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。 §604—1地球的外部结构 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。 岩石圈的表面，大部分被海洋覆盖。陆地的低洼部分，也有液态水停潴，成为湖泊和河流。在陆地的高寒地区（高纬和高山），固态水积聚成为冰川。此外，地表以下一定深处，存在着地下水。所有这些不同形态的水，构成一层水圈。 在岩石圈和水圈之上，整个地球被一层以氮和氧为主要成分的大气所包围，叫大气圈。大气圈是地球很外部的圈层，也是从地面到行星际空间的过渡圈层，没有明确的上限。 70％—75％质量的大气，集中在9km（两极）到17km（赤道）厚的底层。这一层大气的主要特点，是从地面获得热量和水分，因而有对流作用和天气现象，被称为对流层。 岩石圈、水圈和大气圈，既是彼此分离和独立的，又是相互渗透和作用的。这样，地球上就出现了一个既有矿物质、又有空气和水分的地带，加上适宜的温度条件，就成为生物衍生的地带，叫做生物圈。它包括岩石圈的上部，大气圈的底部和水圈的全部，是地球上一个独特的圈层。 地球的外部就是由岩石圈、水圈、大气圈和生物圈所组成的。 §604—2地震波与地球内部结构 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，目前世界上很深的钻孔，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很为重要。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。
地震波是一种弹性波，分为体波和面波。体波在地球内部自震源向全球传播，就像灯光照亮室内各个角落一样。面波沿地球表面自震中向四周传播①，如同投石水面所激起的水波一样。同地球内部结构直接有关的是体波。 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（图6—9）。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。纵波传播速度比横波快，它总是比后者先到达测站。根据横波滞后的时间，可以推知震源的所在及其距离。 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。 图6—9纵波（上）和（下）横波 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。 图6—10地球内部的圈层结构 图6—11地震波的波速 §604—3地球的内部结构 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（图6－10）。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（Mohorovicicdiscontinuity），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2900km深处，称古登堡界面（Gutenberydiscontinuity）。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（Rehmanndiscontinuity）。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）。 根据地震学家布伦（K·E·Bullen）1970年提出的模式，地壳、地幔和地核的深度和厚度列表如下： 　 　 ①地震的源地叫震源；地面上位于震源正上方的一点叫震中。
圈层 下限深度（km） 厚度（km） 地壳 15 15 地幔 2878 2683 外核 5161 2298 内核 6371 1210


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，太平洋底很薄处仅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，是地球内部很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4100km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8400km的圆形地区（图6—12）。

图6—12地震波影区示意图（假定地幔和地核都是均质的）

（左）纵波因内聚折射而形成环形影区；

（右）横波因无法通过外核而形成圆形影区。

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5100km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。我们知道，P波在固体中的传播速度比在液体中快，因为固体的弹性有利于提高波速。根据同样理由可以推断，地幔和地壳也都是固体。

至于地核的物质成分，据认为主要是由重物质铁和镍所组成。但是，对于地球内部的许多问题，都仍属于推论。







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