人們對(duì)于地球的結(jié)構(gòu)直到最近才有了比較清楚的認(rèn)識(shí).整個(gè)地球不是一個(gè)均質(zhì)體,而是具有明顯的圈層結(jié)構(gòu).地球每個(gè)圈層的成分、密度、溫度等各不相同.在天文學(xué)中,研究地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)于了解地球的運(yùn)動(dòng)、起源和演化,探討其它行星的結(jié)構(gòu),以至于整個(gè)太陽系起源和演化問題,都具有十分重要的意義.
地球圈層分為地球外圈和地球內(nèi)圈兩大部分.地球外圈可進(jìn)一步劃分為四個(gè)基本圈層,即大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈；地球內(nèi)圈可進(jìn)一步劃分為三個(gè)基本圈層,即地幔圈、外核液體圈和固體內(nèi)核圈.此外在地球外圈和地球內(nèi)圈之間還存在一個(gè)軟流圈,它是地球外圈與地球內(nèi)圈之間的一個(gè)過渡圈層,位于地面以下平均深度約150公里處.這樣,整個(gè)地球總共包括八個(gè)圈層,其中巖石圈、軟流圈和地球內(nèi)圈一起構(gòu)成了所謂的固體地球.對(duì)于地球外圈中的大氣圈、水圈和生物圈,以及巖石圈的表面,一般用直接觀測(cè)和測(cè)量的方法進(jìn)行研究.而地球內(nèi)圈,目前主要用地球物理的方法,例如地震學(xué)、重力學(xué)和高精度現(xiàn)代空間測(cè)地技術(shù)觀測(cè)的反演等進(jìn)行研究.地球各圈層在分布上有一個(gè)顯著的特點(diǎn),即固體地球內(nèi)部與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,各圈層則是相互滲透甚至相互重疊的,其中生物圈表現(xiàn)最為顯著,其次是水圈.
大氣圈
大氣圈是地球外圈中最外部的氣體圈層,它包圍著海洋和陸地.大氣圈沒有確切的上界,在2000 ～ 16000 公里高空仍有稀薄的氣體和基本粒子.在地下,土壤和某些巖石中也會(huì)有少量空氣,它們也可認(rèn)為是大氣圈的一個(gè)組成部分.地球大氣的主要成份為氮、氧、氬、二氧化碳和不到0.04％比例的微量氣體.地球大氣圈氣體的總質(zhì)量約為5.136×1021克,相當(dāng)于地球總質(zhì)量的百萬分之0.86.由于地心引力作用,幾乎全部的氣體集中在離地面100公里的高度范圍內(nèi),其中75％的大氣又集中在地面至10公里高度的對(duì)流層范圍內(nèi).根據(jù)大氣分布特征,在對(duì)流層之上還可分為平流層、中間層、熱成層等.
水圈
水圈包括海洋、江河、湖泊、沼澤、冰川和地下水等,它是一個(gè)連續(xù)但不很規(guī)則的圈層.從離地球數(shù)萬公里的高空看地球,可以看到地球大氣圈中水汽形成的白云和覆蓋地球大部分的藍(lán)色海洋,它使地球成為一顆"藍(lán)色的行星".地球水圈總質(zhì)量為1.66×1024克,約為地球總質(zhì)量的3600分之一,其中海洋水質(zhì)量約為陸地（包括河流、湖泊和表層巖石孔隙和土壤中）水的35倍.如果整個(gè)地球沒有固體部分的起伏,那么全球?qū)⒈簧钸_(dá)2600米的水層所均勻覆蓋.大氣圈和水圈相結(jié)合,組成地表的流體系統(tǒng).
生物圈
由于存在地球大氣圈、地球水圈和地表的礦物,在地球上這個(gè)合適的溫度條件下,形成了適合于生物生存的自然環(huán)境.人們通常所說的生物,是指有生命的物體,包括植物、動(dòng)物和微生物.據(jù)估計(jì),現(xiàn)有生存的植物約有40萬種,動(dòng)物約有110多萬種,微生物至少有10多萬種.據(jù)統(tǒng)計(jì),在地質(zhì)歷史上曾生存過的生物約有5－10億種之多,然而,在地球漫長的演化過程中,絕大部分都已經(jīng)滅絕了.現(xiàn)存的生物生活在巖石圈的上層部分、大氣圈的下層部分和水圈的全部,構(gòu)成了地球上一個(gè)獨(dú)特的圈層,稱為生物圈.生物圈是太陽系所有行星中僅在地球上存在的一個(gè)獨(dú)特圈層.
巖石圈
對(duì)于地球巖石圈,除表面形態(tài)外,是無法直接觀測(cè)到的.它主要由地球的地殼和地幔圈中上地幔的頂部組成,從固體地球表面向下穿過地震波在近33公里處所顯示的第一個(gè)不連續(xù)面（莫霍面）,一直延伸到軟流圈為止.巖石圈厚度不均一,平均厚度約為100公里.由于巖石圈及其表面形態(tài)與現(xiàn)代地球物理學(xué)、地球動(dòng)力學(xué)有著密切的關(guān)系,因此,巖石圈是現(xiàn)代地球科學(xué)中研究得最多、最詳細(xì)、最徹底的固體地球部分.由于洋底占據(jù)了地球表面總面積的2/3之多,而大洋盆地約占海底總面積的45％,其平均水深為4000～5000米,大量發(fā)育的海底火山就是分布在大洋盆地中,其周圍延伸著廣闊的海底丘陵.因此,整個(gè)固體地球的主要表面形態(tài)可認(rèn)為是由大洋盆地與大陸臺(tái)地組成,對(duì)它們的研究,構(gòu)成了與巖石圈構(gòu)造和地球動(dòng)力學(xué)有直接聯(lián)系的"全球構(gòu)造學(xué)"理論.
軟流圈
在距地球表面以下約100公里的上地幔中,有一個(gè)明顯的地震波的低速層,這是由古登堡在1926年最早提出的,稱之為軟流圈,它位于上地幔的上部即B層.在洋底下面,它位于約60公里深度以下；在大陸地區(qū),它位于約120公里深度以下,平均深度約位于60～250公里處.現(xiàn)代觀測(cè)和研究已經(jīng)肯定了這個(gè)軟流圈層的存在.也就是由于這個(gè)軟流圈的存在,將地球外圈與地球內(nèi)圈區(qū)別開來了.
地幔圈
地震波除了在地面以下約33公里處有一個(gè)顯著的不連續(xù)面（稱為莫霍面）之外,在軟流圈之下,直至地球內(nèi)部約2900公里深度的界面處,屬于地幔圈.由于地球外核為液態(tài),在地幔中的地震波S波不能穿過此界面在外核中傳播.P波曲線在此界面處的速度也急劇減低.這個(gè)界面是古登堡在1914年發(fā)現(xiàn)的,所以也稱為古登堡面,它構(gòu)成了地幔圈與外核流體圈的分界面.整個(gè)地幔圈由上地幔（33～410公里深度的B層,410～1000公里深度的C層,也稱過渡帶層）、下地幔的D′層（1000～2700公里深度）和下地幔的D〃層（2700～2900公里深度）組成.地球物理的研究表明,D〃層存在強(qiáng)烈的橫向不均勻性,其不均勻的程度甚至可以和巖石層相比擬,它不僅是地核熱量傳送到地幔的熱邊界層,而且極可能是與地幔有不同化學(xué)成分的化學(xué)分層.
外核液體圈
地幔圈之下就是所謂的外核液體圈,它位于地面以下約2900公里至5120公里深度.整個(gè)外核液體圈基本上可能是由動(dòng)力學(xué)粘度很小的液體構(gòu)成的,其中2900至4980公里深度稱為E層,完全由液體構(gòu)成.4980公里至5120公里深度層稱為F層,它是外核液體圈與固體內(nèi)核圈之間一個(gè)很簿的過渡層.
固體內(nèi)核圈
地球八個(gè)圈層中最靠近地心的就是所謂的固體內(nèi)核圈了,它位于5120至6371公里地心處,又稱為G層.根據(jù)對(duì)地震波速的探測(cè)與研究,證明G層為固體結(jié)構(gòu).地球內(nèi)層不是均質(zhì)的,平均地球密度為5.515克/厘米3,而地球巖石圈的密度僅為2.6～3.0克/厘米3.由此,地球內(nèi)部的密度必定要大得多,并隨深度的增加,密度也出現(xiàn)明顯的變化.地球內(nèi)部的溫度隨深度而上升.根據(jù)最近的估計(jì),在100公里深度處溫度為1300°C,300公里處為2000°C,在地幔圈與外核液態(tài)圈邊界處,約為4000°C,地心處溫度為 5500 ～ 6000°C.