同领导了一项新研究,他们 的研究将消除人们对这个结论的任何怀疑。

宋晓东说:“尽管还不能精确地测定出内核旋转的速度,但我们的论文表明这个速度不可能是零。”地球在 一天时间里自转一次,或360度,新研究表明,地球内核的旋转速度每年比其它部分快0.3到0.5度。这个更 为精确的发现比他们1996年提出的快1.1度慢一点。

通过对历史上地震波穿过地球液体核和固体内核的数据进行对比,宋晓东等发现了令人信服的证据,表明地 球的固体内核确实以不同的速度在旋转。从大西洋的南桑威奇群岛地区到美国南部海岸线,他们对18个相似地震进行了观察。相似地震也称为波形地震对(earthquake waveform doublet), 在同一台站记录的一对地 震的波形完全一样,说明这两个地震发生在同一地点。宋晓东等发现,这些地震对在阿拉斯加州及靠近的地 方的58个地震台站都有记录,地震对的间隔时间跨越0到35年,从而让研究人员能观察地震波随时间的变化。

宋晓东说:“当地震对的两个事件的时间相隔大于几年时,穿越地球内核的相似地震波在旅行时间和波形上 表现出系统性的变化。惟一可信的解释就是内核的运动。”为什么地球内核会以不同速度旋转呢?宋晓东认为最可能的解释是电磁耦合,“在外核层产生的磁层扩散到 内核层,并在那里产生出电流。电流与磁场的相互作用导致内核旋转,就像电枢在电动机中旋转”。

加利福尼亚大学圣克鲁斯分校的地球科学教授加里·格拉兹麦尔说:“这是一项有意义的发现,它减少了一个领域 中的不确定性,你能从中学到新东西。”同期的《科学》杂志专门为这一发现配发评述文章,美国的《纽约时报》、《国家地理》杂志和英国的《物理学世界》等对这一发现进行了详细报道。美国国家科学基金会和中国国家自然科学基金会为这项工作提供了资助。

地核由固体金属构成,它包括一个大小与月球相当的直径为2400公里的固态内核,和直径为7000公里的液态外核。科学家们认为,内核在产生地球磁场的地球动力学中发挥了重要作用,来自地球动力学的电磁转矩导 致内核相对于地幔地壳旋转。

荣誉

个人荣誉

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成果荣誉

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社会职务

宋晓东是美国地球物理协会(AGU)会议多次专题的召集人和主持人,中美地震学合作研讨会组织成员和代表,美国国际地震研究协会(IRIS)全球地震台网(GSN)常委员会成员和主席,国际华人地球科学家协会(IPACES)主席。现任Earthquake Science总编,曾任Earth and Planetary Physics副主编、Geologica Sinica副主编,及多个杂志编委。现任国家自然科学基金重大项目负责人和国家重点研发项目负责人、自然资源部深地实验室指导专家、中国地震学会地震学专业委员会主任、中国地震科学实验场人工智能首席科学家、及多个学术机构学术委员会成员。

主要成果

研究兴趣

宋晓东研究兴趣包括地震学、地球深部物理学、地球动力学、地震大地构造学、地震层析成像、时变地球物理学、地震大数据分析。

宋晓东主要从事地震学和地球内部物理的研究。研究重点是地球深内部的结构与动力学,包括研究地球核心和最低地幔的结构和动力学,以及中国和东亚的岩石圈结构和构造。研究方法主要依赖于地震波数据分析、正向建模和层析成像。主要研究课题包括地震噪声干涉测量,中国和东亚的岩石圈结构和构造变形,地核地幔边界的性质,地球内核的旋转和运动,地球内核的三维各向异性结构,以及时变地球物理场和地震灾害与预测。

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科研项目

宋晓东正在主持科技部国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目、自然资源部深地实验室开放课题。主持过中国国家自然科学基金海外杰出青年(B类)、科技部重点研发项目、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金面上项目、中国地震局行业专项;美国国家科学基金会(NSF)、美国联邦政府、哥伦比亚大学伊利诺伊大学、William and Flora Hewlett 基金、伊利诺伊大学和法国联合基金。并参加过科技部973项目、中国石油天然气集团有限公司专项、中海油专项。

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学术贡献

地核结构及其动力学

发现内核地震波时变并推测内核超速旋转

系统检验内核地震波时变可能的非内核影响

利用重复地震证实内核地震波时变

发现内核时变信号来源于内核内部(而非内核表面)

发现内核60-70年周期的摆动及与地球系统的可能的共振现象

证实内核各向异性

发现内核上部分层结构

首次得到内核三维各向异性结构

发现内核沿赤道向各向异性的内内核与沿南北向各向异性的外内核

发现中美洲下俯冲板片到达核幔边界形成的热化学结构的地震学证据

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岩石圈结构、动力学及地震灾害

早期获得到我国全国Pn波速度和各向异性模型;发现青藏高原北部东部及中南部Pn波低速带

首次应用噪声互相关方法得到我国Rayleigh面波频散图

利用噪声和地震数据得到我国与东亚地区岩石圈S波速度模型

发现青藏高原南部印度板块岩石圈撕裂结构可以提供地表地质、地震活动性和地壳变形的统一机制

发展了面波、接收函数、加P波约束的联合反演方法;发展应用噪声互相关方法提取面波震幅和衰减方法

利用噪声互相关方法发现苏门答腊岛几个大地震引起周边介质的明显变化,首次表明大地震引起的变化超过断层面到周边较大范围的介质

帮助描述和记录1997伽师强震序列的预报和前兆观测,从统计上说明此强震序列的预报是随机的,且概率很低

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外界评价

华盛顿大学的地震学家肯尼思·克里杰对这一发现进行评论说:“这一发现消除了地球内核是否与地幔以不 同的速度旋转的仅存不多的怀疑。”格拉兹麦尔说,他和同事的计算机模拟显示,地球内核确实比外部旋转得快,但由于缺少详细的数据,模型 没有得出究竟快多少。新研究的数据将提高计算机模型的水平,让科学家能更好地理解地球内部是如 何工作的。这篇论文的共同作者除了宋晓东和理查德以处,还包括哥伦比亚大学的研究生张健和研究科学家费利斯·瓦 尔德豪泽,以及伊利诺伊大学的研究生李迎春和孙新雷。

参考资料

宋晓东.北京大学教师主页.2024-09-15

地球物理学家宋晓东等人研究发现:地球的中心比外壳旋转快.科学人-sciencehuman.2013-12-28