Земля, подобно луковице, состоит из нескольких концентрических оболочек. Каждой оболочке присущи свой особый химический состав, свои физические свойства и агрегатное состояние. Оболочки группируются в три основных слоя: наружный, называемый земной корой, промежуточный, именуемый мантией, и внутренний – ядро.
Твердая земная кора, на которой мы обитаем, по отношению ко всей планете не толще яичной скорлупы и составляет лишь 1,5% ее объема (и 0,8% массы). Самая верхняя часть земной коры, доступная непосредственному наблюдению, достаточно исследована, в то время как представления о внутренних частях Земли основаны на изучении сейсмических данных.
Сейсмические волны, вызываемые землетрясениями, пересекая границы раздела пород разной плотности, частично отражаются, а частично преломляются подобно лучу света на границе раздела двух сред. Когда фронт волны почти перпендикулярен поверхности раздела, как это бывает при глубоких землетрясениях, волны практически проходят полностью. Волны от обыкновенных землетрясений падают под углом на поверхность раздела и могут почти полностью отражаться. Зная эти углы, скорость волн на выходе, время входа в сейсмоприемник и пройденные расстояния, геофизики смогли рассчитать мощность и плотность различных оболочек Земли.

Земная кора

Химический состав земной коры и верхней мантии известен из непосредственных наблюдений над породами на поверхности или вблизи поверхности Земли. О тех частях Земли, которые расположены глубже верхней мантии, мы знаем мало, хотя они могут быть близки по составу железным и каменным метеоритам.
Земная кора делится на материковую, которую прежде принято было называть сиалем (по наиболее распространенным в ней элементам – Si и AI, и океаническую, ее называли симой (от Si и Mg). Океаническая кора подстилает материковую, а под океанами несет на себе тонкий покров осадков и лав. Плотность материковой коры 2,7 г/см³, она легче океанической, плотность которой 2,9 г/см³.
На границе, отделяющей кору от мантии, плотность вещества скачкообразно возрастает с 2,9 до 3,3 г/см³; поверхность этого раздела хорошо отражает сейсмические волны. Она известна как поверхность Мохоровичича – по имени хорватского ученого, установившего ее в 1909 г. Принято считать, что поверхность Мохоровичича служит основанием земной коры. Она расположена в среднем на глубине 35 км под материками и всего лишь на 10 км ниже уровня моря под океанами и морями.

Мантия и ядро

Верхняя мантия состоит из тонкого жесткого верхнего слоя (от поверхности Мохоровичича до глубины примерно 60-100 км), слоя астеносферы (до глубины 250-350 км) и мощного нижнего слоя (до 800-950 км). Верхний слой вместе с вышележащей корой образует жесткую оболочку – литосферу, которая делится на плиты. Эти плиты дрейфуют в латеральном (боковом) направлении по астеносфере, где давление и температура почти достигают точки плавления, вследствие чего материал астеносферы, по-видимому, находится в состоянии, близком к текучему. Верхняя мантия отделена от нижней мантии зоной, для которой характерны пониженные скорости прохождения сейсмических волн по сравнению с выше- и нижележащими слоями. Это слой Гутенберга, установленный ученым в 1914 г. Полагают, что мантия Земли имеет главным образом перидотитовый состав; кроме того, в ней появляются дополнительно минералы с высокой плотностью, возникшие под воздействием огромного давления перекрывающих пород.
Между нижней мантией и ядром на глубине 2900 км располагается еще одна граница раздела, где плотность подскакивает от 5,5 до 10 г/см³. Само ядро разделено на глубине 5150 км на внешнюю и внутреннюю зоны, которые, как считают, состоят из железоникелевого сплава. Предполагается, что внешняя зона находится в жидком состоянии, так как она задерживает сейсмические S-волны (поперечные, или волны сдвига), тогда как внутренняя зона, вероятно, является твердой, поскольку Р-волны (продольные, или волны сжатия) распространяются в ней несколько быстрее. Плотность меняется на границе между внешним и внутренним ядром от 12,3 до приблизительно 13,3 г/см³ и повышается до 13,6 г/см³ в центре Земли, т.е. на глубине 6371 км.
Метеориты, достигающие поверхности Земли, дают нам ключ к пониманию состава внутренней части нашей планеты. Они бывают железными и каменными, их количественное соотношение более или менее соответствует соотношению масc мантии и ядра Земли. Возможно, метеориты представляют собой остатки какой-то планеты, аналогичной по своему строению Земле, но давно переставшей существовать.

Тепловые явления

Количество тепла, из глубин достигающее поверхности Земли, может быть представлено в виде профиля теплового потока. От поверхности Земли к основанию коры температура повышается примерно до 375°С, в пределах верхней мантии – до 800°С (на глубине 50 км), в пределах нижней мантии – предположительно до 1800°С (на глубине 1000 км) и до 2250°С (на глубине 2000 км). У границы между мантией и ядром (на глубине 2900 км) температура может составлять 2500°С, в центре ядра – около 3000°С.
Тепло переносится к поверхности посредством конвекции и теплопроводности. В твердых слоях главную роль, вероятно, играет теплопроводность пород, в жидких – конвекция.