البنية الداخلية للأرض

يتراوح سمك قشرة الأرض بين 5 و70 كيلومترًا (3.1-43.5 ميلًا) ^{[ 9 ]} وهي الطبقة الخارجية. ^{[ 10 ]} الأجزاء الرقيقة منها هي القشرة المحيطية ، التي تقع أسفل أحواض المحيطات (5-10 كيلومترات) وهي غنية بالصخور المافية ^{[ 11 ]} ( معادن سيليكات الحديد والمغنيسيوم الكثيفة أو الصخور النارية ). ^{[ 12 ]} أما القشرة الأكثر سمكًا فهي القشرة القارية ، وهي أقل كثافة ^{[ 13 ]} وغنية بالصخور الفلسية (صخور نارية غنية بالعناصر التي تُكوّن الفلسبار والكوارتز ). ^{[ 14 ]} تنقسم صخور القشرة إلى فئتين رئيسيتين: السيال (سيليكات الألومنيوم) والسيما (سيليكات المغنيسيوم). ^{[ 15 ]} يُقدّر أن طبقة سيما تبدأ على بعد حوالي 11 كم أسفل انقطاع كونراد ، ^{[ 16 ]} على الرغم من أن الانقطاع ليس واضحًا وقد يكون غائبًا في بعض المناطق القارية. ^{[ 17 ]}    

يتكون الغلاف الصخري للأرض من القشرة والجزء العلوي من الوشاح . ^{[ 18 ]} يظهر الحد الفاصل بين القشرة والوشاح كظاهرتين فيزيائيتين مختلفتين. انقطاع موهوروفيتشيتش هو تغير واضح في سرعة الموجات الزلزالية . وينتج هذا عن تغير في كثافة الصخور ^{[ 19 ]} - ففوق انقطاع موهوروفيتشيتش مباشرةً، تتوافق سرعات الموجات الزلزالية الأولية ( الموجة P ) مع تلك التي تمر عبر البازلت (6.7-7.2  كم/ث)، وأسفله تكون مشابهة لتلك التي تمر عبر البيريدوتيت أو الدونيت (7.6-8.6  كم/ث). ^{[ 20 ]} ثانيًا، في القشرة المحيطية، يوجد انقطاع كيميائي بين التراكمات فوق المافية والهارتسبورجيت المتأثر بالتكتونية ، وقد لوحظ هذا الانقطاع في الأجزاء العميقة من القشرة المحيطية التي اندفعت فوق القشرة القارية وحُفظت على شكل متواليات أفيوليتية .

تشكلت العديد من الصخور المكونة لقشرة الأرض منذ أقل من 100 مليون سنة ؛ ومع ذلك، فإن أقدم الحبيبات المعدنية المعروفة يبلغ عمرها حوالي 4.4 مليار سنة ، مما يشير إلى أن الأرض كانت تمتلك قشرة صلبة لمدة 4.4 مليار سنة على الأقل. ^{[ 21 ]}

يمتد غلاف الأرض إلى عمق 2890 كيلومترًا (1800 ميل) ، مما يجعله أسمك طبقات الكوكب. ^{[ 22 ]} [يمثل هذا 45% من نصف قطر الأرض البالغ 6371 كيلومترًا (3959 ميلًا) ، و83.7% من حجمها - حيث تشكل القشرة 0.6% من الحجم]. ينقسم الغلاف إلى غلاف علوي وغلاف سفلي ^{[ 23 ]} يفصل بينهما منطقة انتقالية . ^{[ 24 ]} يُعرف الجزء السفلي من الغلاف، المجاور لحدود الغلاف واللب، بطبقة D″ (D-double-prime). ^{[ 25 ]} يبلغ الضغط في قاع الغلاف حوالي 140 جيجا باسكال (1.4 مليون ضغط جوي ). ^{[ 26 ]} يتكون الغلاف من صخور سيليكاتية أغنى بالحديد والمغنيسيوم من القشرة التي تعلوها. ^{[ 27 ]} على الرغم من صلابتها، فإن مادة السيليكات شديدة الحرارة في الوشاح قادرة على التدفق على مدى فترات زمنية طويلة جدًا. ^{[ 28 ]} يدفع تيار الحمل الحراري في الوشاح حركة الصفائح التكتونية في القشرة الأرضية. مصدر الحرارة التي تحرك هذه الحركة هو تحلل النظائر المشعة في قشرة الأرض ووشاحها، بالإضافة إلى الحرارة الأولية الناتجة عن تكوين الكوكب ^{[ 29 ]} (من طاقة الوضع المنبعثة من انهيار كمية كبيرة من المادة في بئر جاذبية ، والطاقة الحركية للمادة المتراكمة).    

بسبب ازدياد الضغط في أعماق الوشاح، يصبح تدفق الجزء السفلي منه أقل سهولة، مع أن التغيرات الكيميائية داخل الوشاح قد تكون مهمة أيضاً. تتراوح لزوجة الوشاح بين 10²¹ ^و10²⁴ باسكال ^- ثانية ، وتزداد مع العمق. ^{[ 30 ]} وللمقارنة، تبلغ لزوجة الماء عند 300 كلفن (27 درجة مئوية؛ 80 درجة فهرنهايت) 0.89 ملي باسكال-ثانية ^{[ 31 ]} ، ومعامل التمدد الحراري (2.3 ± 0.5) × 10⁸ ^باسكال -ثانية. ^{[ 32 ]}   

اللب الخارجي للأرض طبقة سائلة يبلغ ارتفاعها حوالي 2260 كيلومترًا (1400 ميل) (أي المسافة من أعلى نقطة إلى أدنى نقطة عند حافة اللب الداخلي) [36% من نصف قطر الأرض، 15.6% من حجمها]، وتتكون في الغالب من الحديد والنيكل ، وتقع فوق اللب الداخلي الصلب للأرض وتحت وشاحها . [ ^{33 ] يقع} حدها الخارجي على عمق 2890 كيلومترًا (1800 ميل) تحت سطح الأرض. ويقع الانتقال بين اللب الداخلي والخارجي على عمق 5150 كيلومترًا (3200 ميل) تقريبًا تحت سطح الأرض. أما اللب الداخلي للأرض فهو أعمق طبقة جيولوجية في كوكب الأرض . وهو في الأساس كرة صلبة يبلغ نصف قطرها حوالي 1220 كيلومترًا (760 ميلًا) ، أي ما يعادل 19% من نصف قطر الأرض [0.7% من حجمها] أو 70% من نصف قطر القمر . ^{[ 34 ] [ 35 ]}        

اكتُشف اللب الداخلي عام 1936 على يد إنجي ليمان ، ويتكون أساسًا من الحديد وبعض النيكل. ولأن هذه الطبقة قادرة على نقل موجات القص (الموجات الزلزالية المستعرضة)، فلا بد أنها صلبة. وقد تعارضت الأدلة التجريبية في بعض الأحيان مع النماذج البلورية الحالية للّب. ^{[ 36 ]} كما تُظهر دراسات تجريبية أخرى تباينًا تحت ضغط عالٍ: إذ تُشير دراسات سندان الماس (الثابتة) عند ضغوط اللب إلى درجات حرارة انصهار أقل بحوالي 2000  كلفن من تلك المُستنتجة من دراسات ليزر الصدمة (الديناميكية). ^{[ 37 ] [ 38 ]} وتُنتج دراسات الليزر بلازما، ^{[ 39 ]} وتشير النتائج إلى أن تحديد خصائص اللب الداخلي سيعتمد على ما إذا كان اللب الداخلي صلبًا أم بلازما بكثافة مادة صلبة. وهذا مجال بحث نشط.

في المراحل المبكرة لتكوين الأرض قبل حوالي 4.6 مليار سنة، كان الانصهار سيؤدي إلى غرق المواد الأكثر كثافة نحو المركز في عملية تُعرف باسم التمايز الكوكبي (انظر أيضًا كارثة الحديد )، بينما كانت المواد الأقل كثافة تهاجر إلى القشرة . ولذلك ، يُعتقد أن اللب يتكون في معظمه من الحديد (80%)، إلى جانب النيكل وعنصر واحد أو أكثر من العناصر الخفيفة، في حين أن العناصر الكثيفة الأخرى، مثل الرصاص واليورانيوم ، إما نادرة جدًا بحيث لا تُشكل أهمية، أو تميل إلى الارتباط بالعناصر الأخف وبالتالي تبقى في القشرة (انظر المواد الفلسية ). وقد جادل البعض بأن اللب الداخلي قد يكون على شكل بلورة حديد واحدة . ^{[ 40 ] [ 41 ]}

في ظروف المختبر، عُرِّضت عينة من سبيكة الحديد والنيكل لضغط مشابه لضغط لب الأرض عن طريق تثبيتها في ملزمة بين طرفي سندان ماسيين ( خلية سندان ماسية )، ثم تسخينها إلى حوالي 4000 كلفن. وتمت مراقبة العينة بالأشعة السينية، مما دعم بقوة نظرية أن لب الأرض الداخلي يتكون من بلورات عملاقة تمتد من الشمال إلى الجنوب. ^{[ 42 ] [ 43 ]}

يتشابه تركيب الأرض بشكل كبير مع تركيب بعض النيازك الكوندريتية ، بل وحتى مع بعض العناصر الموجودة في الجزء الخارجي من الشمس. ^{[ 44 ] [ 45 ]} منذ عام 1940، بنى العلماء، بمن فيهم فرانسيس بيرش ، علم الجيوفيزياء على فرضية أن الأرض تشبه النيازك الكوندريتية العادية، وهي أكثر أنواع النيازك شيوعًا التي رُصدت وهي تصطدم بالأرض. يتجاهل هذا الافتراض نيازك الإينستاتيت الكوندريتية الأقل وفرة ، والتي تشكلت في ظل ظروف نقص حاد في الأكسجين، مما أدى إلى وجود بعض العناصر المحبة للأكسجين، إما جزئيًا أو كليًا، في الجزء المعدني الذي يُشكل لب الأرض.

تشير نظرية الدينامو إلى أن الحمل الحراري في اللب الخارجي، بالإضافة إلى تأثير كوريوليس ، يُولّد المجال المغناطيسي للأرض . أما اللب الداخلي الصلب فهو شديد الحرارة بحيث لا يستطيع الاحتفاظ بمجال مغناطيسي دائم (انظر درجة حرارة كوري )، ولكنه على الأرجح يعمل على تثبيت المجال المغناطيسي الناتج عن اللب الخارجي السائل. ويُقدّر متوسط ​​المجال المغناطيسي في اللب الخارجي للأرض بنحو 2.5 ملي تسلا (25 غاوس) ، أي أقوى بخمسين مرة من المجال المغناطيسي على السطح. ^{[ 46 ]}

يُعدّ المجال المغناطيسي الناتج عن تدفق اللب ضروريًا لحماية الحياة من الإشعاع بين الكواكب ومنع تبدد الغلاف الجوي بفعل الرياح الشمسية . معدل التبريد بالتوصيل والحمل الحراري غير مؤكد، ^{[ 47 ]} ولكن تشير إحدى التقديرات إلى أنه من غير المتوقع أن يتجمد اللب لمدة 91 مليار سنة تقريبًا، أي بعد فترة طويلة من المتوقع أن تتمدد الشمس، وتُعقم سطح الكوكب، ثم تنطفئ. ^{[ 48 ]}