我們知道地殼的密度為2.8 克/立方厘米，而整個(gè)地球的平均密度為5.5 克/立方厘米，因此我們馬上就能推測(cè)出地球一定有一部分的密度高于5.5 克/立方厘米。
對(duì)于這個(gè)問(wèn)題我們有多種想法，但有一點(diǎn)我們是很清楚的，即這僅僅是我們的推斷。在實(shí)驗(yàn)室里測(cè)試一個(gè)普通尺寸的球體，其所受的萬(wàn)有引力小到可以忽略不計(jì)。但對(duì)于地球來(lái)說(shuō)，其巨大的引力作用則可以將地球上的一切物質(zhì)牢牢吸住。如果我們假設(shè)地球全部是由巖石組成的，那么地層深處一定會(huì)被外層的重量壓碎。這種強(qiáng)大的力量能壓縮地球內(nèi)部并將所有的質(zhì)量全都集中到一個(gè)很小的容積當(dāng)中，所以較深地層的密度自然比外層密度要大。這個(gè)問(wèn)題好像就這樣迎刃而解了。
但事實(shí)并非如此。人們?cè)?jīng)試圖在巖石上加足夠大的壓力，然后通過(guò)測(cè)出所加的壓力的數(shù)值計(jì)算出巖石內(nèi)部密度增加的數(shù)值。但人們最終發(fā)現(xiàn)，地球外部所有地層重量不可能把地球內(nèi)部壓縮到平均為5.5 克/立方厘米大小的密度。
因此我們只能得出這樣的結(jié)論：地球不全是由堅(jiān)硬的巖石構(gòu)成的。地球深處一定存在密度比巖石密度高得多的物質(zhì)。那么這些物質(zhì)是什么？我們?cè)鯓硬拍芟朕k法去了解它們呢？迄今為止，我們所鉆到的最深的油井有9.6 公里深，而這個(gè)值僅是地球直徑的1/670。
難道人類真的沒(méi)有辦法對(duì)地心有所了解嗎？實(shí)際并不是這樣的。地震使地球表面遭到嚴(yán)重的破壞，人們通過(guò)對(duì)地震的觀測(cè)偶然發(fā)現(xiàn)，由于各種形式的波從地心傳出，從而使地球表面產(chǎn)生劇烈的晃動(dòng)。其中有一種波的傳播方式類似于池塘中漣漪的水紋，另一種波類似于聲波在空氣中的傳播方式。實(shí)際上，在地震過(guò)程中，與聲波具有相同性質(zhì)的波被稱為“初波”或“P 波”；另一種與在水中傳播方式性質(zhì)相同的波我們稱之為“次波”或“S 波”。
這些波從最源頭產(chǎn)生，經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的傳播距離，穿過(guò)地球內(nèi)部并最終作用在地球表面上。1855 年意大利物理學(xué)家路支·派勒米瑞發(fā)明了第一臺(tái)研究這些波的簡(jiǎn)易儀器——地震儀。在以后的幾年中，地震儀迅速得到了改進(jìn)。到了19 世紀(jì)90 年代，英國(guó)工程師約翰·米爾恩在世界各地安裝了一系列的地震儀。如今已有500 多個(gè)精確的地震儀分布在世界各地。
通過(guò)地震儀，我們能知道地震波在何時(shí)何地出現(xiàn)?？茖W(xué)家們能指出地震波穿過(guò)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的路徑。如果地球各處物質(zhì)的特性相同，則這些波將以固定的速度沿直線傳播。然而，由于地球的密度隨深度的增加而增加，部分區(qū)域由于受擠壓而壓縮，波的傳播路徑呈現(xiàn)出曲線。從這些曲線的特征來(lái)看，科學(xué)家們就能得出地球內(nèi)不同深度區(qū)密度的數(shù)值。如果同一深度的曲線走向發(fā)生急劇轉(zhuǎn)向，則說(shuō)明這一地層不是由于被擠壓，而是由于密度的突然改變導(dǎo)致該地層的化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。
地球結(jié)構(gòu)示意圖
通過(guò)對(duì)地震波的分析研究，我們把地球結(jié)構(gòu)劃分為三部分。最外面的地層叫“地殼”，是由我們所熟悉的巖石組成的。而大約在地下32 公里處（平均來(lái)講）地層結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯變化。這個(gè)變化首先被克羅地亞地理學(xué)家安卓亞·莫霍間于1909 年時(shí)探測(cè)到了。所以被稱為“莫霍間斷層”或簡(jiǎn)稱“莫霍斷層”。地殼下面是“地幔”，這部分也是由巖石組成的。一方面是由于“地幔”巖石被壓擠，另一方面是由于“地幔”的組成物質(zhì)本身的密度較大，所以“地幔”層巖石的密度比“地殼”層巖石的密度要大。但“地幔”密度的增大并不足以成為解釋整個(gè)地球密度高的原因。
1914 年，德國(guó)地理學(xué)家本諾·古騰堡第一次證明了在地下2900 公里的深處，地震波再一次發(fā)生明顯的轉(zhuǎn)向這一事實(shí)。地心的密度完全可以用來(lái)解釋地球密度高的現(xiàn)象。由于注意到“P 波”能通過(guò)地心而“S 波”不具備這一能力，所以科學(xué)家們推斷出了地心的結(jié)構(gòu)。由于“S 波”不能通過(guò)液體傳播，而“P 波”能通過(guò)液體傳播，所以這恰恰說(shuō)明了地心是由
液體組成的（地球的“地殼”、“地幔”、“地心”之間的關(guān)系與雞蛋中“蛋殼”、“蛋清”、“蛋黃”的關(guān)系是一樣的，而且僅在一些點(diǎn)上是相同的）。
那么下一個(gè)要解決的問(wèn)題就是要確定地心是由什么物質(zhì)組成的。因?yàn)榈匦囊欢ㄊ怯擅芏缺葞r石大而熔點(diǎn)比巖石低的物質(zhì)組成的。所以通常會(huì)認(rèn)為地心是由不同的金屬組成的。因此，我們可設(shè)想地球有一個(gè)由液體金屬構(gòu)成的地心。那么到底是哪種金屬呢？
實(shí)際上，在地震資料能夠?qū)Φ厍騼?nèi)部結(jié)構(gòu)很好地作出解釋之前就已經(jīng)給出了一個(gè)可能性的答案。偶爾會(huì)有隕石墜落在地球表面上（我將在后面部分進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明），它們的主要成分是由巖石構(gòu)成的，而且通常含有10％左右的金屬物質(zhì)。隕石中一般含有鐵并總會(huì)伴有相關(guān)金屬鎳，它們含量比例為9∶1。
法國(guó)地理學(xué)家蓋布瑞德·奧古斯都·道布瑞早在1886 年就提出這樣一個(gè)設(shè)想，即地心是由鎳鐵混合物組成的。這種結(jié)論看來(lái)很有道理，所以現(xiàn)在科學(xué)家們假定地心是由90％的鐵和10％的鎳組成的。然而關(guān)于地心的組成成分還存在著意見(jiàn)分歧，其中有一種理論認(rèn)為地心是由氧或硫化物或者是它們的混合物組成的。所以，“地心到底是由什么物質(zhì)組成的”，這還是一個(gè)有待于我們進(jìn)一步研究和探討的課題。
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