地球深部的组成与结构

地球分化为金属核心、硅酸盐地幔和薄地壳，这种分层结构是通过结合地震剖面和矿物在深部行为的物理学推断出来的。

Definition

地球深部的组成和结构是指地球内部的化学构成和分层物理组织，包括富铁地核、硅酸盐地幔和地壳，这些是通过地震波速度和密度模型结合矿物物理学和地球化学推断出来的。

Scope

本主题涵盖地球深内部的化学组成和物理结构：主要层及其边界、以铁为主的液态和固态地核、硅酸盐地幔及其相变细分，以及地震学上独特的最低地幔。它涉及密度和速度的地球参考模型、连接速度与密度和组成的亚当斯-威廉逊关系和伯奇定律，以及对整体组成的地球化学和宇宙化学约束。重点在于地球深部由什么构成以及如何排列。

Core questions

• 地球的主要层及其边界是什么？
• 地核由什么构成？为什么它的一部分是固态，一部分是液态？
• 相变如何细分地幔？
• 地震波速度和密度如何用于推断组成？

Key concepts

• 地壳、地幔和地核的分异
• 液态外核和固态内核
• 地幔过渡带和相变
• 密度和速度的地球参考模型
• 伯奇定律和亚当斯-威廉逊关系

Key theories

地球参考模型

球对称平均模型，如PREM，汇编了地震波速度、密度和衰减随深度的函数，定义了主要层，并作为解释地球深部结构的定量基础。

伯奇定律与组成

伯奇定律是地震波速度与固定平均原子量下密度之间的经验关系，它允许将地震学测量的弹性特性转化为对地球深部内部组成和状态的约束。

Mechanisms

在地球历史早期，地球发生了分异，致密的铁下沉形成地核，而较轻的硅酸盐上升形成地幔和地壳；地震波速度和密度跳跃标志着这些层之间的边界以及地幔内部的压力诱导相变，通过将这些与候选矿物和金属的弹性特性进行匹配，并以伯奇定律和陨石组成为指导，确定了每个壳层的可能组成。

Clinical relevance

对地球内部组成和结构的了解是地幔对流、地球发电机以及地球热化学演化模型的基础，并为地震定位和地震层析成像解释提供了参考框架。

History

20世纪早期的地震学揭示了地核和地幔，雷曼于1936年发现了内核，布伦将地球内部细分为不同的壳层，伯奇于1952年将速度与组成联系起来，1981年的初步地球参考模型（PREM）将这些综合成至今仍在使用的标准径向模型。

Key figures

• Inge Lehmann
• Francis Birch
• Adam Dziewonski
• Keith Bullen

Seminal works

• dziewonski1981
• birch1952
• stacey2008

Frequently asked questions

地球的主要层是什么？

从外到内，地球有一个薄的岩石地壳、一个构成其大部分体积的厚硅酸盐地幔、一个液态富铁外核和一个固态内核；它们通过其组成以及地震波在它们之间边界处速度的变化来区分。

为什么外核是液态而内核是固态？

两者主要都是铁，但尽管温度随深度增加而升高，压力升高得更快；足够深的地方，极高的压力使铁的熔点高于局部温度，因此内核是固态的，而相对较浅、温度相对于其熔点较低的外核则保持液态。