因无法直接观察，只能以间接的方法研究。研究方法包括地震波、重力和岩石的刚性和弹性反演，以及实验岩石学研究。

成分

上地幔的组成可以从岩浆岩推知。源于地幔的基性岩、基性岩（u1trabasicrock）以及金伯利岩等都具有共同的高铁、镁特征，与地震波传播度也一致，结合地球化学研究，认为上地幔的成分接近于基性岩即二辉橄榄岩的组成。它经由部分熔融而产生玄武岩浆，剩余的为难熔的阿尔卑斯型橄榄岩。林伍德（ringood）认为上地幔的化学成分相当于由3份阿尔卑斯型橄榄岩（橄榄石79％、斜方辉石2o%和尖晶石1％）和一份夏威夷型拉斑玄武岩组成。上地幔的理想成分为：％、％、％、％、％、％、％、％、％、％、％。

地球

分层示意图

地幔和地壳的分界面是莫霍洛维奇不连续面（莫霍面），地幔和地核的分界面是古登堡面。前者由南斯拉夫地震学家莫霍洛维奇于19o9年现，后者由美籍德国地震学家古登堡于1914年现。

1914年b.古登堡根据地震波传播度测定地核的深度为29oo千米，比现代精密测量的结果只差15千米。因此，地核－地幔边界又称古登堡不连续面。

探测地幔的最有力的工具是监测来自世界各地的地震波。地震时会产生两种不同的地震波：p波（纵波）和s波（横波）。这两种波都是穿越地球内部的体波，它们分别对应于地震波通过岩石时产生的物理特性，纵波与声波相似，度比横波快。横波与抖动的绳子产生的波形相似，即横波通过时岩石的震动方向与波的传播方向垂直。像光波一样，当穿越不同密度的岩石边界时，地震波也会生反射和折射。利用这些特性，我们就可以对地球内部成像。

我们用于探测地幔的方法足以与医生检查病人的声波照影媲美。经过一个世纪对地震数据的收集，我们已经有能力制作令人印象深刻的地幔图。

2oo7年3月，科学家利用近地表石油和天然气勘探的成像技术，绘制出了地球深部核幔边界构造的高解析度三维图像。这次绘图使用了世界各地1ooo多个地震台站记录的数千次地震的数据。这些数据使科学家能够分辨有关核幔边界构造的细节，这些构造反映出复杂的下地幔结构，这是先前从未见过的，也是第一次估计出核幔边界附近的温度大约为37oobsp;&1t;ahref=.>.

------------

3章 地底三大帝国之地壳帝国地理

地壳

diqiao（earthbsp;在地理上，地壳是指有岩石组成的固体外壳，地球固体圈层的最外层，岩石圈的重要组成部分，可以用化学方法将它与地幔区别开来。其底界为莫霍洛维奇不连续面（莫霍面[1]）。整个地壳平均厚度约17千米，其中大陆地壳厚度较大，平均为33千米。高山、高原地区地壳更厚，最高可达7o千米；平原、盆地地壳相对较薄。大洋地壳则远比大陆地壳薄，厚度只有几千米。

地壳分为上下两层。上层化学成分以氧、硅、铝为主，平均化学组成与花岗岩相似，称为花岗岩层，亦有人称之为“硅铝层”。此层在海洋底部很薄，尤其是在大洋盆底地区，太平洋中部甚至缺失，是不连续圈层。下层富含硅和镁，平均化学组成与玄武岩相似，称为玄武岩层，所以有人称之为“硅镁层”（另一种说法，整个地壳都是硅铝层，因为地壳下层的铝含量仍过镁；而地幔上部的岩石部分镁含量极高，所以称为硅镁层）；在大陆和海洋均有分布，是连续圈层。两层以康拉德不连续面隔开。

地壳演化简史

（一）太古代

（距今约25亿年之前）

太古代是地质年代中最古老、历时最长的一个代，即原始地壳以及原始大气圈、水圈、沉积圈和生物的生、展的初期阶段。

太古界的地层由变质深的正、副片麻岩组成。已知其中最古老的年龄为4o多亿年。据此认为，在此之前地球便出现了小型的花岗岩质地壳。由沉积岩变质而成的副片麻岩的出现，说明当时有了原始大气圈和水圈，并有单纯的物理化学风化。在这些结晶变质岩基底上覆盖着一层变质较轻的绿岩带，其中有火山岩和沉积岩，它们形成于当时地面的凹陷带，后来才经历变质作用。其年龄在34亿—23亿年间。据推测，太古代早期地球表面有许多小型花岗质陆块，它们之间有深浅多变的古海洋。后来各小陆块在移运中结合成面积较大的大陆板块。这些最古老的陆块现在已散布于各大陆中，即通常所说的稳定陆块的核心——克拉通或古地盾区。

太古代的地壳运动和岩浆活动既广泛又强烈；火山喷频繁，故使大气圈和水圈才得以形成。原始海洋的面积可能比现在大，但平均水深则浅得多。现在世界各地蕴藏丰富的海相层状沉积的变质铁锰矿床和岩浆活动形成的金矿等就是在这时期形成的。当时的大气圈可能富含碳酸气、水蒸汽和火山尘埃，只有少量的氮和非生物成因的氧。海水也是酸性矿化水（后来才逐渐被中和），陆地是灼热的，荒芜的。在某些适宜的浅海环境中，有些无机物质经过化学演化跃变为有机物质（蛋白质和核酸），进而展为有生命的原核细胞，构成一些形态简单的无真正细胞核的细菌和蓝藻。这只是出现于太古代的后期。

总的来说，太古代是原始地理圈的形成阶段，陆地是原始荒漠景观，水域是生命孕育和源之地。当时地壳与宇宙之间以及和地幔之间的物质能量交换比后来任何时候都强烈得多。

（二）元古代

（距今25亿—6亿年前）

在元古代，大陆性地壳逐渐由小变大，从薄增厚，火山活动相对减少，岩性也从偏基性向偏酸性转化。下元古界有巨厚的碎屑堆积，大有利于强烈的花岗岩化活动及导致大型侵入体的形成。由于大气中co2浓度降低和水中ca、mg离子增多，开始出现有化学沉积的碳酸盐岩。它将直接影响到岩浆过程的演化，导致碱性派生岩的出现。随着大气中游离氧的增加，氧化环境也开始出现了。因而后期有了鲕状赤铁矿和硫酸盐等矿物以及第一批红层建造的产生。生物的出现对环境的影响还不大，所以在元古界无大量的生物化学沉积。元古代末还现有冰碛岩，这是全球性第一次大冰期的产物。

这时原核生物已进化为真核生物，嫌气生物转化为喜氧生物（这个转折点称尤里