地心到底是什么样的？

我们知道地壳的密度是2.8g/cm3，而整个地球的平均密度是5.5g/cm3，所以我们可以立即推断地球的某些部分的密度必须高于5.5g/cm3。在这个问题上，我们有许多想法，但有一点我们很清楚，那就是，这只是我们的推论。在实验室里，一个普通大小的球体被测试，它的重力可以忽略不计。然而，对地球来说，它巨大的引力可以牢牢抓住地球上的一切。如果我们假设地球完全由岩石组成，地层的深度肯定会被外层的重量压碎。这种强大的力可以压缩地球内部，并将所有的质量集中成一个小体积，因此较深的地层密度自然高于外层。这个问题似乎是这样解决的。

但事实并非如此。人们试图给岩石增加足够的压力，然后通过测量增加的压力值来计算岩石密度的增加。然而，最终发现地球以外所有地层的重量都不能将地球内部压缩到平均密度5.5g/cm3。

因此，我们只能得出结论，地球并非完全由坚硬的岩石构成。地球深处一定有比岩石更致密的物质。这些物质是什么？我们如何找到理解它们的方法？到目前为止，我们钻的最深的油井有9.6千米深，只有地球直径的1/670。

人类真的没有办法了解地球的中心吗？事实并非如此。地震对地球表面造成了严重损害。通过对地震的观察，人们偶然发现各种形式的波来自地球的中心，这使得地球表面剧烈震动。其中，一种波的传播方式类似于池塘中的波纹，另一种波的传播方式类似于空气中的声波。事实上，在地震中，与声波性质相同的波被称为“初波”或“纵波”。另一种与在水中传播的波具有相同性质的波称为“二次波”或“S波”。

这些波从最大的源头产生，传播很远，穿过地球内部，最后作用于地球表面。1855年，意大利物理学家路易斯·佩雷米尔发明了第一个研究这些波的简单仪器——地震仪。在接下来的几年里，地震仪得到了迅速的改进。到19世纪90年代，英国工程师约翰·米尔恩在世界各地安装了一系列地震仪。今天，全世界分布着500多台精确的地震仪。

通过地震仪，我们可以知道地震波何时何地发生。科学家可以指出地震波穿过地球内部结构的路径。如果地球上所有地方的物质性质都相同，这些波将以固定的速度沿着直线传播。然而，随着地球密度随着深度的增加而增加，一些区域由于压缩而被压缩，并且波的传播路径呈现曲线。从这些曲线的特征来看，科学家可以得到地球不同深度区域的密度值。如果同一深度的曲线趋势发生急剧变化，这意味着地层没有受到挤压，但是由于密度的突然变化，地层的化学结构发生了变化。

地球结构示意图

通过对地震波的分析和研究，我们将地球结构分为三个部分。最外层的地层叫做“地壳”，由我们熟悉的岩石组成。然而，地下约32公里(平均)，地层结构发生了明显变化。克罗地亚地理学家安德里亚·莫霍在1909年首次发现了这种变化。所以简称为“莫霍面断层”。地壳下面是“地幔”，也是由岩石组成的。一方面，“地幔”岩石受到挤压，另一方面，“地幔”层岩石的密度高于“地壳”层岩石，这是因为“地幔”的组成物质密度较高。然而，“地幔”密度的增加不足以解释整个地球的高密度。

1914年，德国地理学家贝努瓦·古腾堡首次证明了地震波在地下2900公里处再次发生显著变化的事实。地球中心的密度可以用来解释地球的高密度。注意到“P波”可以穿过地球中心，而“S波”不具备这种能力，科学家们推断出了地球中心的结构。由于“S波”不能通过液体传播，而“P波”可以通过液体传播，这就表明地核是由液体组成的(地球的“壳”、“地幔”和“核”之间的关系与鸡蛋中“蛋壳”、“蛋清”和“蛋黄”之间的关系相同，只是在某些点上是相同的)。

接下来要解决的问题是确定地球中心是由什么材料构成的。因为地球的中心必须由比岩石密度更高、熔点更低的物质组成。因此，人们普遍认为地球的中心是由不同的金属组成的。因此，我们可以想象地球有一个液态金属核心。那它是哪种金属呢？

事实上，在地震数据能够很好地解释地球内部结构之前，已经给出了一个可能的答案。偶尔陨石会落在地球表面(我稍后会详细解释)。它们的主要成分是岩石，通常含有10%的金属。陨石通常含有铁，并且总是伴随着相关的金属镍，它们的含量比为9: 1。

法国地理学家加布里埃尔·奥古斯都·多布里早在1886年就提出了地球的中心由镍和铁的混合物组成的观点。这个结论似乎很合理，所以现在科学家假设地球的中心由90%的铁和10%的镍组成。然而，对于地球内部的组成仍然有不同的看法。一种理论认为，地球内部是由氧、硫化物或它们的混合物组成的。因此，“地球核心的组成是什么？”仍是一个有待进一步研究和讨论的课题。