1.地球圈层结构——理清地球内部的基本图像
地球表面以上是人类可以随意观察的世界。人类在这里建立了家园，并世代繁衍生息。可是，地球内部又会是怎样一种世界？对此在很长时间里我们都一知半解。现在，我们已经对地球内部结构有了大致的了解，下面就让我们一起来开始一段奇妙的地球内部之旅吧！
地球由众多圈层构成，前面我们对此已经有了初步的了解。为了便于研究，科学家们把地球圈层分为地球外圈和地球内圈两大部分。其中，地球外圈可进一步划分为四个基本圈层，即大气圈、水圈、生物圈和岩石圈；地球内圈大致可以划分为三个基本圈层，它们分别是地壳、地幔和地核。此外在地球外圈最下面的岩石圈和地球内圈之间还存在一个软流圈——它可以看做是一个过渡圈层，大致位于地面以下150公里深处。这样考虑，我们脚下的固体地球就大致包括了三部分：岩石圈、软流圈和地球内圈。
人类对大气圈、水圈和生物圈甚至岩石圈的表面，都可以使用直接观测和测量的方法进行研究，而对于地球的内圈而言，这种传统方法便失去了效力。但聪明的科学家不会被这些困难所吓倒。现在，人类已经可以用地震学、重力学和高精度现代空间测地技术观测的反演等方法对地球内圈进行研究了。下面我们就对地球内圈进行一下简要介绍。
地球内圈最上层的是地壳。从整个地球范围来看，地壳的厚度并不平均。一般而言，大陆地壳平均厚度约35公里，可是在某些高大山系地区，地壳就相对要厚得多。比如欧洲的阿尔卑斯山脉地壳厚度就可以达到65公里，而我们国家青藏高原的地壳厚度甚至可以超过70公里。我们首都北京由于坐落在大陆平原上，所以脚下的地壳厚度与大陆地壳平均厚度相当，约36公里。与大陆地壳相比，大洋地壳就要薄很多。比如，据科学家测定，大西洋南部的地壳厚度为12公里，而北冰洋则仅为10公里左右。在大洋底部的盆地等地区，地壳厚度竟只有短短的5公里左右。综合大洋和陆地地壳厚度，整个地球地壳平均厚度约17公里。
从组成上来看，地球地壳上层富含较轻的硅铝物质，因此这一层被科学家称为“硅铝层”。硅铝层下面是较重的硅镁层。一般情况下，大洋底部的硅铝层都处于缺失状态，因此大洋地壳主要是由硅镁层组成的。
地壳与地核之间是地幔，其大概位置是从地壳下缘到2900公里左右深处。地幔分上下两层：从其上沿直到1000~1200公里深处是上地幔。这一层除硅铝物质外，铁镁成分逐渐增加，物理形式上类似橄榄岩，因此又被称为橄榄岩带。上地幔以下为柔性物质，呈非晶质状态，据专家估计是铬的氧化物和铁镍的硫化物，这一层被称为下地幔。在上下地幔之间，有一层呈塑性状态存在的物质，被称为软流圈。这样一来，地幔就又可以分为上地幔、软流圈和下地幔三层。通过对地幔结构与物质状态的了解，人们解释了岩浆活动的能量和物质来源，此外还对地壳变动的内动力提出了假设，可谓一举多得。
在地幔以下是地球最核心的部分——地核，这个位于地球最内部的圈层实际上是一个球体。它的半径约为3470千米，主要由铁、镍元素组成。从物理性质上看，地核密度极高，每立方厘米可重达12克；此外这里温度也非常高，约有4000~6000℃。
从结构上看，地核可以分为外地核和内地核两部分。外地核为液态，内地核则为固态结构。但是，在类似地核内部的这种高温、高压和高密度条件下，我们通常意义上的“固态”或“液态”概念已经不适用了。现在科学界普遍认为，地核内的物质很可能既有钢铁那样的“钢性”，又有类似白蜡、沥青那样的“柔性”(可塑性)。从坚硬程度上看，这种物质形态要比钢铁坚硬十几倍，可是它的柔性又会使它慢慢变形而不断裂。这种神奇的物质什么时候能够为我们人类所用呢？让我们拭目以待吧。
阿尔卑斯山脉
阿尔卑斯山脉在远古时代并不是一座山脉！据科学家考证，大约在1.5亿年以前，阿尔卑斯山区还是古地中海的海底。后来，随着地壳运动，这里逐渐隆起形成了高大的阿尔卑斯山脉。虽然它的隆起活动已经持续了1.5亿年，但地球很明显还没有罢手的打算——现在那里的地壳还不稳定，地震频繁。近百万年以来，在几次大冰期的作用下，阿尔卑斯山区形成了典型的冰川地形。那里岩石嶙峋，角峰尖锐，山谷布满了深邃的冰川槽谷和冰碛湖。据卫星观测，阿尔卑斯山脉中大约有一千多条现代冰川，这些冰川总面积达3600平方公里。这可是一个比欧洲国家卢森堡的国土面积还要大的数值。
2.莫霍洛维奇不连续面——地壳与地幔的分界面
在遥远的地底深处，那里到底有什么不为人知的秘密？对于我们普通人而言，那里就是一个无法了解的神秘世界。可是在科学家眼里，那里却蕴含着丰富的宝藏！在他们的帮助下，我们才摆脱了猜测，摒弃了迷惘，更多地了解了世界，了解了我们脚下的地球。
地壳和地幔之间是怎样分层的？对于这个问题，人们一直百思不得其解。直到前南斯拉夫地球物理学家莫霍洛维奇于1909年提出了自己的发现。这就是下面我们要介绍的“莫霍洛维奇不连续面”，简称“莫霍面”（或“莫氏面”）。
莫霍洛维奇这个为人类科学做出突出贡献的伟大人物生于伊斯特拉半岛的沃洛斯克，是前南斯拉夫地球物理学家。
莫霍洛维奇的父亲是一名造船厂木工，母亲早逝。莫霍洛维奇从小就展示出了自己天才的一面：15岁时，他除了会讲克罗地亚语外，还学会了英语、法语和意大利语，此后又学会了拉丁语、希腊语、捷克语和德语。可谓是一位语言天才！
莫霍洛维奇的母校是布拉格大学。在这家著名学府里，他师从物理学家和哲学家马赫，同时学习数学和物理学。毕业后，他先是在一所中学担任教师，后来又应聘到里耶卡附近的巴卡尔皇家航海学院教授气象学和海洋学。从那时起，他就慢慢走上了属于自己的科研之路。
1908年，莫霍洛维奇为萨格勒布气象观测台配置了当时最新式的灵敏度极高的地震记录仪，这使萨格勒布气象观测台成为了欧洲最先进的观测台之一。1911年10月，萨格勒布气象观测台记录到了巴尔干半岛库勒巴山谷的一次破坏性地震。莫霍洛维奇对这次地震的数据发生了兴趣，因为他发现了一个奇特的现象：一些地震波到达观测站的时间比预计的要早。这是为什么？经过仔细推断，莫霍洛维奇确认地球的结构是分层的。由于向地球深部传播的震波比沿地壳传播的震波速度更快，所以他还进一步认定地球最外层的地壳是覆盖在一层质地坚硬的岩层之上的，而且地壳与岩层之间并没有过渡带。后来，人们用更加尖端的仪器验证了莫霍洛维奇的推断。
为了纪念莫霍洛维奇的贡献，后来的科学家决定把地壳与地幔之间的这个分界面叫做“莫霍面”。
大西洋底部探秘
研究地幔的构成，想要钻透大陆地壳显然是不太可能的事情，于是人们就把目光转向了地壳相对较薄的大西洋海底。二次世界大战结束以后，在美国科学家主导下，“莫霍尔地球内部调查计划”在大西洋开始实施。科学家希望通过钻探得到关于地球地幔的资料，但由于物资和技术方面的困难，钻头仅仅钻下了200米就不得不终止了。后来，前苏联科学家也曾多次尝试将钻头打入地幔，但遗憾的是也都纷纷遭遇了失败。现在，地球物理学家们正在尝试寻找新的方法对地幔展开研究。
3.岩石——地质变化的原始档案
站在巍峨的高山上放眼所及，你看到最多的是什么？不是花鸟鱼虫，也不是苍松翠柏，而是组成大山的最基本物质——岩石。岩石作用巨大，它可以搭建房屋，可以修筑沟渠，可是在科学家眼里，它的作用却是“档案记录”……
在中国古典文学里，石头是一种神奇的存在：孙悟空是由一神石孕育而成，贾宝玉出生时也有一宝石含在口中……除此以外，我们还听过其他许多关于石头的传说。这些传说当然都不是真的，可是你们知道从科学的角度讲，石头到底是如何生成的吗？
在地球形成之初，地球上并没有岩石存在。在地核引力作用下，大量宇宙尘埃被吸引过来。在茫茫宇宙中，这些凝聚的尘埃经过一系列作用，最终变成了岩石。在没有落入地球大气层以前，它们是飘荡于外太空的石质的铁质的或是石铁混合的物质。在落入大气层以后，它们就变成了陨石或者陨铁。转眼几亿年过去了，原本没有岩石的地球就这样拥有了无数的岩石。毫无疑问这些岩石都有着很长的寿命。据科学家搜寻，现在我国发现的最古老的岩石是冀东地区的花岗片麻岩，其中包体的岩石年龄甚至可以达到35亿年之久。
虽然岩石的寿命相当长久，但自然界的一切都不是一成不变的，哪怕再坚硬的岩石也不例外。在太阳辐射、大气、水和生物的共同作用下，岩石会缓慢地出现破碎、疏松及矿物成分次生变化的现象。地质学家往往把这种现象叫做岩石的风化。平时我们常见的沙和泥土就是岩石风化后的产物。
除了陨石、陨铁，古老的大自然还塑造了许多奇奇怪怪的岩石，它们的结构都令人叹为观止。比如，几年以前美国新闻媒体就曾经列举了全球十大最怪诞的岩石，它们分别是——
缅甸的黄金岩石。这个黄金岩石并不是一整块黄金，事实上它是由朝圣者在一块巨石表面贴上大量金叶“做”成的。黄金岩石的奇特之处不仅仅在于贴满黄金，还在于它看上去总是一副几乎快要从悬崖上滚落下去的样子。但令人称奇的是，它却一直没有掉下来。
美国犹他州的拱门岩石。作为一块拱形岩石，它在世界上可谓声名赫赫，充满着神秘感。
玻利维亚的石树。这是大自然鬼斧神工的结果——一块巨石被风沙侵蚀后形成独特的树状结构。
美国亚利桑那州狼丘地区石涛谷的波形岩石。石涛谷的波形岩石面积广大，据说旅客需要徒步行走大约4.8公里才能穿越这里。
埃及的蘑菇岩石，它是世界上最著名的蘑菇岩石之一，被称为“岩石基座”。
澳大利亚的艾尔斯岩石。作为澳大利亚标志性的独块巨石，它是世界上屈指可数的巨型岩石结构之一。不过，它的神奇不仅仅在于结构，还在于它神奇的色彩变化：从黎明至黄昏，随阳光照射情况的改变，艾尔斯岩石也会呈现出红色至棕色的转变，真可谓奇妙之极。
美国犹他州的熔化阴影岩石。这片岩石大约是在两亿年前因沉积而形成的。令人惊讶的是这里奇特的地貌：大量任何人从未看到过的崎岖地形在这里星罗棋布。而且，除了岩石、洞穴、斜坡和凹地之外，这里再也没有任何其他东西存在。
新西兰的分裂苹果岩石。正如它的名字，这块位于新西兰南部岛屿上的岩石看上去就像是一块分裂的苹果，真可谓造型奇特。
澳大利亚的尖峰岩石。这片岩石是由沙漠中过滤的石灰体构成的。雨水与沙丘底部相溶合后，共同形成了尖峰岩石的底部结构。
加拿大的佩尔塞岩石。与美国犹他州的拱门岩石一样，佩尔塞岩石也是世界上最大的自然拱形岩石结构之一。遗憾的是，佩尔塞岩石很久以前具有两个拱形结构，可是在1845年6月17日，两个结构中的一个倒塌了。
这些奇怪岩石的存在不仅给地球增添了几分神秘感，而且还为科学家进一步研究地球提供了材料。
女娲补天的故事
女娲补天的故事是我国古代关于石头的最神奇的传说！相传在上古的一天，火神与水神相斗使天空裂开一道大口子。银河的水顺着大口子倾盆而下，瞬间就淹没了人类的庄稼和村庄。看着四处逃命的人类，女娲背着砍山斧，从东山采来红砂石，从西山采来白玉石，又从南山、北山、中山采来其他三种颜色的石头，把它们一起放进熔炉里烧炼。九九八十一天后，终于炼成了与天空颜色一模一样的五彩石。用这些五彩石，女娲终于补上了天空的裂缝。
4.大陆科学钻探——伸入地球内部的望远镜
观测星空我们可以使用天文望远镜，那么观测宇宙的内部我们可以使用什么呢？事实上，长久以来我们只观测到了地球母亲美丽的表面，可是对她的内部情况却知之甚少。地球的内部到底是什么情况？也是和表面一样神奇而美丽吗？为了得到这个问题的答案，人们一直在寻找着最科学最正确的研究方法。
从人类诞生之日起，我们已经在地球上生活了近百万年，可就在我们对外太空派出一批又一批探测器的同时，我们对地球的内部结构却仍然知之甚少。现代科学技术的高速发展已经为我们“上天”探索宇宙提供了便利，为“深潜”了解海洋深部的奥秘打开了窗户，可是唯独“入地计划”——了解地球内部结构的科学探索却困难重重。可即便如此，我们还是在不断努力着，以希望能够早日揭开地球内部之谜。
自上个世纪70年代开始，俄（前苏联）、美、英、法、德等14个国家已经先后实施了“大陆科学钻探计划”。所谓“大陆科学钻探”就是通过钻孔获取岩芯、岩屑、岩层中的流体（气体和液体）以及进行地球物理测井和在钻孔中安放仪器进行长期观测，来获取地下的各种信息。
令人惊喜的是，这些钻探计划都取得了不菲的成绩：前苏联科拉SG3超深井的观测揭示了此前通过地震反射推断的、认为全球普遍存在的上下地壳之间的“康拉德面”并不存在；德国KTB超深井则否定了此前人们一直认为存在的推覆体，此外他们还意外地发现了莫氏面下有地球强磁场的存在；乌克兰的探测取得了超高的经济利益，他们在聂伯－顿涅茨盆地的前寒武纪基底中发现了五个大的储油层，在此基础上他们建成了产量21900万吨的工业油田。这五大储油层的发现使“无机生油论”再次成为热点。在贫矿的科拉半岛，科拉深井居然发现铜镍矿床，据预测，这些矿藏开采后可收回全部钻探头。除此以外，人们还通过大陆科学钻探发现地下的流体会随着深度的增加而增加，这一结论与以前部分科学家猜测的完全相反，不过，同时它却为流体来源于地幔的理论提供了更多的依据。
除了物理学和地质学方面的发现，大陆科学钻探还使地球生物学获得了突破。你相信地下深处存在着生物吗？根据钻探探测，在地下1~4千米的深处有一个地下生物圈存在，那里有种类繁多、可以在极端环境下（高温高压）存活的微生物。更令人惊奇的是，这些生物在地下深层同样有着成岩、沉淀、成矿及生油的作用。可以说，这是开辟生命科学新领域的重大发现！
此外，气候学家们还希望能够通过大陆科学钻探取得更多的史前气象资料。令他们满意的是，格陵兰的一口3200米的科学钻孔打穿了北极冰盖。通过对冰盖截面的研究，他们获得了25万年以来地球气候变化的一系列信息。比如，他们在这里发现了公元79年意大利维苏威火山爆发造成的酸雨痕迹，1815年印度尼西亚火山爆发所生成的火山灰，甚至还有前苏联“切尔诺贝利”核电站泄漏事故飘散的放射性粒子尘……可以说，大陆科学钻探计划为了解古代地球地质、气候、生物等方方面面的情况都立下了汗马功劳！
在大陆科学钻探方面，我国也不甘落后。“九五”期间，国家投资1.76亿元，在江苏省东海县进行了大陆科学钻探项目开发。我国的大陆科学钻探工程是继前苏联和德国之后进行的第三个钻探深度超过5000米的科学深钻，也是全世界穿过造山带最深部位的科学深钻。通过这一钻探工程，我们建成了亚洲第一个深部地质作用长期观测实验基地，同时建成了亚洲第一个大陆科学钻探和地球物理遥测数据信息库，以及亚洲第一个研究地幔物质的标本岩心馆和配套实验室。这一“功在当代，利在千秋”的科学考察计划使我国在超高压变质带和地幔物质研究领域达到国际领先水平。
上天、入地、下海是上个世纪人类先后开始的探秘世界的三大壮举。其中，被称为“伸入地球内部的望远镜”的大陆科学钻探活动是带动整个地球科学和相关工程技术发展的重大科学工程，具有划时代的意义。
神奇的地震预测
“大陆科学钻探”不仅能够研究地质地貌，而且还能够探测预报地质灾害的发生。2004年12月26日8时，正在江苏省东海县毛北村中国大陆科学钻探工程“科钻一井”进行观测的科研人员突然发现，地下4900米处的流体中Ａｒ和Ｈｅ含量发生变化。就在大家为这一变化感到惊讶的时候，4700公里外的苏门答腊便在一个小时后发生9.3级地震。虽然这次观测没有预报发生地震的准确地点，但它还是证明，利用大陆科学钻探深井完全可以检测地震的远程和近程效应，从而提供准确的地震预报！由此，一个地震预报领域的新技术课题展开了。
5.大陆漂移学说——病床上的神奇发现
从宇宙俯视地球，我们会发现这个蓝色星球上面积最广的就是海洋。据估算，地球表面积的70%都被海洋覆盖着，剩余的七大洲陆地仅占30%。那么这些陆地是怎么产生的呢？又是如何形成现在这种格局的呢？
大陆漂移学说是一门关于地球大陆分布形成过程的理论，可是你知道吗？这个理论的形成还有个非常奇妙的故事呢！
事情发生在1910年的圣诞节。当时，德国气象学家魏格纳正卧病在床，百无聊赖之下他聚精会神地“研究”着挂在墙上的一张世界地图。突然，魏格纳的脑海里冒出了这样一个奇怪的念头：“大西洋两岸的地形之间具有交错的关系，这是为什么？”仔细打量，他发现了更多的有趣现象：非洲的西海岸和南美洲的东海岸之间也是相互对应。比如，巴西远远深入大西洋南部的凸出部分，正好与深入非洲西海岸几内亚湾的凹进部分相吻合。“非洲的西海岸和南美洲的东海岸、北美洲东海岸和欧洲这些地方简直就可以拼合在一起，难道它们以前都是合在一起的吗？”魏格纳被自己的想法吓住了。不过不可否认的是，这是一个非常奇妙的推测。
刻苦钻研的精神在魏格纳身上体现得非常明显，为了弄清这一谜团，他先后查阅了大量资料。在1912年，他勇敢地向世界宣布“大陆漂移理论”的创立。
按照魏格纳的学说，距今3亿年前，地球上只有一块大陆。这块庞大的原始大陆被魏格纳命名为“泛大陆”，泛大陆的周围是辽阔的原始大洋。距今两亿年左右，泛大陆上先后出现了许多条裂缝。沿着这些裂缝，泛大陆慢慢分裂，在它们分裂后产生的缝隙里，新的海洋形成了。经过缓慢地分裂，泛大陆的各个陆块漂移到了现在各自的位置。
大陆漂移学说一提出，全世界都为之震动。虽然从地图上看这个学说非常有道理，但令许多人迷惑不解的是，坚实的大陆怎么会像水上浮萍一样漂来漂去呢？就像刚开始没人相信地球不是宇宙中心一样，在科学史上许多新理论和它的提出者都遭到过人们的质疑和污蔑，魏格纳也没有逃过这个厄运。事实上，魏格纳不是地质学家，而是一位气象学家。他不仅被很多地质学会议拒之门外，许多学者还嘲笑他的理论仅仅是“一个漂亮的梦，一个伟大诗人的梦”。
虽然魏格纳受到了几乎所有地理学家的反对，但他还是在不停地为自己的理论搜集证据。为了拿到一手资料，他两次赴格陵兰考察。在这里，他惊喜地发现格陵兰岛相对于欧洲大陆依然有漂移运动存在，而且据测算这个漂移速度大约是每年一米。1930年11月2日，在他第四次赴格陵兰考察时不幸遭遇了暴风雪的袭击，直到次年4月，搜索队才找到他的遗体。而他遇难的那一天，刚好是他50岁生日的第二天。
1968年，法国地质学家勒比雄提出地球可以分为六大板块的主张，它们是欧亚板块、美洲板块、非洲板块、印度板块、南极板块和太平洋板块。板块学说的提出为魏格纳生前一直没有弄清的大陆漂移动力问题提供了答案，使人类地质学在一个新的高度上获得了全面的综合。
这时候，人们才再次想起为了大陆漂移学说而献身的魏格纳。这位伟大的科学家是值得我们纪念的，不是因为他生前的冷遇与死后的热闹，而是他毕生正视事实，寻求真理，勇于探索和不惜献身的科学精神。
魏格纳轶事
在地理学上名垂千古的魏格纳其实原本是一名气象学家。1905年，他以优异成绩获得气象学博士学位后，一直致力于高空气象学的研究。1906年，他和弟弟曾经驾驶高空气球在空中连续飞行了52小时。这一纪录打破了当时的世界纪录。因此可以说，魏格纳不仅是个伟大的地理学家，而且也是个杰出的气象学家！