地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一同心狀圈層構(gòu)造,由地心至地表依次分化為地核(core)、地幔(mantle)、地殼(crust)。地球地核、地幔和地殼的分界面,主要依據(jù)地震波傳播速度的急劇變化推測(cè)確定。
當(dāng)?shù)貧r石發(fā)生斷裂錯(cuò)動(dòng)時(shí),會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的震動(dòng),這就是地震。地震所釋放出的能量非常巨大,可相當(dāng)于10萬(wàn)顆普通的原子彈爆炸。它能使地球像一個(gè)巨大的音叉那樣發(fā)生振動(dòng),產(chǎn)生強(qiáng)大的地震波。當(dāng)人們?cè)诘乇碛脙x器觀測(cè)地震波向地球中心傳播時(shí),發(fā)現(xiàn)地震波在大陸底下33千米左右深處,在海洋底下10千米左右深處發(fā)生了巨大的突變;在地下2900千米左右深處又發(fā)生了巨大的突變。這表明地下有兩個(gè)明顯的界面,界面上下物質(zhì)的物理性質(zhì)有很大差異。第一個(gè)界面位于33千米深處,是莫霍洛維奇于1909年發(fā)現(xiàn)的,簡(jiǎn)稱為“莫霍面”。另一明顯界面位于2885千米深處,是美國(guó)學(xué)家于1914年發(fā)現(xiàn)的,簡(jiǎn)稱為“古登堡面”。據(jù)此,科學(xué)家們認(rèn)為,地球內(nèi)部大致可分為三個(gè)組成物質(zhì)和性質(zhì)不同的同心圈層,最外面的一層稱為地殼,最中心部分稱為地核,中間一層稱為地幔。如果把地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)做個(gè)形象的比喻,它就像一個(gè)雞蛋,地核就相當(dāng)于蛋黃,地幔就相當(dāng)于蛋白,地殼就相當(dāng)于蛋殼。
地殼的厚度是不均勻的,一般大陸地殼較厚,尤其山脈底下更厚,平均厚度約32千米,海洋地殼較薄,一般在5~10千米。地殼的物質(zhì)組成除了沉積巖外,基本上是花崗巖、玄武巖等?;◢弾r的密度較小,分布在密度較大的玄武巖之上,而且大都分布在大陸地殼,特別厚的地方則形成山岳。地殼上層為沉積巖和花崗巖層,主要由硅-鋁氧化物構(gòu)成,因而也叫硅鋁層;下層為玄武巖或輝長(zhǎng)巖類組成,主要由硅-鎂氧化物構(gòu)成,稱為硅鎂層。海洋地殼幾乎或完全沒(méi)有花崗巖,一般在玄武巖的上面覆蓋著一層厚約0.4~0.8千米的沉積巖。地殼的溫度一般隨深度的增加而逐步升高,平均深度每增加3米,溫度就升高1℃。
地核又稱鐵鎳核心,其物質(zhì)組成以鐵、鎳為主,又分為內(nèi)核和外核。內(nèi)核的頂界面距地表約5100公里,約占地核直徑的1/3,可能是固態(tài)的,其密度為10.5—15.5克/立方厘米。外核的頂界面距地表2900公里,可能是液態(tài)的,其密度為9—11克/立方厘米。推測(cè)外地核可能由液態(tài)鐵組成,內(nèi)核被認(rèn)為是由剛性很高的,在極高壓下結(jié)晶的固體鐵鎳合金組成。地核中心的壓力可達(dá)到350萬(wàn)個(gè)大氣壓,溫度可達(dá)4000℃~5000℃。在這樣高溫、高壓的條件下,地球中心的物質(zhì)的特點(diǎn)是在高溫、高壓長(zhǎng)期作用下,猶如樹(shù)脂和蠟一樣具有可塑性,但對(duì)于短時(shí)間的作用力來(lái)說(shuō),卻比鋼鐵還要堅(jiān)硬。
地幔是介于地表和地核之間的中間層,厚度將近2900千米,主要由致密的造巖物質(zhì)構(gòu)成,這是地球內(nèi)部體積最大、質(zhì)量最大的一層。它的物質(zhì)組成具有過(guò)渡性。靠近地殼部分,主要是硅酸鹽類的物質(zhì);靠近地核部分,則同地核的組成物質(zhì)比較接近,主要是鐵、鎳金屬氧化物。地幔又可分成上地幔和下地幔兩層。下地幔頂界面距地表1000公里,密度為4.7克/立方厘米,上地幔頂界面距地表33公里,密度3.4克/立方厘米,因?yàn)樗饕砷蠙鞄r組成,故也稱橄欖巖圈。一般認(rèn)為上地幔頂部存在一個(gè)軟流層,是放射性物質(zhì)集中的地方,由于放射性物質(zhì)分裂的結(jié)果,整個(gè)地幔的溫度都很高,大致在1000℃到2000℃或3000℃之間,這樣高的溫度足可以使巖石熔化,可能是巖漿的發(fā)源地。但這里的壓力很大,約50萬(wàn)~150萬(wàn)個(gè)大氣壓。在這樣大的壓力下,物質(zhì)的熔點(diǎn)要升高。在這種環(huán)境下,地幔物質(zhì)具有一些可塑性,但沒(méi)有熔成液體,可能局部處于熔融狀態(tài),這已從火山噴發(fā)出來(lái)的來(lái)自地幔的巖漿得到證實(shí)。下地幔溫度、壓力和密度均增大,物質(zhì)呈可塑性固態(tài)。
地球各層的壓力和密度隨深度增加而增大,物質(zhì)的放射性及地?zé)嵩鰷芈剩S深度增加而降低,近地心的溫度幾乎不變。