ความรู้ส่วนใหญ่ของเราเกี่ยวกับโครงสร้างของโลกมาจากการศึกษาแผ่นดินไหว แผ่นดินไหวทุกครั้งจะส่งคลื่นออกไปทุกทิศทุกทาง เหมือนกับการทิ้งหินลงในทะเลสาบส่งคลื่นออกไปในน้ำ คลื่นแผ่นดินไหวเหล่านี้เรียกว่าคลื่นแผ่นดินไหว การสังเกตคลื่นไหวสะเทือนเหล่านี้ขณะเคลื่อนที่ผ่านพื้นโลกทำให้นักวิทยาศาสตร์ทราบเกี่ยวกับวัสดุต่างๆ ที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่าน
คลื่นไหวสะเทือนมี 2 ประเภท ได้แก่ คลื่น S และ คลื่น P คลื่นเหล่านี้มีพฤติกรรมแตกต่างกันเมื่อผ่านวัสดุประเภทต่างๆ เช่นเดียวกับที่คลื่นเสียงมีพฤติกรรมแตกต่างออกไปเมื่อผ่านน้ำแทนที่จะเป็นอากาศ คลื่นไหวสะเทือนมีพฤติกรรมแตกต่างกันเมื่อผ่านช่วงต่างๆ ของสสาร นักวิทยาศาสตร์รู้ว่าคลื่น P จะเดินทางผ่านวัสดุทุกประเภท แต่คลื่น S จะไม่เดินทางผ่านของเหลว
โลกประกอบด้วยหลายชั้น แต่ละชั้นมีคุณสมบัติเฉพาะของตัวเอง นักวิทยาศาสตร์คิดเกี่ยวกับชั้นของโลกในสองแง่ คือ ในแง่ขององค์ประกอบทางเคมีและในแง่ของคุณสมบัติทางกายภาพ
ตามองค์ประกอบทางเคมี โลกสามารถแบ่งออกเป็นสามชั้นด้านนอกจากใจกลางโลก: แกนกลาง เนื้อโลก และเปลือกโลก
ชั้นนอกสุดของโลกเรียกว่าเปลือกโลก มันอยู่เหนือชั้นแมนเทิลและเป็นเปลือกนอกที่แข็งของโลก เปลือกโลกคือพื้นผิวที่เราอาศัยอยู่
เปลือกโลกอยู่ที่ 0-32 กม. (0-19.8 ไมล์) เมื่อเทียบกับชั้นอื่นๆ เปลือกโลกเป็นชั้นที่บางที่สุดและมีความหนาแน่นน้อยที่สุด มันลอยอยู่บนเสื้อคลุมที่นุ่มและหนาแน่นกว่า เปลือกโลกประกอบด้วยหินแข็ง แต่หินเหล่านี้ไม่เหมือนกันทั่วโลก
เปลือกโลกมีสองประเภทหลัก:
เปลือกโลกในมหาสมุทร เป็นชั้นบาง ๆ (ประมาณ 5 กม.) ที่พบใต้มหาสมุทร แม้ว่าจะค่อนข้างบาง แต่ก็เป็นเปลือกโลกประเภทที่หนาแน่นที่สุดและประกอบด้วยหินแปรที่เรียกว่าหินบะซอลต์
เปลือกโลกประกอบขึ้นเป็นทวีปและวางตัวอยู่บนเปลือกโลกในมหาสมุทร เมื่อเทียบกับเปลือกโลกในมหาสมุทร เปลือกโลกทวีปหนากว่า (30 กม.) เปลือกโลกประกอบด้วยหินที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า เช่น หินแกรนิต แม้ว่าเปลือกโลกจะมีความหนาแน่นน้อยกว่า แต่ก็หนากว่าเปลือกโลกในมหาสมุทรมาก เนื่องจากเปลือกโลกประกอบด้วยหินที่ประกอบกันเป็นทวีป
เนื่องจากภายในโลกร้อนมาก กระแสความร้อนจึงไหลจากแกนกลางไปยังเปลือกโลก สิ่งนี้เรียกว่ากระแสพาความร้อน กระแสน้ำนี้เย็นลงเมื่อไหลเข้าใกล้พื้นผิวโลกมากขึ้น กระแสการพาความร้อนที่อยู่ด้านล่างของเปลือกโลกทำให้เกิดการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลก การเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องของแผ่นเปลือกโลกเรียกว่าแผ่นเปลือกโลก การเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกเหล่านี้ช้ามาก แต่เมื่อชนกันทำให้เกิดแผ่นดินไหว การรวมกันของกระแสการพาความร้อนจากเนื้อโลกและผลกระทบของชั้นบรรยากาศทำให้เปลือกโลกมีอุณหภูมิประมาณ 0-1598 °F จากพื้นผิวถึงด้านล่างของเปลือกโลก เปลือกโลกและชั้นบรรยากาศเป็นชั้นที่เย็นที่สุดของโลก
เปลือกมีความเปราะในธรรมชาติ เกือบ 1% ของปริมาตรโลกและ 0.5% ของมวลโลกเกิดจากเปลือกโลก ส่วนประกอบที่สำคัญของเปลือกโลกคือซิลิกา (Si) และอะลูมิเนียม (Al) ดังนั้นจึงมักเรียกว่า SIAL
ความไม่ต่อเนื่องระหว่างไฮโดรสเฟียร์และเปลือกโลกเรียกว่าความไม่ต่อเนื่องของคอนราด
ชั้นใต้เปลือกโลกและเหนือแกนกลางเป็นเนื้อแมนเทิล มีความหนาประมาณ 2,900 กม. เกือบ 84% ของปริมาตรโลกและ 67% ของมวลโลกถูกปกคลุมด้วยเนื้อโลก เสื้อคลุมมีความหนาแน่นเฉลี่ย 4.5g∕cm 3 ความหนาแน่นจะเพิ่มขึ้นตามความลึกเนื่องจากความดันเพิ่มขึ้น
ความไม่ต่อเนื่องระหว่างเปลือกโลกและชั้นเนื้อโลกเรียกว่าความไม่ต่อเนื่องของโมโฮโรวิชหรือความไม่ต่อเนื่องของโมโฮ
เนื้อแมนเทิลส่วนใหญ่ประกอบด้วยหินแข็งที่ทำจากซิลิคอนและแมกนีเซียม ด้วยเหตุนี้จึงเรียกว่า SIMA ลึกเข้าไปในเนื้อโลก หินประกอบด้วยแมกนีเซียมและเหล็ก อีกเหตุผลหนึ่งที่เนื้อแมนเทิลหนาแน่นขึ้นตามความลึกก็คือหินในระดับนี้มีธาตุเหล็กอยู่ และธาตุเหล็กก็หนาแน่นกว่าวัสดุที่ชั้นบนของเนื้อแมนเทิล
เนื้อโลกมีอุณหภูมิต่างกันที่ระดับความลึกต่างกัน อุณหภูมิของเสื้อคลุมจะเพิ่มขึ้นตามความลึก อุณหภูมิอยู่ในช่วง 1598-3992°F อุณหภูมิสูงสุดเกิดขึ้นเมื่อวัสดุปกคลุมสัมผัสกับแกนกลางที่ให้ความร้อน เนื้อแมนเทิลกักเก็บความร้อนไว้เป็นจำนวนมาก ซึ่งจะไหลเวียนไปทั่วเนื้อแมนเทิลในช่องว่างที่เรียกว่าเซลล์พาความร้อน การเคลื่อนที่ของความร้อนอาจทำให้แผ่นพื้นทะเลและทวีปต่างๆ เคลื่อนตัวได้ เมื่อเวลาผ่านไปหลายล้านปี แผ่นเปลือกโลกสามารถเคลื่อนที่ได้ค่อนข้างมาก เมื่อการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว เราจะประสบกับแผ่นดินไหว
อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องพร้อมความลึกนี้เรียกว่าการไล่ระดับความร้อนใต้พิภพ การไล่ระดับความร้อนใต้พิภพมีส่วนรับผิดชอบต่อพฤติกรรมของหินที่แตกต่างกัน พฤติกรรมของหินที่แตกต่างกันถูกนำมาใช้เพื่อแบ่งเนื้อโลกออกเป็นสองโซน หินในเนื้อโลกตอนบนจะเย็นและเปราะ ในขณะที่หินในเนื้อโลกล่างจะร้อนและนิ่มแต่ไม่หลอมเหลว หินในชั้นแมนเทิลเปราะพอที่จะแตกตัวภายใต้ความเครียดและทำให้เกิดแผ่นดินไหวได้ อย่างไรก็ตาม หินในชั้นเนื้อโลกด้านล่างจะนิ่มและไหลเมื่อถูกแรงแทนที่จะแตก
ส่วนที่แข็งบนสุดของเนื้อแมนเทิลและเปลือกโลกทั้งหมดประกอบกันเป็น ชั้นลิโธสเฟียร์
แอสเทโนสเฟียร์ (อยู่ระหว่าง 80-200 กม.) เป็นชั้นเนื้อโลกส่วนบนที่มีความหนืดสูง มีกลไกที่อ่อนแอและเหนียว ทำให้เปลี่ยนรูป ซึ่งอยู่ใต้ธรณีภาคเพียงเล็กน้อย ชั้นบรรยากาศแอสเทโนสเฟียร์เป็นแหล่งกำเนิดหลักของหินหนืด และเป็นชั้นที่แผ่นธรณีภาค/แผ่นเปลือกโลกเคลื่อนตัว (แผ่นเปลือกโลก)
ความไม่ต่อเนื่องระหว่างเนื้อโลกส่วนบนและเนื้อโลกส่วนล่างเรียกว่า ความไม่ต่อเนื่องแบบซ้ำ (Repetti Discontinuity)
ส่วนของเนื้อโลกซึ่งอยู่ใต้ธรณีภาคและแอสเทโนสเฟียร์แต่อยู่เหนือแกนกลางเรียกว่า เมโซสเฟียร์
ส่วนในของโลกเป็นแกนกลาง ส่วนนี้ของโลกอยู่ต่ำกว่าพื้นผิวโลกประมาณ 2,900 กม. แกนกลางถูกแยกออกจากเสื้อคลุมด้วยความไม่ต่อเนื่องของ Guttenberg
แกนกลางประกอบด้วยเหล็ก (Fe) และนิกเกิล (Ni) เป็นส่วนใหญ่ ดังนั้นจึงเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า NIFE แกนกลางประกอบด้วยเกือบ 15% ของปริมาตรโลกและ 32.5% ของมวลโลก เป็นชั้นที่หนาแน่นที่สุดของโลกโดยมีความหนาแน่นอยู่ระหว่าง 9.5 ถึง 14.5g∕cm 3
หลังจากสังเกตความเร็วของคลื่น P และคลื่น S แล้ว นักวิทยาศาสตร์สรุปว่าใจกลางโลกแบ่งออกเป็น 2 ชั้น คือ แกนนอกและแกนใน
แกนนอกเป็นของเหลวเพราะอุณหภูมิสูงพอที่จะละลายโลหะเหล็กและนิกเกิล แกนโลกชั้นนอกเริ่มอยู่ใต้พื้นผิวประมาณ 2,900 กม. และมีความหนาประมาณ 2,300 กม. เนื่องจากโลกหมุนรอบตัวเอง แกนชั้นนอกจึงหมุนรอบแกนในและนั่นทำให้เกิดแม่เหล็กโลก นักเดินเรือใช้แม่เหล็กเพื่อค้นหาเส้นทางบนโลกมาเป็นเวลาหลายพันปีแล้ว อำนาจแม่เหล็กยังส่งอิทธิพลต่ออนุภาคนอกชั้นบรรยากาศของโลกไปไกลถึงอวกาศมากกว่า 60,000 กม. แกนนอกมีอุณหภูมิประมาณ 3992-9032 °F ความหนาแน่นของแกนนอกอยู่ระหว่าง 10 g/cm3 และ 12.3 g∕cm 3
แกนในอยู่ลึกลงไปใต้พื้นผิวโลก 5,150 กิโลเมตร (3,200 ไมล์) ยังคงต้องเดินทางอีกประมาณ 1,300 กิโลเมตร (808 ไมล์) เพื่อไปยังศูนย์กลาง อุณหภูมิในแกนในอยู่ที่ประมาณ 5,000 – 6,000 °C (9032 – 10832 °F) ทำจากวัสดุเดียวกับแกนนอก แต่เนื่องจากความดันสูง แกนในจึงแข็ง ที่นี่ แรงดันมหาศาลที่เกิดจากน้ำหนักของหินที่วางอยู่นั้นแข็งแกร่งพอที่จะจับอะตอมเข้าด้วยกันอย่างแน่นหนาและป้องกันไม่ให้มีสถานะเป็นของเหลว ความดันสูงและโลหะหนาแน่นที่แกนกลางทำให้มีความหนาแน่น 13g∕cm 3
ความไม่ต่อเนื่องระหว่างแกนบนและแกนล่างเรียกว่า Lehmann Discontinuity
โลกยังแบ่งออกเป็นชั้นตามคุณสมบัติทางกายภาพ เช่น ชั้นนั้นเป็นของแข็งหรือของเหลว
ห้าชั้นทางกายภาพ ได้แก่ ธรณีภาค แอสเทโนสเฟียร์ มีโซสเฟียร์ แกนนอก และแกนใน
1. ลิโทสเฟียร์ - ชั้นนอกสุดของหินแข็งที่พบที่ผิวโลกคือธรณีภาค ประกอบด้วยเปลือกโลกและส่วนที่เป็นของแข็งซึ่งอยู่ส่วนบนสุดของเนื้อโลก มีความหนาแน่นน้อยกว่าชั้นกายภาพอื่นๆ ของโลก เปลือกโลกแบ่งออกเป็นชิ้นๆ เรียกว่า แผ่นเปลือกโลก
2. Asthenosphere – แอสเทโนสเฟียร์อยู่ใต้ธรณีภาค และเป็นชั้นของเนื้อแมนเทิลที่อ่อนแอหรืออ่อนนุ่มซึ่งทำจากหินแข็งที่เคลื่อนที่ช้ามาก ตั้งอยู่ใต้ธรณีภาค แผ่นเปลือกโลกเคลื่อนที่บนชั้นแอสเทโนสเฟียร์
3. เมโซสเฟียร์ (Mesosphere) - ส่วนล่างของแมนเทิลที่แข็งแกร่งเรียกว่า เมโซสเฟียร์ หินในชั้นบรรยากาศมีโซสเฟียร์ไหลช้ากว่าหินในชั้นแอสเทโนสเฟียร์ มีโซสเฟียร์มีความหนาแน่นมากกว่าแอสเทโนสเฟียร์มาก
4. แก่นโลกชั้นนอก - แก่นโลกชั้นนอกเป็นชั้นของเหลวของแกนโลก แกนชั้นนอกอยู่ใต้ชั้นแมนเทิลและล้อมรอบแกนชั้นใน
5. แก่นโลกชั้นใน - แก่นโลกชั้นในคือใจกลางที่มั่นคงและหนาแน่นของโลกเรา แก่นโลกชั้นในขยายจากด้านล่างของแกนโลกชั้นนอกไปยังใจกลางโลก
ธรณีภาคและแอสเทโนสเฟียร์ไม่เหมือนกับเปลือกโลกและเนื้อโลก เปลือกโลกและเนื้อโลกเป็นชั้นประกอบของโลก ธรณีสเฟียร์และแอสเทโนสเฟียร์เป็นชั้นทางกายภาพ ธรณีภาครวมถึงเปลือกโลกและส่วนที่เป็นของแข็งที่อยู่นอกสุดของเนื้อโลก เปลือกโลกบางกว่าชั้นธรณีภาคและมีวัสดุหินที่อุดมไปด้วยซิลิกาและมีความหนาแน่นน้อยกว่าวัสดุหินในชั้นอื่นๆ ของโลกมาก แอสเทโนสเฟียร์เป็นชั้นกึ่งของแข็งระหว่างธรณีภาคและชั้นมีโซสเฟียร์ที่เป็นของแข็ง
Asthenosphere ไม่ใช่ของเหลว วัสดุหินที่ประกอบเป็นชั้นแอสเทโนสเฟียร์นั้นมีความเหนียว ซึ่งหมายความว่าสามารถยืดออกได้ช้าๆ แอสเทโนสเฟียร์มีความเหนียวเนื่องจากความร้อนสูงภายในโลก เนื่องจากวัสดุหินในส่วนล่างของชั้นบรรยากาศแอสเทโนสเฟียร์ได้รับความร้อน มันจึงลอยขึ้นอย่างช้าๆ เมื่อมันสูงขึ้น มันจะเริ่มเย็นลงและจมลงอีกครั้ง ดังนั้น วัสดุหินในชั้นบรรยากาศแอสเทโนสเฟียร์จึงหมุนเวียนอยู่ในเซลล์ที่มีการพาความร้อนมหาศาล เซลล์พาความร้อนเหล่านี้ทำให้เกิดการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลก แผ่นหินธรณีสเฟียร์ซึ่งวางอยู่บนชั้นแอสเทโนสเฟียร์ เคลื่อนตัวไปตามชั้นแอสเทโนสเฟียร์อย่างช้าๆ การเคลื่อนที่ของแผ่นธรณีภาคทำให้เกิดแผ่นดินไหวและภูเขาไฟ
