Powszechnie przyjmuje się, że wnętrze Ziemi składa się z kilku warstw: skorupy, płaszcza i jądra. Ponieważ skorupa jest łatwo dostępna, naukowcy byli w stanie przeprowadzić praktyczne eksperymenty, aby określić jej skład; badania bardziej odległego płaszcza i jądra mają bardziej ograniczone możliwości próbek, więc naukowcy opierają się również na analizach fal sejsmicznych i grawitacji, a także badaniach magnetycznych.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Naukowcy mogą bezpośrednio analizować skorupę ziemską, ale polegają na analizach sejsmicznych i magnetycznych w celu zbadania wnętrza Ziemi.
Eksperymenty laboratoryjne na skałach i minerałach
Tam, gdzie skorupa została naruszona, łatwo zauważyć warstwy różnych materiałów, które osiadły i zagęszczły się. Naukowcy rozpoznają wzorce w tych skałach i osadach i mogą ocenić skład skał i inne próbki pobrane z różnych głębokości Ziemi podczas rutynowych prac wykopaliskowych i geologicznych w laboratorium. Centrum Badań Geologicznych Stanów Zjednoczonych spędziło ostatnie 40 lat na gromadzeniu składowiska rdzenia skalnego i zwiercin oraz udostępnianiu tych próbek do badań. Rdzenie skalne, które są cylindrycznymi sekcjami wyniesionymi na powierzchnię, oraz wycinki (cząstki podobne do piasku) są przechowywane w celu potencjalnej ponownej analizy, ponieważ ulepszanie technologii pozwala na bardziej dogłębne badania. Oprócz analiz wizualnych i chemicznych naukowcy próbują również symulować warunki głęboko pod skorupą ziemską, ogrzewając i ściskając próbki, aby zobaczyć, jak zachowują się w tych warunkach. Więcej informacji o składzie Ziemi pochodzi z badań meteorytów, które dostarczają informacji o prawdopodobnym pochodzeniu naszego Układu Słonecznego.
Pomiar fal sejsmicznych
Nie można przewiercić się do środka Ziemi, dlatego naukowcy opierają się na pośrednich obserwacjach leżącej materii pod powierzchnią dzięki wykorzystaniu fal sejsmicznych i wiedzy o tym, jak te fale przemieszczają się podczas i po trzęsienie ziemi. Na prędkość fal sejsmicznych mają wpływ właściwości materiału, przez który przechodzą fale; sztywność materiału wpływa na prędkość tych fal. Pomiar czasu potrzebnego, aby określone fale dotarły do sejsmometru po trzęsieniu ziemi, może wskazać określone właściwości materiałów napotkanych przez fale. Tam, gdzie fala napotka warstwę o innym składzie, zmieni kierunek i/lub prędkość. Istnieją dwa rodzaje fal sejsmicznych: fale P lub fale ciśnienia, które przechodzą zarówno przez ciecze, jak i ciała stałe, oraz fale S, czyli fale poprzeczne, które przechodzą przez ciała stałe, ale nie ciecze. Fale P są szybsze z tych dwóch, a odstęp między nimi pozwala oszacować odległość do trzęsienia ziemi. Badania sejsmiczne z 1906 roku wskazują, że rdzeń zewnętrzny jest płynny, a rdzeń wewnętrzny jest stały.
Dowody magnetyczne i grawitacyjne
Ziemia posiada pole magnetyczne, które może być spowodowane magnesem trwałym lub zjonizowanymi cząsteczkami poruszającymi się w ciekłym ośrodku we wnętrzu Ziemi. Magnes trwały nie mógłby istnieć w wysokich temperaturach występujących w centrum Ziemi, więc naukowcy doszli do wniosku, że jądro jest płynne.
Ziemia posiada również pole grawitacyjne. Isaac Newton nadał nazwę pojęciu grawitacji i odkrył, że na grawitację wpływa gęstość. Był pierwszym, który obliczył masę ziemi. Wykorzystując pomiary grawitacyjne w połączeniu z masą Ziemi, naukowcy ustalili, że wnętrze Ziemi musi być gęstsze niż skorupa. Porównanie gęstości skał 3 gramów na centymetr sześcienny i gęstości metali 10 gramów na centymetr sześcienny do gęstości Ziemi średnia gęstość 5 gramów na centymetr sześcienny umożliwiła naukowcom ustalenie, że środek Ziemi zawiera metal.