地球结构 - 地球圈层

如同其他的类地行星，地球内部从外向内分别为硅质地壳、高度粘滞状地幔、以及一个外层为非粘滞液态内部为固态的地核。地核液体部份导电质的对流使得地球产生了微弱的地磁场。

地球内部的金属质不断的通过火山和大洋裂缝涌出地表（参见海底膨胀条目）。组成地壳大部分的岩石年龄都不超过1亿（1×108）年；目前已知的最古老的地壳年龄大约有44亿（4.4×109）年历史。[1]

总体来说，地球大部分的质量是由下列元素组成：

铁：34.6 %
氧：29.5 %
硅：15.2 %
镁：12.7 %
镍：2.4 %
硫：1.9 %
钛：0.05 %
其他元素：3.65%

地球内部构造剖面图

地球内部温度高达5270K(4996.85 摄氏度)。行星内部的热量来自于其形成之初的“吸积”（参见重力结合能）。这之后的热量来自于类似铀钍和钾这类放射性元素的衰变。从地球内部到达地表的热量只有地表接收太阳能量的1/20000。

深度 内部层
公里 英里
0–60 0–37 岩石圈（约分布于5或200公里之处）
0–35 0–22 地壳（约分布于5或70公里之处）
35–60 22–37 地幔外层(岩浆)
35–2890 22–1790 地幔
100–700 62–435 软流圈
2890–5100 1790–3160 地核外核
5100–6378 3160–3954 地核内核

地球 - 地球圈层
地球圈层分为地球外圈和地球内圈两大部分。地球外圈可进一步划分为四个基本圈层，即大气圈、水圈、生物圈和岩石圈；地球内圈可进一步划分为三个基本圈层，即地幔圈、外核液体圈和固体内核圈。此外在地球外圈和地球内圈之间还存在一个软流圈，它是地球外圈与地球内圈之间的一个过渡圈层，位于地面以下平均深度约150公里处。这样，整个地球总共包括八个圈层，其中岩石圈、软流圈和地球内圈一起构成了所谓的固体地球。对于地球外圈中的大气圈、水圈和生物圈，以及岩石圈的表面，一般用直接观测和测量的方法进行研究。而地球内圈，目前主要用地球物理的方法，例如地震学、重力学和高精度现代空间测地技术观测的反演等进行研究。地球各圈层在分布上有一个显著的特点，即固体地球内部与表面之上的高空基本上是上下平行分布的，而在地球表面附近，各圈层则是相互渗透甚至相互重叠的，其中生物圈表现最为显著，其次是水圈。

地球由地核到大气截面图（部分按照比例）

大气圈
主条目：地球大气层

　　 地球拥有一个由78%的氮气、 21%的氧气、和1% 的氩气混和微量其他包括二氧化碳和水蒸汽组成的厚密大气层。大气层是地球表面和太阳之间的缓冲。地球大气的构成并不稳固，其中成份亦被生物圈所影响。如大气中大量的自由二价氧是地球植物通过太阳能量制造出来的。离开这些植物，氧气将通过燃烧快速与物质重新结合。自由（未化合）的氧元素对地球上的生命意义重大。

　　 地球大气是分层的。主要包括对流层、平流层、中间层、热层和逸散层。所有的层在全球各地并不完全一致并且随着季节而有所改变。

　　 地球大气圈的总质量大约是5.1×1018kg，是地球总质量的0.9 ppm。

　　 大气圈是地球外圈中最外部的气体圈层，它包围着海洋和陆地。大气圈没有确切的上界，在2000 ～ 16000 公里高空仍有稀薄的气体和基本粒子。在地下，土壤和某些岩石中也会有少量空气，它们也可认为是大气圈的一个组成部分。地球大气的主要成份为氮、氧、氩、二氧化碳和不到0.04％比例的微量气体。地球大气圈气体的总质量约为5.136×10<SUP>21</SUP>克，相当于地球总质量的百万分之0.86。由于地心引力作用，几乎全部的气体集中在离地面100公里的高度范围内，其中75％的大气又集中在地面至10公里高度的对流层范围内。根据大气分布特征，在对流层之上还可分为平流层、中间层、热成层等。

水圈
主条目：海洋
　　 地球是太阳系中唯一表面含有液态水的行星。水覆盖了地球表面71%的面积（96.5%是海水，3.5%是淡水[3]）。水在五大洋和七大陆都存在。地球的太阳轨道、火山活动、地心引力、温室效应、地磁场以及富含氧气的大气这些因素相结合使得地球成为一颗水之行星。

　　 地球正好处在足够温暖能存在液态水的轨道边缘。离开适当的温室效应，地球上的水将都会冻结为冰。古生物学证据显示如果蓝绿藻（藻青菌）在海洋中出现晚一点，温室效应将不足以维持地球表面液态水的存在，海洋可能在1000万至1亿年间冻结，发生冰川纪事件。

　　 当时在像金星这样的行星上，气态的水阻止了太阳的紫外辐射。大气中的氢被吹过的太阳风离子化，其产生的效果虽然缓慢但结果却不可改变。这也是一个金星上为何没有水的假说：离开了氢原子，氧气将与地表物质化合并留存在土壤矿物中。

　　 在地球大气中，还存在一个薄薄的“臭氧层”。臭氧在平流层吸收了大气中大部分多余的高能紫外辐射，减低了裂化效应。 臭氧只能由大气中大量自由二价氧原子产生，所以臭氧的产生也依赖于生物圈（植物）。地磁场产生的电离层也保护了地球不会受到太阳风的直接袭击。

　　 最后说明的一点是，火山活动也持续的从地球内部释放出水蒸汽。地球通过水和碳对地幔和火山中的石灰石消解产生二氧化碳和水蒸气（参见行星筑造学）。据估计，仍存留在地幔中的水的总量是现在海洋中所有水数量的10倍，虽然地幔中的大部分水可能从来不会释放到地表。

地球水界的总质量大约是1.4 ×1021 kg，计为地球总质量的0.023%。

　　 水圈包括海洋、江河、湖泊、沼泽、冰川和地下水等，它是一个连续但不很规则的圈层。从离地球数万公里的高空看地球，可以看到地球大气圈中水汽形成的白云和覆盖地球大部分的蓝色海洋，它使地球成为一颗"蓝色的行星"。地球水圈总质量为1.66×10<SUP>24</SUP>克，约为地球总质量的3600分之一，其中海洋水质量约为陆地（包括河流、湖泊和表层岩石孔隙和土壤中）水的35倍。如果整个地球没有固体部分的起伏，那么全球将被深达2600米的水层所均匀覆盖。大气圈和水圈相结合，组成地表的流体系统。

生物圈
主条目：生命
　　 地球是目前已知的唯一仍然拥有生命存在地方。整个行星的生命形式有时被称为是生物圈的一部分。生物圈覆盖大气圈的下层、全部的水圈及岩石圈的上层。生物圈通常据信始于自35亿（3.5×109）年前的进化。生物圈又分为很多不同的生物群系。根据相似的存在范围划分为植物群和动物群。在地面上，生物群落主要是以纬度划分，陆地生物群落在北极圈和南极圈内缺乏相关的植物和动物，大部分活跃的生物群落都在赤道附近。

　　 由于存在地球大气圈、地球水圈和地表的矿物，在地球上这个合适的温度条件下，形成了适合于生物生存的自然环境。人们通常所说的生物，是指有生命的物体，包括植物、动物和微生物。据估计，现有生存的植物约有40万种，动物约有110多万种，微生物至少有10多万种。据统计，在地质历史上曾生存过的生物约有5－10亿种之多，然而，在地球漫长的演化过程中，绝大部分都已经灭绝了。现存的生物生活在岩石圈的上层部分、大气圈的下层部分和水圈的全部，构成了地球上一个独特的圈层，称为生物圈。生物圈是太阳系所有行星中仅在地球上存在的一个独特圈层。
　　
岩石圈
　　 对于地球岩石圈，除表面形态外，是无法直接观测到的。它主要由地球的地壳和地幔圈中上地幔的顶部组成，从固体地球表面向下穿过地震波在近33公里处所显示的第一个不连续面（莫霍面），一直延伸到软流圈为止。岩石圈厚度不均一，平均厚度约为100公里。由于岩石圈及其表面形态与现代地球物理学、地球动力学有着密切的关系，因此，岩石圈是现代地球科学中研究得最多、最详细、最彻底的固体地球部分。由于洋底占据了地球表面总面积的2/3之多，而大洋盆地约占海底总面积的45％，其平均水深为4000～5000米，大量发育的海底火山就是分布在大洋盆地中，其周围延伸着广阔的海底丘陵。因此，整个固体地球的主要表面形态可认为是由大洋盆地与大陆台地组成，对它们的研究，构成了与岩石圈构造和地球动力学有直接联系的"全球构造学"理论。
　　
软流圈
　　 在距地球表面以下约100公里的上地幔中，有一个明显的地震波的低速层，这是由古登堡在1926年最早提出的，称之为软流圈，它位于上地幔的上部即B层。在洋底下面，它位于约60公里深度以下；在大陆地区，它位于约120公里深度以下，平均深度约位于60～250公里处。现代观测和研究已经肯定了这个软流圈层的存在。也就是由于这个软流圈的存在，将地球外圈与地球内圈区别开来了。
　　
地幔圈
　　 地震波除了在地面以下约33公里处有一个显著的不连续面（称为莫霍面）之外，在软流圈之下，直至地球内部约2900公里深度的界面处，属于地幔圈。由于地球外核为液态，在地幔中的地震波S波不能穿过此界面在外核中传播。P波曲线在此界面处的速度也急剧减低。这个界面是古登堡在1914年发现的，所以也称为古登堡面，它构成了地幔圈与外核流体圈的分界面。整个地幔圈由上地幔（33～410公里深度的B层，410～1000公里深度的C层，也称过渡带层）、下地幔的D′层（1000～2700公里深度）和下地幔的D″层（2700～2900公里深度）组成。地球物理的研究表明，D″层存在强烈的横向不均匀性，其不均匀的程度甚至可以和岩石层相比拟，它不仅是地核热量传送到地幔的热边界层，而且极可能是与地幔有不同化学成分的化学分层。

　　从地核外围约2900公里深处的古登堡界面一直延伸到约33公里深处莫霍界面的区域被称作地幔。在地幔底部的压力大约是1.40Matm（140GPa）。那里大部分都是由富含铁和镁的物质所组成。物质的熔点取决于所处之处的压力。随着进入地幔的深入的增加，受到的压强也逐渐增加。地幔的下部一般被认为是固态的，上地幔人们则一般认为是由塑性物质所构成。上地幔区域物质的粘滞度在1021至1024Pa·s之间，具体数据依据深度而变化[2]，所以上地幔才有可能缓慢地流动。

　　地球内核是固态、外核是液态、而地幔却是固态或塑性的，其原因在于不同地层物质的熔点，以及随着深度增加的温度和压强。在地表温度足够低，主要成分镍铁合 金和硅岩呈固态。地幔上层的硅岩基本是固态的，局部有熔化的，但总的说来由于温度高且压强较小，粘滞度相对较低。而地幔下层由于巨大的压强，粘滞度要比上层的大得多。金属质的镍铁外核因为合金熔点低，尽管压强巨大，还是呈液态。最终，极大的压强使得内核呈固态。

外核液体圈
　　地幔圈之下就是所谓的外核液体圈，它位于地面以下约2900公里至5120公里深度。整个外核液体圈基本上可能是由动力学粘度很小的液体构成的，其中2900至4980公里深度称为E层，完全由液体构成。4980公里至5120公里深度层称为F层，它是外核液体圈与固体内核圈之间一个很簿的过渡层。

固体内核圈

　　“地球”的平均密度为5515kg/m3，是太阳系中密度最大的行星。但地球表面物质的密度只有大约3000kg/m3，所以一般认为地核处存在高密度物质－在地球形成早期，大约45亿（4.5×109）年前，地球几乎是由熔化的金属组成的，这就导致了地球中心处发生高密度物质聚集，低密度物质移向地表的过程（参见行星分异作用）。地核大部分是由铁所组成（占80%），其余物质基本上是镍和硅。像铀等高密度元素要么在地球是稀少的，要么就是和轻元素相结合存在于地壳中（参见长英矿物条目）。

　　地核位于古登堡界面以内，地核又以利曼界面为界分为两部分：一个半径约1250km的内核，即G层，以及一个在内核外部一直到距地心约3500km的液态外核，即E、F层。F层是地核与地幔的过渡层。

　　一般的，人们认为地球内核是一个主要由铁和一部分镍组成的固态核心。一个不同的观点则认为内核可能是由单铁结晶组成。包在内核外层的外核一般认为是由液态铁质混和液态镍和其他轻元素组成的。通常，人们相信外核中的对流加上地球的快速自转－通过发电机理论（参见科里奥利力）－是产生地磁场的原因。固态内核因为温度过高以至于不可能产生一个永磁场（参见居里点）。但内核仍然可能保存有液态外核产生的磁场。

　　最近的观测证据显示内核可能要比地球其他部分自转的快一点，一年大约相差2°。

　　地球八个圈层中最靠近地心的就是所谓的固体内核圈了，它位于5120至6371公里地心处，又称为G层。根据对地震波速的探测与研究，证明G层为固体结构。地球内层不是均质的，平均地球密度为5.515克/厘米3，而地球岩石圈的密度仅为2.6～3.0克/厘米3。由此，地球内部的密度必定要大得多，并随深度的增加，密度也出现明显的变化。地球内部的温度随深度而上升。根据最近的估计，在100公里深度处温度为1300°C，300公里处为2000°C，在地幔圈与外核液态圈边界处，约为4000°C，地心处温度为 5500 ～ 6000°C。