地球的内部结构：教程上册

由于地球表层的最深钻井仅15 km，约为地球半径的，尚缺乏地球内部的直接资料。但是，根据地球科学和天文学的资料和方法，可以借助行星内部结构的基本微分方程组，由数值计算来建立其内部结构模型，即得到地球内部的物质密度、成分等的深度分布以及圈层构造。一般地，行星内部物质以不同程度向中心密集，形成核、幔（中间层）、壳（外层）的圈层构造。

地震波是震源（大小为几千米到上百千米，深100～750 km）产生的弹性波，有体波和面波两类。体波又分为纵波（P波）和横波（S波），波长大于几十千米，在地球内部各层的传播状况与物质密度及其弹性模量有关。综合全球地震资料，可推算出地球内部的波速-深度分布（见图5-4），显示地球内部温度分布（见图5-5）和地核、地幔、地壳三大圈层（见图5-6）。地核又分固体内核（以下按半径计，0～1221.5 km）和液态外核（1221.5～3480 km）。地幔分为下幔（3630～5701 km）和上幔（4701～6346.6 km），地幔有底部D″层（3480～3630 km）、中部过渡带（4701～5971 km）。地壳平均厚度为33 km，各处厚度不均匀，海洋地壳平均厚度约为6 km，而大陆地壳厚度为30～50 km。地壳和地幔顶部（半径6291 km以上）由刚性岩石组成，一起称为岩石圈，厚度约为60～120 km。岩石圈下面是软流圈，深度为100～700 km。地幔内的结晶结构变化发生于表面下410 km和660 km，跨越分隔上、下地幔的过渡带。

图5-4　地震波速的深度分布

图5-5　地球内部的温度分布

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图5-6　地球内部的深度分层

地壳约占地球总体积的1.55%，占总质量的0.8%。地壳下有波速间断面——M（莫霍）面与地幔分界。地幔占总体积的82.3%，占总质量的67.8%，地幔底有古登堡间断面与地核分界。地核占总体积的16.2%，占总质量的31.3%。

面波仅在地表或界面附近传播，用于研究地壳和上地幔。大地震可以激发地球的整体自由振动，周期为70～3200 s，可持续几天。更准确的参量地球模型（PEM）在深度小于420 km时分为PEM-O（海洋）、PEM-C（大陆）、PEM-A（平均），图5-7给出它们的波速和密度分布。

图5-7　参量地球模型给出的波速和密度分布

过去，人们曾推测地核自转较快。直到1996年，宋晓东和G.P.Richards研究地震波资料时才发现内核自转是不均一的，有些小的系统变化，使内核对称轴比自转轴向东偏移1.1°／a，其后有人认为内核比地幔自转快0.1°～0.5°／a。这样，液态外核就成为缓冲圈，而核-幔边界形成复杂的、不均匀的过渡层。