地球每年都会经历无数次地震，小时候感觉对地震挺陌生的，因为从来都没经历过，但是自从2008年以后，对地震第一次有了那么深刻、难忘的认识。就在6月18号，也就是前几天四川长宁又发生了一次地震，所以我们很多小伙伴会想地球为什么会地震呢？好好待着不行吗？这个问题很多人都有答案：地壳板块的运动相互挤压、摩擦造成的地质运动。那么我要问的是：地壳板块为什么要动来动去？地球的内部发生了什么变化？地球的核心是固态还是液态？它和地震有怎样的关系？所以我们今天就从天体物理学方面从根本上来解答这些问题。

地球的地质结构是怎样形成的

看看我们的地球村，你会发现我们的家园70%都被海水覆盖。那么为什么海洋不是在地底下呢？你可能觉得这是个废话，但是里面包含的科学道理，正是我们目前所看到的地球大气和地质结构形成的关键。我们都知道地球的上的海洋漂浮在岩石和泥土之上，这就是漂浮和浮力造成的。

漂浮和浮力的概念是密度较低的物体上升到密度较大的物体之上，而密度较大的物体则下沉到最底部，这不仅仅是用来解释海洋的形成。

同样的原理也解释了为什么冰会浮在水面上，为什么氦气球会在大气中上升，为什么石头会沉到湖底。同样的原理，浮力也解释了为什么地球是如下图这样分层的。

地球上密度最小的部分是大气，漂浮在海洋之上，海洋又漂浮在地壳之上，地壳位于密度更大的地幔之上，地幔本身无法下沉到地球密度最大的部分:地核。

理想情况下，地球处于的最稳定的状态是像洋葱一样完美地分层，最密集的元素都中心，每一外层逐渐由密度较小的元素组成。事实上，地球上发生的每一次地震实际上都是地球向理想状态又迈进了一小步，更重的元素向地心沉降。所以地球自转速度在每次地震后都会稍微加快，还记得芭蕾舞演员吗？但是从更大的较大来看，因为潮汐摩擦和月球的作用，地球的整体自转速度是在减缓的。

下图为地球地核图片，可以很明显的看到各种元素的密度分层，越靠近核心密度越大，这不仅解释了地球的内核结构，也解释了所有行星的结构。那么我们现在要知道的是，这些元素最初是从哪里来的？

地球的诞生

当宇宙诞生的初期，实际上只存在较轻的元素氢和氦。所有较重的元素都是在后期的恒星中一步步形成的，当第一代恒星死亡时，形成超新星爆发，这些重元素会被重新抛回宇宙，这些重元素又跟原始星云混合，从而形成新二代恒星，我们的太阳应当属于第三代恒星。

但是这一次，所有这些新元素的混合-不仅仅是氢和氦，还有碳、氮、氧、硅、镁、硫、铁等等，不仅形成了新的恒星，还形成了一个原行星盘，以及周遭每一颗行星。

新形成的恒星会爆发恒星风，将较轻的元素吹到太阳系的外部，而重力则导致盘状结构的不稳定性坍塌，形成后来的行星。

在我们的太阳系中，最深处的四颗行星是太阳系中密度最大的行星，其中以水星的密度最大。这四颗行星都无法在引力的作用下留住形成时所含的大量的氢和氦。

但是外行星，由于质量巨大，离太阳又远，受到太阳风的辐射更少，所以在这些因素下，外行星都形成了巨大的气态行星。

这些行星中的每一个，跟我们地球一样，总体上都是最密集的元素都集中在核心，较轻的元素在地核周围逐渐形成围绕核心的致密层。

铁是超新星聚变后最稳定、最重的元素，所以也是地核中最丰富的元素，这一点很正常。但我们惊奇地发现，在固体内核和固体地幔之间，有一层2000多公里厚的液体层:地球的外核。

上图中可以看到，地球里面有一个巨大的液体层，里面包含着地球整整30%的质量！

那么我们是怎样知道地球的核心构造的？我们通过什么判断地球有个液体外核？接下来我们就要说下：地震产生的地震波，如何判断地球的液体外核？

地震中产生的地震波有两种:

第一种压缩波，也就是我们所知的p波，它的工作原理就像脉冲穿过弹簧一样。二次横波，也就是所谓的横波，也就是我们所知的S波，像波浪一样在海面上传播。

这两种波都以球形从震源点向外传播，它们不仅在震中附近的区域激起涟漪，而且会波及到全世界!世界各地的地震监测站都配备了P波和s波的采集设备，所以每个国家都可以检测到来自世界各地的地震波。但是s波不能通过液体外核传播，而P波在通过液体外核时会发生折射!

因此，通过对地震波的探测，我们知道地球有一个液态的外核，一个固态的外地幔，和一个固态的内核!

地球的外核为什么是液态的

为什么外核是液态的呢?像所有的元素一样，我们知道铁是固体、液体、气体还是“其他”状态，这取决于铁的压力和温度。

然而，铁元素比我们常见的许多元素要复杂得多。它可以呈现出多种固相晶体，如上图所示：我们一直深入到地球的核心，那里的压力不只是我们常说的大气压的几倍(甚至几百倍)，而是海平面气压的几百万倍。对于这样的超压，相图是什么样的?

科学的奇妙之处在于，你能想到的问题，其他人很可能已经做过研究并且给出了答案，看下图：

这张图显示了高达120千兆帕的巨大压力，那我们的大气层只有0.0001千兆帕，内核的压力估计为330-360 千兆帕!

内核在330千兆帕的高压下，铁的熔化需要极高的温度，相当于太阳表面的温度。然而，在相同的温度下，在较低的压力下，铁很容易保持液态，而在较高的压力下，铁会形成固体。那么这对我们的地核意味着什么?

地球中心的最高温度略低于6000开尔文（5726.85℃），而（内核/外核）边界处的铁的熔化温度估计也在这个值附近。

但问题是:随着时间的推移，地球的核心温度会下降，因为地球热量辐射到外层空间的速度比通过放射性衰变产生热量的速度要快。所以在地球内部，它的温度下降，而压力却保持不变。这又说明了什么呢？

换句话说，地球在刚形成的时候核心温度更高;很有可能整个内核曾经都是液态的，当地球持续冷却时，内核的固态铁会持续增长，因为固态铁比液态铁的密度高，体积小，所以地球会随着核心的冷却而轻微收缩，这会为我们带来什么效应?

地核的冷却时地球地震的根本原因

我们的地球目前拥有固态核心和液态核心，经过时间的推移，核心不断冷却，外核液态铁变为固态，我们的地球会慢慢收缩。

如果我们展望遥远的未来，我们地球最终将获得像水星上发现的巨大裂痕这样的特征！

水星目前已经冷却并收缩了许多，由于这种冷却收缩，在水星的表面产生了长达数百公里的裂缝!

那么地球目前拥有液态外核，是因为它还没有完全冷却!所以地球的每一次地震，都是地球的内核向冷却的、完全固态的状态发展!