Es ist allgemein anerkannt, dass das Erdinnere aus mehreren Schichten besteht: der Kruste, dem Mantel und dem Kern. Da die Kruste leicht zugänglich ist, konnten Wissenschaftler praktische Experimente durchführen, um ihre Zusammensetzung zu bestimmen; Studien über den weiter entfernten Mantel und Kern haben begrenztere Möglichkeiten, Proben zu entnehmen, daher verlassen sich Wissenschaftler auch auf Analysen von seismischen Wellen und Schwerkraft sowie auf magnetische Studien.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Wissenschaftler können die Erdkruste direkt analysieren, verlassen sich jedoch auf seismische und magnetische Analysen, um das Erdinnere zu untersuchen.
Laborexperimente an Gesteinen und Mineralien
An Stellen, an denen die Kruste aufgebrochen wurde, kann man leicht Schichten verschiedener Materialien sehen, die sich abgesetzt und verdichtet haben. Wissenschaftler erkennen Muster in diesen Gesteinen und Sedimenten und können die Zusammensetzung von Gesteinen und andere Proben aus verschiedenen Tiefen der Erde während routinemäßiger Ausgrabungen und geologischer Studien im Labor. Das United States Geological Survey Core Research Center hat die letzten 40 Jahre damit verbracht, ein Gesteinskern- und Bohrlochlager zu sammeln und diese Proben für Studien zur Verfügung zu stellen. Gesteinskerne, bei denen es sich um zylindrische Abschnitte handelt, die an die Oberfläche gebracht wurden, und Bohrklein (sandähnliche Partikel) werden für eine mögliche erneute Analyse aufbewahrt, da die Verbesserung der Technologie eine eingehendere Untersuchung ermöglicht. Neben visuellen und chemischen Analysen versuchen Wissenschaftler auch, Bedingungen tief unter der Erdkruste zu simulieren, indem sie Proben erhitzen und auspressen, um zu sehen, wie sie sich unter diesen Bedingungen verhalten. Weitere Informationen über die Zusammensetzung der Erde stammen aus der Untersuchung von Meteoriten, die Informationen über den wahrscheinlichen Ursprung unseres Sonnensystems liefern.
Messen von seismischen Wellen
Es ist unmöglich, bis zum Mittelpunkt der Erde zu bohren, daher verlassen sich Wissenschaftler auf indirekte Beobachtungen liegender Materie unter der Oberfläche durch den Einsatz seismischer Wellen und ihr Wissen darüber, wie sich diese Wellen während und nach einer Erdbeben. Die Geschwindigkeit seismischer Wellen wird von den Eigenschaften des Materials beeinflusst, das die Wellen durchdringen; die Steifigkeit des Materials beeinflusst die Geschwindigkeit dieser Wellen. Die Messung der Zeit, die bestimmte Wellen nach einem Erdbeben benötigen, um ein Seismometer zu erreichen, kann auf bestimmte Eigenschaften der Materialien hinweisen, auf die die Wellen gestoßen sind. Wenn eine Welle auf eine Schicht mit einer anderen Zusammensetzung trifft, ändert sie ihre Richtung und/oder Geschwindigkeit. Es gibt zwei Arten von seismischen Wellen: P-Wellen oder Druckwellen, die sowohl durch Flüssigkeiten als auch durch Festkörper gehen, und S-Wellen oder Scherwellen, die Festkörper, aber keine Flüssigkeiten durchdringen. P-Wellen sind die schnelleren der beiden, und die Lücke zwischen ihnen liefert eine Schätzung der Entfernung zum Erdbeben. Seismische Studien aus dem Jahr 1906 zeigen, dass der äußere Kern flüssig und der innere Kern fest ist.
Magnetische und gravitative Beweise
Die Erde besitzt ein Magnetfeld, das entweder auf einen Permanentmagneten oder auf ionisierte Moleküle zurückzuführen sein kann, die sich in einem flüssigen Medium im Erdinneren bewegen. Ein Dauermagnet könnte bei den hohen Temperaturen im Erdmittelpunkt nicht existieren, daher sind Wissenschaftler zu dem Schluss gekommen, dass der Kern flüssig ist.
Die Erde besitzt auch ein Gravitationsfeld. Isaac Newton gab dem Konzept der Schwerkraft einen Namen und entdeckte, dass die Schwerkraft von der Dichte beeinflusst wird. Er war der erste, der die Masse der Erde berechnete. Anhand von Schwerkraftmessungen in Kombination mit der Erdmasse stellten die Wissenschaftler fest, dass das Erdinnere dichter sein muss als die Erdkruste. Vergleich der Dichte von Gesteinen von 3 Gramm pro Kubikzentimeter und der Dichte von Metallen von 10 Gramm pro Kubikzentimeter mit der der Erde Mit einer durchschnittlichen Dichte von 5 Gramm pro Kubikzentimeter konnten Wissenschaftler feststellen, dass der Mittelpunkt der Erde Metall.