Het is algemeen aanvaard dat het binnenste van de aarde uit verschillende lagen bestaat: de korst, de mantel en de kern. Omdat de korst gemakkelijk toegankelijk is, hebben wetenschappers hands-on experimenten kunnen uitvoeren om de samenstelling ervan te bepalen; studies over de verder weg gelegen mantel en kern hebben meer beperkte mogelijkheden voor monsters, dus wetenschappers vertrouwen ook op analyses van seismische golven en zwaartekracht, evenals op magnetische studies.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Wetenschappers kunnen de aardkorst rechtstreeks analyseren, maar ze vertrouwen op seismische en magnetische analyses om het binnenste van de aarde te onderzoeken.
Laboratoriumexperimenten op gesteenten en mineralen
Waar de korst is verstoord, is het gemakkelijk om lagen van verschillende materialen te zien die zijn neergedaald en verdicht. Wetenschappers herkennen patronen in deze rotsen en sediment, en ze kunnen de samenstelling van rotsen evalueren en andere monsters genomen uit verschillende diepten van de aarde tijdens routinematige opgravingen en geologische studies in de laboratorium. Het United States Geological Survey Core Research Center heeft de afgelopen 40 jaar een opslagplaats voor rotskernen en stekken verzameld en deze monsters beschikbaar gesteld voor studie. Rotskernen, dit zijn cilindrische secties die naar de oppervlakte worden gebracht, en snijresten (zandachtige deeltjes) worden bewaard voor mogelijke heranalyse, aangezien het verbeteren van de technologie meer diepgaande studie mogelijk maakt. Naast visuele en chemische analyses proberen wetenschappers ook omstandigheden diep onder de aardkorst te simuleren door monsters te verhitten en in te knijpen om te zien hoe ze zich onder die omstandigheden gedragen. Meer informatie over de samenstelling van de aarde is afkomstig van het bestuderen van meteorieten, die informatie verschaffen over de waarschijnlijke oorsprong van ons zonnestelsel.
Seismische golven meten
Het is onmogelijk om naar het centrum van de aarde te boren, dus wetenschappers vertrouwen op indirecte waarnemingen van liggende materie onder het oppervlak door het gebruik van seismische golven en hun kennis van hoe deze golven zich tijdens en na een aardbeving. De snelheid van seismische golven wordt beïnvloed door de eigenschappen van het materiaal waar de golven doorheen gaan; de stijfheid van het materiaal beïnvloedt de snelheid van deze golven. Het meten van de tijd die het duurt voordat bepaalde golven bij een seismometer komen na een aardbeving, kan specifieke eigenschappen aangeven van de materialen die de golven tegenkwamen. Waar een golf een laag tegenkomt met een andere samenstelling, zal deze van richting en/of snelheid veranderen. Er zijn twee soorten seismische golven: P-golven, of drukgolven, die door zowel vloeistoffen als vaste stoffen gaan, en S-golven, of schuifgolven die door vaste stoffen maar niet door vloeistoffen gaan. P-golven zijn de snelste van de twee, en de kloof ertussen geeft een schatting van de afstand tot de aardbeving. Seismische studies uit 1906 geven aan dat de buitenste kern vloeibaar is en de binnenste vast.
Magnetisch en zwaartekrachtbewijs
De aarde bezit een magnetisch veld, wat te wijten kan zijn aan een permanente magneet of aan geïoniseerde moleculen die in een vloeibaar medium in het binnenste van de aarde bewegen. Een permanente magneet zou niet kunnen bestaan bij de hoge temperaturen in het centrum van de aarde, dus wetenschappers hebben geconcludeerd dat de kern vloeibaar is.
De aarde heeft ook een zwaartekrachtveld. Isaac Newton gaf een naam aan het begrip zwaartekracht en ontdekte dat zwaartekracht wordt beïnvloed door dichtheid. Hij was de eerste die de massa van de aarde berekende. Met behulp van zwaartekrachtmetingen in combinatie met de massa van de aarde hebben wetenschappers vastgesteld dat het binnenste van de aarde dichter moet zijn dan de korst. De dichtheid van gesteenten van 3 gram per kubieke centimeter en de dichtheid van metalen van 10 gram per kubieke centimeter vergelijken met die van de aarde gemiddelde dichtheid van 5 gram per kubieke centimeter stelde wetenschappers in staat om te bepalen dat het centrum van de aarde bevat metaal.