Većina našeg znanja o strukturi Zemlje dolazi iz proučavanja potresa. Svaki potres odašilje valove u svim smjerovima kao što ispuštanje kamena u jezero odašilje valove kroz vodu. Ovi potresni valovi nazivaju se seizmički valovi. Promatranje ovih seizmičkih valova dok putuju zemljom daje znanstvenicima ideju o različitim materijalima kroz koje valovi prolaze.
Postoje dvije vrste seizmičkih valova: S-valovi i P-valovi. Ti se valovi ponašaju drugačije kada prolaze kroz različite vrste materijala. Baš kao što se zvučni val ponaša drugačije kada prolazi kroz vodu umjesto kroz zrak; seizmički valovi ponašaju se drugačije kada prolaze kroz različite faze materije. Znanstvenici znaju da će P-valovi putovati kroz sve vrste materijala, ali S-valovi neće putovati kroz tekućinu.
Zemlja se sastoji od nekoliko slojeva. Svaki sloj ima svoja karakteristična svojstva. Znanstvenici razmišljaju o Zemljinim slojevima na dva načina – u smislu kemijskog sastava i u smislu fizičkih svojstava.
Na temelju kemijskog sastava Zemlju možemo podijeliti u tri sloja prema van od središta Zemlje: jezgru, plašt i koru.
Najudaljeniji čvrsti sloj Zemlje naziva se kora. Nalazi se iznad omotača i tvrdi je vanjski omotač Zemlje. Kora je površina na kojoj živimo.
Kora je 0-32 KM (0-19,8 milja). U odnosu na ostale slojeve kora je najtanji i najmanje gust sloj. Pluta na mekšem, gušćem plaštu. Kora se sastoji od čvrstih stijena, ali te stijene nisu iste u cijelom svijetu.
Postoje dvije glavne vrste kore:
Oceanska kora je tanak sloj (oko 5 km) koji se nalazi ispod oceana. Iako je relativno tanka, to je najgušća vrsta kore i sastoji se od metamorfne stijene koja se naziva bazalt.
Kontinentalna kora čini kontinente i nalazi se na oceanskoj kori. U usporedbi s oceanskom, kontinentalna je kora deblja (30 km). Kontinentalna kora se sastoji od manje gustih stijena kao što je granit. Iako je kontinentalna kora manje gusta, mnogo je deblja od oceanske jer se sastoji od stijena koje čine kontinente.
Budući da je zemlja iznutra vrlo vruća, struja topline teče od jezgre do kore. To se naziva konvekcijska struja. Ova struja se hladi kako se diže bliže površini zemlje. Ova konvekcijska struja duž dna kore uzrokuje pomicanje tektonskih ploča. Stalno kretanje ploča naziva se tektonika ploča. Kretanje ovih ploča je vrlo sporo, ali kada se sudare, to uzrokuje potres. Kombinacija konvekcijskih struja iz plašta i učinaka atmosfere čine koru oko 0-1598 °F od površine do dna kore. Kora i atmosfera najhladniji su slojevi Zemlje.
Kora je po prirodi krta. Skoro 1% Zemljinog volumena i 0,5% Zemljine mase čini kora. Glavni sastavni elementi kore su silicijev dioksid (Si) i aluminij (Al) i stoga se često naziva SIAL.
Diskontinuitet između hidrosfere i kore naziva se Conradov diskontinuitet.
Sloj ispod kore i iznad jezgre je plašt. Debljina je oko 2900 km. Gotovo 84% Zemljinog volumena i 67% Zemljine mase zauzima plašt. Plašt ima prosječnu gustoću od 4,5 g/cm 3 . Gustoća raste s dubinom jer raste tlak.
Diskontinuitet između kore i plašta naziva se Mohorovichev diskontinuitet ili Moho diskontinuitet.
Plašt se uglavnom sastoji od čvrstih stijena napravljenih od silicija i magnezija, pa se stoga naziva SIMA. Duboko u plaštu, stijene se sastoje od magnezija i željeza. Drugi razlog zašto plašt postaje gušći s dubinom je taj što stijene na ovoj razini sadrže željezo, a željezo je gušće od materijala u gornjim slojevima plašta.
Zemljin omotač ima različite temperature na različitim dubinama. Temperatura plašta raste s dubinom. Ona se kreće od 1598-3992°F. Najviše temperature javljaju se tamo gdje je materijal plašta u kontaktu s jezgrom koja proizvodi toplinu. Plašt zadržava puno topline, koja cirkulira kroz plašt u prostorima koji se nazivaju konvektivne ćelije. Kretanje topline može uzrokovati pomicanje ploča morskog dna i kontinenata. Tijekom milijuna godina, Zemljine ploče mogu se jako pomicati. Kada se te promjene dogode brzo, doživljavamo potrese.
Ovaj stalni porast temperature s dubinom poznat je kao geotermalni gradijent. Geotermalni gradijent odgovoran je za različita ponašanja stijena. Različita ponašanja stijena koriste se za podjelu plašta u dvije različite zone. Stijene u gornjem plaštu su hladne i lomljive, dok su stijene u donjem plaštu vruće i mekane, ali nisu rastaljene. Stijene u gornjem sloju su dovoljno krte da se pod stresom slome i izazovu potrese. Međutim, stijene u donjem plaštu su mekane i teku kada su izložene silama umjesto da se lome.
Najgornji čvrsti dio plašta i cijela kora čine litosferu.
Astenosfera (između 80-200 km) je vrlo viskozna, mehanički slaba i duktilna, deformirajuća regija gornjeg plašta koja se nalazi neposredno ispod litosfere. Astenosfera je glavni izvor magme i to je sloj preko kojeg se kreću litosferne/kontinentalne ploče (tektonika ploča).
Prekid između gornjeg i donjeg plašta poznat je kao Repettijev diskontinuitet.
Dio plašta koji je neposredno ispod litosfere i astenosfere, ali iznad jezgre, naziva se mezosfera.
Unutrašnji dio Zemlje je jezgra. Ovaj dio Zemlje je oko 2900 km ispod Zemljine površine. Jezgra je odvojena od plašta Guttenbergovim diskontinuitetom.
Jezgra se uglavnom sastoji od željeza (Fe) i nikla (Ni) i stoga se također naziva NIFE . Jezgra čini gotovo 15% Zemljinog volumena i 32,5% Zemljine mase. To je najgušći sloj Zemlje čija se gustoća kreće od 9,5 do 14,5 g∕cm 3 .
Nakon promatranja brzina P-valova i S-valova, znanstvenici su zaključili da je središte zemlje podijeljeno u dva sloja – vanjsku i unutarnju jezgru.
Vanjska jezgra je tekućina jer je temperatura dovoljno visoka za topljenje metala željeza i nikla. Vanjska jezgra počinje oko 2900 km ispod površine i debela je oko 2300 km. Budući da Zemlja rotira, vanjska jezgra se okreće oko unutarnje jezgre i to uzrokuje Zemljin magnetizam. Pomorci su tisućama i tisućama godina koristili magnetizam kako bi pronašli put na Zemlji. Magnetizam također utječe na čestice izvan atmosfere Zemlje do više od 60 000 km u svemir. Vanjska jezgra je oko 3992- 9032 °F. Gustoća vanjske jezgre je između 10 g/cm3 i 12,3 g/cm 3 .
Unutarnja jezgra je 5150 kilometara (3200 milja) ispod Zemljine površine. Čovjek bi ipak morao prijeći još oko 1300 kilometara (808 milja) da bi stigao do središta. Temperatura unutarnje jezgre je oko 5000 – 6000 °C (9032 – 10832 °F). Izrađena je od istih materijala kao i vanjska jezgra, ali je zbog visokog tlaka unutarnja jezgra čvrsta. Ovdje je golemi pritisak, proizveden težinom stijena koje leže iznad, dovoljno jak da čvrsto zbije atome i spriječi tekuće stanje. Ovaj visoki tlak i gusti metali u jezgri čine njegovu gustoću 13g∕cm 3 .
Diskontinuitet između gornje i donje jezgre naziva se Lehmannov diskontinuitet.
Zemlja je također podijeljena na slojeve na temelju fizičkih svojstava, poput toga je li sloj čvrst ili tekući.
Pet fizičkih slojeva su litosfera, astenosfera, mezosfera, vanjska jezgra i unutarnja jezgra.
1. Litosfera - Najudaljeniji sloj čvrste stijene koji se nalazi na Zemljinoj površini je litosfera. Uključuje i koru i krutinu, najgornji dio plašta. Relativno je manje gust od ostalih Zemljinih fizičkih slojeva. Litosfera je podijeljena na dijelove koji se nazivaju tektonske ploče.
2. Astenosfera – Astenosfera se nalazi ispod litosfere i to je sloj slabog ili mekog plašta od čvrste stijene koji se kreće vrlo sporo. Nalazi se ispod litosfere. Tektonske ploče se kreću na vrhu astenosfere.
3. Mezosfera – Snažni, donji dio plašta naziva se mezosfera. Stijena u mezosferi teče sporije od stijene u astenosferi. Mezosfera je mnogo gušća od astenosfere.
4. Vanjska jezgra - vanjska jezgra je tekući sloj Zemljine jezgre. Vanjska jezgra nalazi se ispod plašta i okružuje unutarnju jezgru.
5. Unutarnja jezgra - Unutarnja jezgra je čvrsto, gusto središte našeg planeta. Unutarnja jezgra proteže se od dna vanjske jezgre do središta Zemlje.
Litosfera i astenosfera nisu isto što i kora i plašt. Kora i plašt su sastavni slojevi Zemlje. Litosfera i astenosfera su fizički slojevi. Litosfera uključuje koru i čvrsti, najudaljeniji dio plašta. Kora je tanja od litosfere i sadrži kameni materijal koji je bogat silicijevim dioksidom i puno je manje gustoće od kamenog materijala u drugim slojevima Zemlje. Astenosfera je polučvrsti sloj između čvrste litosfere i mezosfere.
Astenosfera nije tekućina. Stijenski materijal koji čini astenosferu je duktilan, što znači da se može sporo istezati. Astenosfera je duktilna zbog intenzivne topline Zemljine unutrašnjosti. Kako se stijenski materijal u donjem dijelu astenosfere zagrijava, polako se diže. Dok se diže, počinje se hladiti i ponovno tone. Dakle, stijenski materijal u astenosferi cirkulira u ogromnim konvekcijskim ćelijama. Ove konvekcijske stanice uzrokuju pomicanje tektonskih ploča. Litosferne ploče koje se oslanjaju na astenosferu nose se dok astenosfera polako teče. Pomicanje litosfernih ploča uzrokuje potrese i vulkane.
