地球内部结构

对于地球内部结构和组成的认识一直处于不断更新和完善中。图3-1是目前一般认为的地球结构模型。地球分为地壳、地幔和地核三层结构，各层特征如下。

图3-1 地球内部结构简图

（据Philpotts＆Ague,2009，有修改）

1.地壳

地壳（crust）是地球表面的最外层，其中大洋地壳厚度为6～8km；大陆地壳平均为30～35km，在强烈加厚的造山带（如青藏高原、喜马拉雅造山带）可以达到双倍地壳厚度（70～80km），地壳的平均密度是2.8g/cm³。大洋地壳年轻，一般最老为150～200Ma，其成分主要是洋中脊玄武岩（MORB）和洋底的薄层沉积物（沉积岩）。大陆地壳则保留了地球上最为古老的地壳岩石（>4000Ma）。按照变质作用限定的地壳稳压条件，大陆地壳一般分为下、中、上地壳三层，其中下地壳由麻粒岩相或者榴辉岩相岩石、底侵在莫霍面之上的辉长质岩石和各类高级变质的片麻岩类组成；中部地壳主要是角闪岩相的岩石；上地壳由沉积盖层以及地表可以见到的各种岩石构成，主要达到绿片岩相。在下地壳的底部，由于地震波速不连续的突变，纵波速度从下地壳的7.2～7.3km/s突变为上地幔顶部的8.0km/s以上，这一突变带称为莫霍面（Moho）。

2.地幔

地幔（mantle）是指莫霍面之下到核幔边界2900km的深度范围，也分为上、下地幔。

上地幔深度大约从莫霍面之下35km开始，包括大约35～70km的岩石圈地幔、70～220km的软流圈地幔（低速层），以及220～660km的高地震波速的上地幔。岩石圈地幔的顶部（35～70km）的矿物组合从上向下分别是斜长石相地幔橄榄岩、尖晶石相地幔橄榄岩和石榴子石相地幔橄榄岩。410～660km被称为过渡带，主要的地幔矿物相为尖晶石相。高温高压实验研究结果表明，410km深度（大约10～12 GPa）是橄榄石从α相转变为密度更大的β相（尖晶石相）。深度大于660km（24GPa），橄榄石则从β相（尖晶石相）转变为γ相（钙钛矿相），密度进一步增大，进入下地幔。

下地幔（660～2900km）是固态的，对应的温度为1900～2500K，推测主要的矿物组合为01l+Cpx+Opx±Sp±Grt，或者由这些矿物的高压相构成。与外核的边界称为D＂层，该层被认为是一个巨大的热边界层，上下的温度差可能达到1500K。目前地球物理探测认为有些俯冲的板片可能深俯冲并囤积到该边界，最深的地幔柱可能发源于该边界层。

3.地核

地核（core）分为外核和内核，其中内核（深度5151km以下）是固态的，天体化学和地震波研究其应为Fe-Ni合金为主，加上一些轻的元素（如N、C）构成的。外核（深度2900～5151km）是液态的，其最主要的特征是地震波的横波无法穿过，纵波很大衰减，外核的成分推测以Fe为主，加上其他的轻元素（如S、H、O、Si、P等）。

地球的内部结构竟像一个熟鸡蛋