地球本是一个非均质的球体。它在长期运动和物质分异过程中，按照密度的大小，分离成若干由不同状态和不同物质组成的同心（地心）球层。

地球表面由岩石构成。它主要是岩浆岩，即从地内上升的炽热岩浆冷凝而成的岩石。在岩浆岩上面，往往有一层较薄的沉积岩（一般不超过4—5km）和更薄的土壤覆盖层。地球的这一表层，包括岩浆岩、沉积岩和土壤覆盖层在内，被叫做岩石圈。

地球的外部结构，人们可以直接进行观测；而研究地球内部的情况，问题就要困难得多，因为人们能够直接观测到的，只限于裸露在地表和来自钻井的岩石和矿物标本。然而，目前世界上最深的钻孔，不过10km左右，对于6371km的地球平均半径来说，这个深度是极其有限的。这样，关于地球内部结构情况，只得通过各种间接手段进行研究，如地震波的传播，热的传导，以及磁性和重力等。其中，地震波的传播情况，对研究地球内部结构最为重要。如同医生用超声波检查人体内部器官的病变一样，地球物理学家藉助地震波来探测地球的内部结构。地震波有两种来源，即人工爆炸和天然地震。人工地震波能量较小，被广泛应用于地层构造和地下矿体的探测。强烈的天然地震，震波从震源通过地球介质向各个方向传播到整个地球。

地震体波又分纵波（P波）和横波（S波）两种。纵波是一种压缩波，是物质质点以波的传播方向往复运动，使介质发生周期性的压缩和膨胀。打个比方，可以把介质的张弛想像为手风琴的一张一合的运动。这样的震波能在任何介质中传播。横波是一种剪切波，是物质质点垂直于波的传播方向的振动，如同我们所熟悉的蛇行那样。抖动一条绳子所产生的波类似于S波，它使介质发生周期性变形。这种震波不能通过液态和气态介质。

地震波之所以能够反映地球内部的物理性质，是因为它的传播速度因地内物质的弹性和密度而不同。由于地震波速度的变化，地震射线有折射现象；在地震波速度发生突变的地方，地震射线还有反射现象。折射和反射现象，使地震射线由直线变为曲线和折线。

因此，地震波的传播是十分复杂的；造成地震波传播复杂的原因，是地球的内部结构。

在地球内部，地震波的速度因深度而不同。这是因为地内物质的密度和弹性因深度而不同。在同一深度的不同地点，都有相同的波速。这样，地内物质可按深度，即按其密度和弹性，分成不同的圈层。这就是地球内部的圈层结构。

根据对地震波传播的研究，地球内部分为四个主要圈层。它们是地壳、地幔和地核；地核又分外核和内核。各个圈层之间，存在一个物理上的界面，即不连续面。地壳和地幔之间的界面在地面以下20—30km，称为莫霍洛维奇界面（Mohorovicic discontinuity），简称莫霍面。在那里，P波和S波的波速都急剧升高。地幔和外核之间的界面约在2900 km深处，称古登堡界面（Gutenbery discontinuity）。在那里，P波速度急剧下降，S波停滞不前，突然消失。外核和内核之间的界面出现在5100km深处，称利曼界面（Rehmann discontinuity）。在这个界面上，P波又急剧加速，S波重又出现（由P波转换而来）。

地壳的厚度很不均匀。大陆部分地壳较厚，平均约为30km；海洋部分地壳较薄，平均为11km，太平洋底最薄处仅8km。地壳中还有次一级的不连续面，分地壳为上下两层：上部是花岗岩类岩石，富含较轻的物质硅和铝，叫硅铝层；下部是玄武岩类岩石，除硅和铝外，还含有较多的镁和铁，叫硅镁层。在大洋底部，硅镁层直接露出洋底。

地幔的组成物质主要是铁镁含量很高的硅酸盐矿物所组成的橄榄岩。在1000km左右的深度上，还有一个次一级的不连续面，分地幔为上下二层。上地幔顶部也有一层固体岩石层，它与地壳共同组成具有刚性的岩石圈。岩石圈的厚度为70—100km。岩石圈以下，地震波速度明显下降，在那里出现一个地震波的低速层。这表明，那里的岩石已接近熔融状态，具有很大的可塑性。同上部的岩石圈比较，它易于流动，称为软流圈，其厚度约为200km。

地幔与地核之间的古登堡面，是地球内部最显著的一个不连续面。P波到了这个界面上，突然减速，并急剧改变行进方向，以致地面上产生P波的影区，即P波无法到达的地带；同时，S波在这个界面上突然消失，以致地面上产生 S波的影区。前者是一个宽度为 4 100km的环形地带（其南北界线距震中分别为5700km和11600km）；后者是一个以震中的对蹠点为中心、半径为8 400km的圆形地区。

根据上述情况可以推断，地球的外核是液体，因为P波在液体介质中要急剧减速，而S波不能在液体中传播。但在5 100km深处的利曼界面上，P波又急剧加速；同时，S波又重新出现，由此可知，地球的内核是固体。因为在地核内部，P波的加速和S波的再现，只能被认为是地震射线由液体进入固体的反映。

回顾地震学的历史，地球物理学家们经过了近一个世纪的努力，使得人类对自己居住星球的平均结构有了大概的认识。近年来，随着地震台网的加密和特别是计算机技术的发展，更为精细的地球内部结构也逐渐被科学家们发现。新研究显示，就像夹心巧克力块里面有花生酱和蜂蜜一样，地球的内部远比外观呈现的差异性更大。

　　最新数据显示，地幔比以前人们认为的包含更多不同物质。因此现在人们认为对流(被加热的物质如何沸腾)的原理存在很大不同。亚利桑那州立大学的研究员艾伦·迈克纳马拉解释说：“设想一壶水正在沸腾，它是个合成物，现在将一罐蜂蜜倒进水壶里。蜂蜜要以对流方式进入水体，这是个更加复杂的体系。”根据这项最新数据，一种理论认为，长期以来测量的在地球内部穿行的震波的速度差异达到惊人程度。急剧的速度变化显示震波正通过不同物质。研究人员表示，在地球的每侧存在两个较大的化学成分截然不同的致密物质堆或堆积物，这个物体达到数百公里厚，一处位于太平洋下面，另一处位于大西洋和非洲下面。

　　迈克纳马拉说：“这些物质像花生酱。它是固体岩石，但是巨大的压力和极高的温度让这些岩石变得像柔软的花生酱。因此任何压力都能引起它流动。”了解这种堆积物内部的物质是如何运动，将有助于科学家更好地理解地球表面板块是怎样运动引起地震并形成高山的。迈克纳马拉说：“这些堆积物指出了对流循环产生的方式，以及当前的循环方式。如果没有这些堆积物，对流将与现在完全 不同。”

参考文献：

《地震学引论》，[美] Peter M. Shearer， 地震出版社

《地球内部物理》， 周蕙兰， 地震出版社

江苏教育学院网站，http://www.jsie.edu.cn/web/dqgl/j14.htm

　　　　　　　　  http://tech.sina.com.cn/d/2008-05-06/07202177326.shtml

（葛粲、单斌 供稿）