地球由不同的層組成，這些層具有不同的物理和化學性質。然而，我們不能直接觀察這些層，因為它們太深了，我們難以接近。那么我們怎么知道地球的分層結構呢？這其中的一種方法是利用地震波。

地震波可以分為兩種主要類型：體波和面波。體波在地球內部傳播，而表面波在地球表面傳播。體波又可分為縱波(P波)和橫波(S波)，縱波是振動方向與傳播方向相同的波，而橫波振動方向與傳播方向垂直。縱波可以穿過固體、液體和氣體，但橫波只能穿過固體。

當地震發生時，它會產生縱波和橫波，從震源向外輻射。地震儀是一種測量地面運動的儀器，可以探測到這些地震波。通過分析這些波到達世界各地不同地點的時間和振幅，我們可以了解它們如何與地球不同層的相互作用。

一個重要的觀察結果是，在地球表面的某些區域，地震儀無法從給定的地震中接收到直接的地震波。這些區域被稱為陰影帶，它們表明地球的某些層會折射或反射這些波，使它們遠離原來的路徑。例如，在地球表面以下約2900公里的深度，有兩個層之間的邊界：地幔和外核。

地幔是一層厚厚的固體巖石，構成了地球的大部分體積。而外核是一層薄薄的液態金屬，包裹著另一層稱為內核的物質。當縱波到達這個邊界時，它們會迅速減速，因為液體的彈性模量比固體低，這導致它們從原來的方向向一個更陡的角度折射。還有一些縱波也會在這個邊界處反射回地幔。當橫波到達這個邊界時，它們會完全消失，因為液體不能承受剪切應力，這意味著橫波無法穿過這個邊界。

另一個重要的觀測結果是，在地球表面的某些區域，地震儀只接收到微弱或扭曲的縱波。這些區域表明，地球的某些層具有與其周圍環境不同的性質，如密度或成分。例如，在地球表面以下約5150公里的深度，有兩個層之間的邊界：外核和內核。

內核是一個由金屬組成的實心球體，密度和溫度都很高。當縱波到達這個邊界時，它們會再次加速，因為固體比液體有更高的彈性模量。這導致它們以較淺的角度向原來的方向彎曲。一些縱波也會在這個邊界處反射回外核。

通過測量這些邊界對地震波的速度、方向和振幅的影響程度，我們可以推斷出它們的深度、厚度和密度。我們還可以通過與實驗室實驗或理論模型比較來推斷它們的組成。例如，我們知道外核主要是鐵，因為在高壓和高溫條件下，它的密度和磁性與液態鐵的預期相匹配。

然而，依靠地震波的地球結構模型并不能完美地反映現實，其中一個原因就是有不同的處理和解釋地震數據的方法。地震波的測量和分析有多種方法，如走時層析成像、波形反演、接收函數分析等。每種方法都有其優點和局限性，這取決于波的類型、頻率范圍、噪聲水平等。此外，每種方法都依賴于對地球結構或物理的某些假設，而這些假設不一定在所有情況下都成立。

例如，一些方法假設地球是各向同性的，而另一些方法則考慮了各向異性。這些假設將影響數據與模型擬合的程度，并可能導致我們的模型中出現錯誤。不過，隨著新的數據不斷出現，一些假設會被證實或排除，我們的模型就會不斷更新和完善。每隔一段時間，我們就會聽到關于地球內部新研究結果的消息。

審核編輯 ：李倩