大地震发生时，世界各地的地震台站会在几分钟内相继记录到震动。但奇怪的是，与震中相隔一定距离的台站却收不到像样的地震波。地震波仿佛避开了地球内部投下的阴影，这一带状区域被称为“地震波影区（Seismic Shadow Zone）”。
简单来说，地震波影区是指“穿过地球内部的地震波在地核处发生弯折或被阻挡，无法直接到达地表的区域”。1906年，英国地质学家理查德·迪克森·奥尔德姆（Richard Dixon Oldham）分析地震记录，首次提出地球中心存在性质不同的地核。随后在1914年，德国出生的地震学家贝诺·古登堡（Beno Gutenberg）根据影区的位置，计算出地核的边界位于约2,900千米深处。
本文将依次介绍形成影区的地震波种类、P波与S波形成的两种影区、影区揭示的外核与内核，以及影区在今天的应用。
地震波绕开的地方——地震波影区
1. 形成影区的地震波
地震发生时，积蓄在地下的能量会以波的形式向四面八方传播。其中穿过地球内部传播的波称为体波，而形成影区的正是这些体波。
(1) P波
P波（Primary wave）是物质沿波的传播方向被推挤和拉伸而传递的纵波。它速度最快，最先到达台站，能够穿过固体和液体。
(2) S波
S波（Secondary wave）是物质沿垂直于传播方向振动的横波。它比P波慢，第二个到达，并且无法穿过承受不住扭转的液体。
(3) 用角度衡量的距离
在地震学中，震中与台站之间的距离用从地心测得的角度，即角距离来表示。震中为0°，地球正对面为180°，影区的位置也用这一角度来表示。
2. P波影区与S波影区
如果地球内部从头到尾都是同样的岩石，地震波应当能到达地表的任何地方。然而实际观测记录中出现了没有地震波的空白区间，而且P波和S波的空白形状并不相同。
- P波影区（P-wave Shadow Zone）：角距离约103°至142°之间的带状区域，P波在外核边界处大幅弯折，无法直接到达。
- S波影区（S-wave Shadow Zone）：角距离约103°以外的整个区域，因液态外核不让S波通过而形成。
- 折射（Refraction）：波穿过性质不同物质的边界时，速度发生变化，传播方向随之弯折的现象。
(1) P波弯折的原因
P波从地幔进入外核时速度会突然变慢。这时传播方向向内大幅弯折，跳过103°至142°区间，到达142°以外的地方。
(2) S波消失的原因
S波无法穿过液体，因此一碰到外核便无法继续前进。所以只有在不经过外核、仅穿过地幔就能到达的103°以内，才能直接观测到S波。
(3) 宽广的S波阴影
结果，在震中对面的广大区域都无法直接观测到S波。这片宽广的阴影成为外核是液态的最有力证据。
3. 影区揭示的外核与内核
人类无法直接挖到地心。迄今钻得最深的孔——俄罗斯的科拉超深钻孔，也只达到约12千米。因此，科学家们以地震波留下的痕迹，尤其是影区为线索来探察地球内部。
(1) 地核的发现
1906年，奥尔德姆注意到经过地心附近的地震波比预期到达得更晚。他据此提出，地球内部存在性质不同于地幔的地核。
(2) 地核边界的深度
古登堡利用影区开始的角度，计算出地幔与地核的边界位于约2,900千米深处。这一边界如今也被称为古登堡不连续面。
(3) 内核的发现
1936年，丹麦地震学家英格·莱曼（Inge Lehmann）注意到，即使在P波影区内也记录到了微弱的P波。她将此解释为液态外核内部存在坚硬的内核，使P波再次弯折的结果。
4. 今天影区如何被利用
影区并不只是教科书中的旧发现。全球观测网积累的地震波记录，至今仍被用来更细致地描绘地球内部。
(1) 地球内部模型
根据地震波到达时间和影区边界建立的模型，用数字整理出地壳、地幔、外核和内核的深度与性质。1981年发表的初步参考地球模型（PREM）就是代表性的例子。
(2) 地震层析成像
就像医院的CT一样，把无数地震波路径叠加分析，就能以立体图像看到地幔中较热和较冷的部分。这被称为地震层析成像（Seismic Tomography）。
(3) 探测其他行星
2018年登陆火星的美国国家航空航天局（NASA）洞察号（InSight）着陆器记录了火星的地震。科学家利用这些记录估算火星地核的大小，把在地球上使用的方法推广到了其他行星。
即使无法直接看到地球内部，地震波到达不了的地方本身也是宝贵的信息。波消失的地方也有其原因——这个简单的想法，正是理解地震波影区的第一步。
