对密度的感知亦证明是发现地球构造的一种有效方法。当然，我们不能直接看到我们这个行星的内部。光无法穿过岩石。但是，来自地震的压力波或冲击波却可以。

当这些波通过岩石时，其速度和路线会因岩石不同而发生变化，因此，地质学家们能通过测量来自地震的冲击波用多长时间传到地球各处不同的点来探查地球深处的岩石。

这所揭示的地球是一层层组成的，很像是一枚元葱。在外表是一层薄壳，其厚度无非像是贴在足球表面的一张邮票，这下面是构成地球体积82%以上的地幔。再深一些，便是密度很大、温度很高的地核了。

地质学家们在本世纪综合了大量信息，形成了一幅越来越详尽的地球内部的图景。这种信息大部分来自对地震的研究。但地质学家们亦注意到了地球的磁场、陨石，岛系和火山。所有这些都揭示出我们这个行星内部的一些情况。

地球元葱的层次

地震过后，压力波或冲击波都要向四面八方扩散。如同光穿过玻璃一样，这些震波遇到石同密度的岩石时都要被反射或折射。如果震波穿过的岩石密度较大，波速便会增加；如果岩石的密度较小，波速则会减慢，地质学家们通过确定这些震波穿过地球时的道路和速度，可以识别出我们脚下数千公里深处岩石的密度和厚度。

上世纪末，科学家们为记录冲击波研制出了第一批叫做地震仪的仪器。他们很快便证实了地震能在地球内部造成两种主要类型的波。第一种，原级波或压力（P）波，以交替压缩和扩展的方式传播。这种波可穿过岩石、气体和液体。

随着P波之后是切变波或再生（s）波。由于S波传播时伴有侧向震动，它只能穿过固体（液体和气体没有支持侧向运动的刚度）。

当南斯拉夫地球物理学家Andrlja Mohoroviéié分析1909年克罗的亚的一次地震记录时，他发现了四种地震脉冲：其中两种是压力性的，两种是切变性的。接近震区的地震仪记录下了慢传的S波和P波。离地震较远的地方做出的记录中，这些信号消失很快且为较快的S和P波所代替。

Mohoroviéié把慢波解释为由震中通过地壳上层直接传到地震台的震波。而那些较快的波，则很可能是穿过了地下某一密度较大的岩层，该岩层反射器加大了震波的速度。

他做出了地壳和地幔间边界的密度变化是2.9 ~ 3.3 g/cm³的结论。地质学家们为表示承认他的发现，把这一边界称为Mohoroviéié间断面或简称为Moho。

随着地震学家们积累地震仪的记录，他们发现了一个从震源到105° ~ 142°间测不到震波的“静区带” · 超过142°，P波在地震记录中重新出现。

唯一合适的解释是震波曾从固体通向液体。这会中断S波，且使P波发生折射并减慢速度。地震学家们的结论是，在2，900公里的深度，密度的变化是从5.5 ~ 10 g/cm³。他们指出，这便是地幔和地核间的边界。

但后来他们在静区带也发现了一些震波，然而这些震波要弱得多。三十年代中期，丹麦的一位地震学家Inge Lehman提出，在通向地核大约2，250公里的地方出现了密度的进一步改变。这一密度的变化可能加速P波且使某些P波发生弯曲，结果在静区带出现。她得出了地球内部有一个密度很大的固体内核的结论。其他人证实了她的结论，而我们现在推断，这一边界处密度的变化是12.3—13.3 g/cm³，然后才达到地心的13.6 g/cm³。

温度与压力的对抗

目前，地质学家们越来越多地用人造地震来探查地球的内部。他们利用回声探测器，小型爆炸和需要时随时随地可以开关的其他震动装置。

现在我们知道的大体情况是一系列的同心层，这些地层距中心越近，密度越大。两个对立的因素控制着地层的刚度，因而也包括密度。

首先是温度，它可使岩石软化或熔化。由于岩石中放射性元素衰变所产生的能，地球内大部分是炽热的。在地球的中心，温度大概是3，000°C，到地幔和地亮的边界降至375°C。

第二个因素是压力，它趋向于把岩石固化，地层越深，上面岩石的重量越大，压力也就越大。

实际上，接近冷却的地表时，岩石主要是固态、易碎的，地质学家们把这一层称作岩石圈。这一层包括地壳和地幔的上层，厚度大约为70公里。

这时，地震波速减慢，表明密度有变化。这是软流层。放射产生的热在这里不易消散，岩石趋向于熔化甚至可以流淌。“太妃糖”似的软流层延续约200公里，软流层下面的大约2，500公里，地震波速起初是急剧增加，然后是缓慢增加。这是中间层。虽然温度很高，但压力的作用很大，使岩石和各种物质均呈刚态，只能缓慢地“蠕动”。

到地核，S波消失。温度开始高达足以抵消来自上部岩石的压力。地核有2，200公里深是液态的。最后，压力构成到中心1，270公里的固体内核。

成分：直接的与间接的

知道地球内部各层物质的物理状态只是问题的一个方面。那么，这些物质是由什么构成的呢？虽然我们可以钻井取岩石标本，但尚没人能达到地幔。苏联科拉岛上世界最深的钻井也只打到12公里的内部。这大约是地壳的二分之一或到地心的百分之二。

这样看来，通过直接观察我们对地球外壳都能知道些什么呢？在大陆地区，我们发现硅和铝是大量的。这些元素和氧结合成最常见的岩石——花岗岩。大洋底部和大陆的花岗岩下面的地壳主要是由玄武岩组成，其中硅、铁和镁为主要成分。我们所确知的便到此为止了——但地质学家们相信他们在四个地区（意大利北部，土耳其东南部，波斯湾和新几内亚）发现了从地幔上升到地表的岩石。这些通称为橄榄岩的黑色重石，是由橄榄石和辉石组成的。这是一些只有在高压下才能形成的含大量铁、镁的硅酸盐矿物质。橄榄岩的密度可以使来自地震的冲击波以在地幔中同样的速度传播。

因此，目前的最佳推测是，地幔大部分是由氧、硅、镁、铁组成。在地幔的上部，这些元素可能以矿物的形式存在，如橄榄石、辉石和石榴石。随着来自上面岩石压力的增加，原子会重新组合成更紧密的形式或“高压矿物”，而这又反过来改变岩石的结构。最后，在地幔的底部，矿石可能破碎成纯氧化物。

陨石能为我们提供另外一些了解我们星球成分有价值的线索，大多数落到地面的陨石都是两类中的一类：不是石性的，便是金属性的。正如科学家们所认为的那样，如果陨石代表的是和地球一样的星体的残迹，那么石性陨石代表的可能是地幔型的物质；而金属性陨石则是前者核心的结块。

如果这一想法是正确的——而且看来石性陨石的成分确实很像我们所知道的地幔的成分——那么我们就能通过研究金属性陨石来了解关于地核的许多情况。它们所含的主要是铁、硫化铁和一些所谓亲铁元素，其中包括锡、铂白金和铱之类的一些其他微量金属。磁力正是地核中这些金属产生的。

能改变方向的磁场

地球有一个很强的磁场，这一磁场的来源历代以来困惑了科学家们。虽然古代中国和希腊人看来知道些地球磁场的情况，但是直到十七世纪我们才对这一磁场的本质有所了解。

英国的一位物理学家兼医生Willian Gilbert提出地球起着一块大磁铁的作用。他的学说一直通行到本世纪。后来科学家们发现，地球的磁极每200，000—300，000年便改变一次：北极变为南极，南极变为北极，这样的“变换”是和永久性磁铁及其磁场的想法不一致的。在过去的三十年中出现了这样一种解释：当地球绕着轴旋转时，地核外层的液态层使地幔和固态的地壳转动得比固态的内核相对要快。一些地球物理学家断言，这样的结果是地核中的电子对于地幔和地壳中的电子相对来说是运动着的。电子的运动形成了一台高效的天然发电机，它带有一个与磁铁的磁场形式相同的磁场。

我们今天所熟悉的地球磁场强度和方向的微小变化可能是与地幔交界处的地核外层中小涡流造成的。目前，地质学家们正开始收集表明地核与地幔的边界是崎岖不平的数据。这一交界带有可扩展数百公里到数千公里、宽度为一公里或更多的许多皱波。他们论断这种不平可以解释地球磁场的改变。

地质学家们一旦能测量很低的磁场，他们便有了一种有价值的研究工具。许多岩石都含有少量的铁，当这些岩石形成时，铁粒子曾起过微型指南针的作用，并且按照当时磁场的方向固定下来。这些矿石（“古磁”或化石磁）提供着地球磁场变换的线索。

不过，化石磁对地质学家来说还含有另一种线索。极地的磁场是比赤道磁场强的，这可影响铁粒子被磁化时精确的角度。通过测量岩石中磁场的方向和角度，地质学家可以确定该岩石原来形成时的纬度。以此来和岩石现在的纬度对比，便可收集起大陆块是如何旋转和互相相对运动的记录。

陆地间的大洋

17世纪初叶，英国哲学家Francis Bacon曾指出，美洲东侧和非洲西侧的外形看来好像能吻合在一起，很像是锯开的两大块。在后来的几个世纪中，在新大陆定居下来的人发现了美洲大陆的一些大煤田，其位置看来和锯开的欧洲一侧的煤田相符。

加之，科学家们常常发现大西洋两侧同一种类动植物化石的残迹。逐渐地，越来越多的证据似乎表明地球陆地表面曾经是一块大陆，该大陆分裂开来，慢慢漂浮形成分离的单个陆地。问题是没有人能解释这是怎样发生的。然后，1928年，达累姆大学的地理学教授Arthur Holmes提出地幔上部可能有对流，美国人Harry Hess后来把这一理论发展为海床扩展的概念e这一想法是对流会迫使称作岩浆的熔化岩石从内部涌出冲破上面的地壳。当岩浆冷却时，形成一条玄武岩带。由于更多的岩浆会通过撞击流出来，所以这一玄武岩带会逐渐扩展。这些活动的发生地点便是贯穿世界各大洋的大海脊。

许多科学家，尤其是地质学家，在没有面对六十年代地磁研究的数据之前，是不会接受海床扩展这一想法的。科学家们在科研船上测量了横贯大洋海脊的岩石磁性（例如大西洋中部海脊）。他们发现，大洋床的岩石在许多与海脊平行的岩带上，磁化的方向是不同的。此外，海脊两侧岩带的形状也是相同的。

对此，他们解释说，当来自地幔的玄武岩岩浆在海床上冷却时，它是按着当时地球磁场被磁化的。由于岩浆不断涌出，它把先前新近固化的玄武岩带冲开，使其一分为二。如果地球磁场变换了，则下一条玄武岩带会以与原来岩带相反的方向被磁化，从而在中间形成一条岩带。这一点以及离海脊越远，岩石的年龄越大的情况，支持了海床扩展的概念。它表明，既然大洋中间的海脊可以把新材料不断加到洋床上去，一度曾连在一起的大陆便可被大洋分开。

板块：全球的传送带

1965年，加拿大地球物理学家J. Tuzo Wilson将大陆漂移和海床扩展的想法综合为一个活动的传送带和坚固的板块的总概念。早在1967年，美国=些地球物理学家曾补充过另一个概念——“从下插入”，即一大块地壳物质在深海沟处伸进另一块的下面。

从这些想法出发，英、法和美国的科学家们构想出一个关于地壳的杰出理论，而且很快便取了“板块构造学”这一名称。这一想法是，地球的表层，岩石圈，是由6个或更多的大板块组成。这些板块在炽热的，有些熔化的软流层上运动。当它们运动时，会携带着大洋和陆地一起互相碰撞，分开或擦过。

科学家们用激光和卫星技术收集的数据表明，不同的板块每年在以1.6 ~ 7厘米之间的速度运动（这和人的指甲生长速度所差无几）。例如，在大西洋中部海脊处相遇的板块，每年在以2厘米的速度做分开运动。

板块构造学提供了一个总的框架，它可以成功地解释从造山、地震到大陆漂移的地球表面的构造和地质现象。但是，我们对这一地层的了解与这个星球的大小相比是完全微不足道的。

［New Scientist，1988年2月25日］