我們知道地殼的密度為2.8 克/立方厘米，而整個地球的平均密度為5.5 克/立方厘米，因此我們馬上就能推測出地球一定有一部分的密度高於5.5 克/立方厘米。 對於這個問題我們有多種想法，但有一點我們是很清楚的，即這僅僅是我們的推斷。在實驗室裡測試一個普通尺寸的球體，其所受的萬有引力小到可以忽略不計。但對於地球來說，其巨大的引力作用則可以將地球上的一切物質牢牢吸住。如果我們假設地球全部是由岩石組成的，那麼地層深處一定會被外層的重量壓碎。這種強大的力量能壓縮地球內部並將所有的質量全都集中到一個很小的容積當中，所以較深地層的密度自然比外層密度要大。這個問題好像就這樣迎刃而解了。 但事實並非如此。人們曾經試圖在岩石上加足夠大的壓力，然後透過測出所加的壓力的數值計算出岩石內部密度增加的數值。但人們最終發現，地球外部所有地層重量不可能把地球內部壓縮到平均為5.5 克/立方厘米大小的密度。 因此我們只能得出這樣的結論：地球不全是由堅硬的岩石構成的。地球深處一定存在密度比岩石密度高得多的物質。那麼這些物質是什麼？我們怎樣才能想辦法去了解它們呢？迄今為止，我們所鑽到的最深的油井有9.6 公里深，而這個值僅是地球直徑的1/670。 難道人類真的沒有辦法對地心有所瞭解嗎？實際並不是這樣的。地震使地球表面遭到嚴重的破壞，人們透過對地震的觀測偶然發現，由於各種形式的波從地心傳出，從而使地球表面產生劇烈的晃動。其中有一種波的傳播方式類似於池塘中漣漪的水紋，另一種波類似於聲波在空氣中的傳播方式。實際上，在地震過程中，與聲波具有相同性質的波被稱為“初波”或“P 波”；另一種與在水中傳播方式性質相同的波我們稱之為“次波”或“S 波”。 這些波從最源頭產生，經過相當長的傳播距離，穿過地球內部並最終作用在地球表面上。1855 年義大利物理學家路支·派勒米瑞發明了第一臺研究這些波的簡易儀器——地震儀。在以後的幾年中，地震儀迅速得到了改進。到了19 世紀90 年代，英國工程師約翰·米爾恩在世界各地安裝了一系列的地震儀。如今已有500 多個精確的地震儀分佈在世界各地。 透過地震儀，我們能知道地震波在何時何地出現。科學家們能指出地震波穿過地球內部結構的路徑。如果地球各處物質的特性相同，則這些波將以固定的速度沿直線傳播。然而，由於地球的密度隨深度的增加而增加，部分割槽域由於受擠壓而壓縮，波的傳播路徑呈現出曲線。從這些曲線的特徵來看，科學家們就能得出地球內不同深度區密度的數值。如果同一深度的曲線走向發生急劇轉向，則說明這一地層不是由於被擠壓，而是由於密度的突然改變導致該地層的化學結構發生了變化。透過對地震波的分析研究，我們把地球結構劃分為三部分。最外面的地層叫“地殼”，是由我們所熟悉的岩石組成的。而大約在地下32 公里處（平均來講）地層結構發生了明顯變化。這個變化首先被克羅埃西亞地理學家安卓亞·莫霍間於1909 年時探測到了。所以被稱為“莫霍間斷層”或簡稱“莫霍斷層”。地殼下面是“地幔”，這部分也是由岩石組成的。一方面是由於“地幔”岩石被壓擠，另一方面是由於“地幔”的組成物質本身的密度較大，所以“地幔”層岩石的密度比“地殼”層岩石的密度要大。但“地幔”密度的增大並不足以成為解釋整個地球密度高的原因。 1914 年，德國地理學家本諾·古騰堡第一次證明了在地下2900 公里的深處，地震波再一次發生明顯的轉向這一事實。地心的密度完全可以用來解釋地球密度高的現象。由於注意到“P 波”能透過地心而“S 波”不具備這一能力，所以科學家們推斷出了地心的結構。由於“S 波”不能透過液體傳播，而“P 波”能透過液體傳播，所以這恰恰說明了地心是由液體組成的（地球的“地殼”、“地幔”、“地心”之間的關係與雞蛋中“蛋殼”、“蛋清”、“蛋黃”的關係是一樣的，而且僅在一些點上是相同的）。 那麼下一個要解決的問題就是要確定地心是由什麼物質組成的。因為地心一定是由密度比岩石大而熔點比岩石低的物質組成的。所以通常會認為地心是由不同的金屬組成的。因此，我們可設想地球有一個由液體金屬構成的地心。那麼到底是哪種金屬呢？ 實際上，在地震資料能夠對地球內部結構很好地作出解釋之前就已經給出了一個可能性的答案。偶爾會有隕石墜落在地球表面上（我將在後面部分進行詳細說明），它們的主要成分是由岩石構成的，而且通常含有10％左右的金屬物質。隕石中一般含有鐵並總會伴有相關金屬鎳，它們含量比例為9∶1。法國地理學家蓋布瑞德·奧古斯都·道布瑞早在1886 年就提出這樣一個設想，即地心是由鎳鐵混合物組成的。這種結論看來很有道理，所以現在科學家們假定地心是由90％的鐵和10％的鎳組成的。然而關於地心的組成成分還存在著意見分歧，其中有一種理論認為地心是由氧或硫化物或者是它們的混合物組成的。所以，“地心到底是由什麼物質組成的”，這還是一個有待於我們進一步研究和探討的課題。
我們知道地殼的密度為2.8 克/立方厘米，而整個地球的平均密度為5.5 克/立方厘米，因此我們馬上就能推測出地球一定有一部分的密度高於5.5 克/立方厘米。 對於這個問題我們有多種想法，但有一點我們是很清楚的，即這僅僅是我們的推斷。在實驗室裡測試一個普通尺寸的球體，其所受的萬有引力小到可以忽略不計。但對於地球來說，其巨大的引力作用則可以將地球上的一切物質牢牢吸住。如果我們假設地球全部是由岩石組成的，那麼地層深處一定會被外層的重量壓碎。這種強大的力量能壓縮地球內部並將所有的質量全都集中到一個很小的容積當中，所以較深地層的密度自然比外層密度要大。這個問題好像就這樣迎刃而解了。 但事實並非如此。人們曾經試圖在岩石上加足夠大的壓力，然後透過測出所加的壓力的數值計算出岩石內部密度增加的數值。但人們最終發現，地球外部所有地層重量不可能把地球內部壓縮到平均為5.5 克/立方厘米大小的密度。 因此我們只能得出這樣的結論：地球不全是由堅硬的岩石構成的。地球深處一定存在密度比岩石密度高得多的物質。那麼這些物質是什麼？我們怎樣才能想辦法去了解它們呢？迄今為止，我們所鑽到的最深的油井有9.6 公里深，而這個值僅是地球直徑的1/670。 難道人類真的沒有辦法對地心有所瞭解嗎？實際並不是這樣的。地震使地球表面遭到嚴重的破壞，人們透過對地震的觀測偶然發現，由於各種形式的波從地心傳出，從而使地球表面產生劇烈的晃動。其中有一種波的傳播方式類似於池塘中漣漪的水紋，另一種波類似於聲波在空氣中的傳播方式。實際上，在地震過程中，與聲波具有相同性質的波被稱為“初波”或“P 波”；另一種與在水中傳播方式性質相同的波我們稱之為“次波”或“S 波”。 這些波從最源頭產生，經過相當長的傳播距離，穿過地球內部並最終作用在地球表面上。1855 年義大利物理學家路支·派勒米瑞發明了第一臺研究這些波的簡易儀器——地震儀。在以後的幾年中，地震儀迅速得到了改進。到了19 世紀90 年代，英國工程師約翰·米爾恩在世界各地安裝了一系列的地震儀。如今已有500 多個精確的地震儀分佈在世界各地。 透過地震儀，我們能知道地震波在何時何地出現。科學家們能指出地震波穿過地球內部結構的路徑。如果地球各處物質的特性相同，則這些波將以固定的速度沿直線傳播。然而，由於地球的密度隨深度的增加而增加，部分割槽域由於受擠壓而壓縮，波的傳播路徑呈現出曲線。從這些曲線的特徵來看，科學家們就能得出地球內不同深度區密度的數值。如果同一深度的曲線走向發生急劇轉向，則說明這一地層不是由於被擠壓，而是由於密度的突然改變導致該地層的化學結構發生了變化。透過對地震波的分析研究，我們把地球結構劃分為三部分。最外面的地層叫“地殼”，是由我們所熟悉的岩石組成的。而大約在地下32 公里處（平均來講）地層結構發生了明顯變化。這個變化首先被克羅埃西亞地理學家安卓亞·莫霍間於1909 年時探測到了。所以被稱為“莫霍間斷層”或簡稱“莫霍斷層”。地殼下面是“地幔”，這部分也是由岩石組成的。一方面是由於“地幔”岩石被壓擠，另一方面是由於“地幔”的組成物質本身的密度較大，所以“地幔”層岩石的密度比“地殼”層岩石的密度要大。但“地幔”密度的增大並不足以成為解釋整個地球密度高的原因。 1914 年，德國地理學家本諾·古騰堡第一次證明了在地下2900 公里的深處，地震波再一次發生明顯的轉向這一事實。地心的密度完全可以用來解釋地球密度高的現象。由於注意到“P 波”能透過地心而“S 波”不具備這一能力，所以科學家們推斷出了地心的結構。由於“S 波”不能透過液體傳播，而“P 波”能透過液體傳播，所以這恰恰說明了地心是由液體組成的（地球的“地殼”、“地幔”、“地心”之間的關係與雞蛋中“蛋殼”、“蛋清”、“蛋黃”的關係是一樣的，而且僅在一些點上是相同的）。 那麼下一個要解決的問題就是要確定地心是由什麼物質組成的。因為地心一定是由密度比岩石大而熔點比岩石低的物質組成的。所以通常會認為地心是由不同的金屬組成的。因此，我們可設想地球有一個由液體金屬構成的地心。那麼到底是哪種金屬呢？ 實際上，在地震資料能夠對地球內部結構很好地作出解釋之前就已經給出了一個可能性的答案。偶爾會有隕石墜落在地球表面上（我將在後面部分進行詳細說明），它們的主要成分是由岩石構成的，而且通常含有10％左右的金屬物質。隕石中一般含有鐵並總會伴有相關金屬鎳，它們含量比例為9∶1。法國地理學家蓋布瑞德·奧古斯都·道布瑞早在1886 年就提出這樣一個設想，即地心是由鎳鐵混合物組成的。這種結論看來很有道理，所以現在科學家們假定地心是由90％的鐵和10％的鎳組成的。然而關於地心的組成成分還存在著意見分歧，其中有一種理論認為地心是由氧或硫化物或者是它們的混合物組成的。所以，“地心到底是由什麼物質組成的”，這還是一個有待於我們進一步研究和探討的課題。