地表的海洋和陆地实际都是地球圈层的一部分。海洋面积广大而且互相沟通，是水圈的主要组成部分；陆地和海底岩石相连，实际是地壳的组成部分之一。地球的圈层结构，从外向内，主要包括地表以上的大气圈、水圈和地表以下的地壳、地幔、地核以及一个广泛存在于大气圈、水圈和地壳表层之中的特殊生物圈。这些圈层是在地球的形成和长期演变过程中逐步出现的。经过46亿年的漫长演变过程，现在的状况是，各种圈层基本上按密度大小的顺序，从地心向外，大致呈现同心圆状分布。这就是整个地球结构的基本特征。
1.地球内部圈层的形成
因为地球有一个坚硬的岩石外壳，所以对其内部状况的探索和研究，尽管就在脚下，却比“上天”还困难。目前人类能打出最深的钻井只有13千米深，这对具有6371千米半径的地球来说，简直就是只刺破了一层皮。因此，对于地球内部结构的认识只能靠间接的方法来进行分析和推测。目前，一般认为地球在46亿年前从太阳星云中分化出来时，原是一种接近均质的球体。其组成物质主要是碳、氧、镁、硅、铁、镍等元素。在地球逐渐收缩演化过程中，放射性元素所释放的能量在地球内部积累。在物质向中心收缩过程中，又有位能向热能的转化。这样，使地球内部的温度不断升高，物质可以出现塑性，在不停地自转中，由于重力等作用而发生分异，轻物质上浮而成为表层，重物质下沉而成为内层，地球从此逐渐形成了性质不同的各种圈层。现在的地球仍然继续演化着，有人认为地球内部温度，仍在增高，随着温度的变化，物质将会进一步分异。当然，上述这些推测和设想都有待用实际观测和必要的模拟实验来证明。对于地球内部结构的研究，目前常用的方法是地震波分析法。
地震波分析的原理是，当地震或地下人工爆炸时，一部分能量以弹性波的形式传向四方。在地球内部传播的叫体波，沿地球表面传播的叫面波。我们研究地球内部结构主要是靠体波来进行。因为体波不但能在地球内部传播，而且还可分成两种不同的波，即纵波和横波。这两种波的性质不同，传递出来的介质信息也不同，通过比较更利于我们探索和研究地球内部的状况。
纵波（以P表示）在介质中传播时，介质质点发生震动的方向与波的传播方向一致，因而通过的性能强，可通过固体、液体和气体。速度比横波快一倍。
横波（以S表示）在介质中传播时，介质的质点发生震动的方向与波的传播方向相垂直，即靠介质的剪切变形来传播，因而只能通过固体而不能通过液体和气体介质。其前进的速度只是纵波的1/2。
另外，介质的状态相同（如均是固态），若密度和弹性特征出现差异，即使体波能够通过，波的传播速度也要发生变化。
通过地震波观测记录的分析表明，无论是纵波还是横波，在地内传播时，从总体上说，波速都是随深度的增加而增加，而在同一深度中波速也基本相同。但是，根据地震波速度与介质密度和弹性特征关系的分析，表明地球内部物质的密度和弹性是随深度而变化的。特别是在某些深度上，波速会发生突然变化或有的波根本不能通过。这说明介质特点和性质发生了变化。我们把地震波传播中发生突然变化的地方，称为不连续面。依据这些不连续面的深度位置，人们把地球内部结构状况分成几个不同的圈层（见图6-7）。
地壳的范围在地表到第一个不连续面之间。陆上平均厚度为30～40千米，这个不连续面叫莫霍洛维奇不连续面，简称莫霍面， 通常用M面表示。此界面以上为地壳，它是固体地球最外层坚硬的岩石外壳，直接与外边的大气圈、水圈、生物圈接触。
莫霍洛维奇发现此M面，是因为此面上下地震波速度发生了明显变化。在大陆地区地表以下，纵波和横波的速度一般为6.2千米/秒和3.6千米/秒，两种波的速度随深度增加而增加，在M面上分别达到7千米/秒和3.8千米/秒，而M面以下突然增到8.2千米/秒和4.7千米/秒。这表明M面两侧物质的性状有所不同。实际通过各种资料证明，M面以上岩石密度为3克/厘米3，M面以下岩石的密度突然增到3.3克/厘米3。
通过M面深度位置的测定，发现各地地壳的厚度是不均匀的，大陆上最厚的地方是高大褶皱山区，可达50～75千米，而海洋底部只有5～10千米。地壳平均厚度约20千米，体积占地球的0.8％。质量为5×1019吨，占地球全部质量的0.5％。
地幔也叫中间层，它为地壳到地核之间的过渡圈层。地幔的范围在莫霍面以下到2900千米处的第二个不连续面之间。第二个不连续面是美籍德人古登堡发现的，称古登堡面。因为地震波在这个广大范围内，速度随深度加大逐渐增加，但变化不均匀，人们推断地幔总的说是固态物质。
地幔范围广大，体积为地球总体积的82％以上，质量约占地球全部质量的68％。它是地球内部复杂多变的重要圈层，充分体现了它的过渡性质。
地核位于地下2900千米古登堡面以下直到地心的部分，这个范围总称为地核。由于地震波到了2900千米深处，突然发生极大变化。纵波在地幔层中已逐步增加到13.6千米/秒。可是，通过古登堡面以后，急剧降到8.1千米/秒，而横波消失不见了。这充分表明不连续面两侧物质的化学成份和物态等有了很大改变。
根据地震波在地核内传播的情况，地核也可再分为外核和内核两部分。从地下2900千米到5100千米之间为外核。在这个范围内横波完全消失，纵波速度虽然又有所增加，但增加得很缓慢。所以外核的物质应为液态。5100千米以下直到地心为内核，这里不但出现了纵波速度突然增加现象，而且纵波穿入内核以后，其部分能量又在这里的介质中被激发出了横波，使横波重新复现。据此，人们推断，内核弹性很强，可能不是液态而是固态。地核体积占地球总体积的16.2％，而质量占地球总质量的31.5％。其物质组成主要是铁和镍等重金属。地球内部结构情况可详见表6－2。
表6－2 地球内部圈层及其物理状况
本文标题：地球的圈层结构
手机页面：http://m.dljs.net/dlsk/digai/55347.html
本文地址：http://www.dljs.net/dlsk/digai/55347.html
