Наука еще не изобрела такой аппарат, в котором человек мог бы проникнуть в глубокие недра планеты и исследовать их. Пока ученым приходится судить о строении земных недр по косвенным данным с помощью геофизических методов: сейсмического, гравиметрического и магнитометрического.
Первый из них наиболее важен. Суть его заключается в том, что на поверхности Земли искусственно (например, путем взрыва) создают упругие колебания сейсмические волны, которые имеют определенные особенности при прохождении земных недр: в плотной среде скорость этих волн возрастает, в рыхлой резко снижается, а в жидкостях некоторые из них вообще не распространяются.
Сейсмические волны делятся на объемные и поверхностные. Объемные волны — продольные и поперечные — представляют собой упругие волны сжатия и упругие волны сдвига. Отметим, что объемные волны в упругой Земле распространяются так же, как световые лучи в оптических средах. Объемные волны, в отличие от поверхностных, пронизывают все тело нашей планеты, то есть они в буквальном смысле слова «просвечивают» Землю и, подобно рентгеновскому анализу, выявляют внутреннее ее строение. Поверхностные волны, как и объемные, бывают двух типов. Различаются они по виду деформации. В первом случае она чисто сдвиговая, а во втором — как сдвиговая, так и объемная. Скорости поверхностных волн обнаруживают зависимость от длины или частоты волны. Это свойство поверхностных волн используют для изучения структуры наружных слоев Земли.
Сейсмические колебания, проходя земной шар насквозь или частично отражаясь от разделов сред с различной плотностью, возвращаются на поверхность Земли, где они регистрируются и изучаются. По полученным данным можно судить о глубинах залегания тех или иных разделов, получать сведения о физических свойствах тех сред, сквозь которые прошли сейсмические волны, и т.д. С этой же целью сейсмологи изучают и землетрясения, которые вызывают упругие колебания естественным путем.
Как оказалось, земной шар внутри, подобно луковице, состоит из нескольких концентрических оболочек, вложенных одна в другую. Наиболее отчетливо выделяются три оболочки (или геосферы), о которых уже упоминалось выше: земная кора (литосфера), мантия и ядро.
Впервые идея о сферическом строении нашей планеты была высказана профессором Геттингенского университета Э. Вихером в 1897 году. В начале XX века австрийский геолог Э. Зюсс предложил выделить пять оболочек Земли, каждой из которых было дано название, исходя из первых букв главенствующих в той или иной оболочке элементов: силициум, алюминий, магний, хром, феррум и никель.
В дальнейшем эти идеи получили научное обоснование. Глубокие скважины и шахты дали геологам возможность изучить верхние слои земной коры. Однако глубина горных выработок пока еще слишком мала. Самая глубокая скважина в мире была пробурена на Кольском полуострове в нашей стране, ее глубина превышает 12 километров. Гораздо меньшую глубину имеют шахты. Максимальная глубина шахты «Ист Рэнд» в Южной Африке достигает только 3428 метров. Если сравнить эти цифры со средним радиусом Земли, то окажется, что даже самая глубокая современная скважина проникает в тело Земли не глубже, чем булавочный укол в толстую кожу бегемота.
Самая верхняя оболочка нашей планеты — земная кора представляет собой весьма тонкое «покрывало», под которым скрыты неспокойные недра Земли. В среднем толщина коры, или, если говорить образно, тонкой пленки, в которую «обернут» земной шар, составляет всего 0,6 процента от длины радиуса Земли.
Земная кора отделяется от нижележащего слоя, как уже говорилось, поверхностью Мохоровича, или сокращенно — границей Мохо. Ниже нее располагается мантия Земли. Плотность вещества мантии выше плотности пород земной коры и колеблется от 3,3 г/см3 в верхней части до 6-9 г/см3 в низах мантии. Некоторые ученые делят мантию на верхнюю и нижнюю (граница между ними лежит на глубине 900 километров).
Верхняя мантия изучена лучше нижней, но и в отношении ее многое еще не совсем ясно. Характерная черта строения верхней мантии — ее расслоенность. Например, на глубине около 100 километров под материками и около 50 километров под океанами находится слой, близкий к плавлению или даже содержащий расплавы составляющего его пород, он носит название астеносферы (слой Гутенберга). Благодаря пластичности астеносферы лежащие выше ее твердые блоки (плиты) земной коры могут скользить по ней.
Нижняя мантия, располагающаяся в интервале глубин от 900 до 2920 километров, характеризуется большой плотностью вещества и большой скоростью распространения упругих колебаний. Дальше располагается только земное ядро.