最后的边疆不是太空：而是地球本身。我们曾将人类送上月球，将机器人送上火星，还将“新视野号”探测器发射到距离地球 32.6 亿英里外拍摄冥王星的照片，而就在我们脚下 4,000 英里深处，难以想象的高温和高压让地球中心遥不可及。但科学家们通过研究陨石、火山爆发和地震产生的地震波，已经能够拼凑出地球内部的景象——包括橄榄绿的晶体和翻腾的熔铁之海。
马里兰大学的地震学家 Vedran Lekić 说：“我们去探索其他行星，但在很多方面，深入地球内部并弄清楚地球内部是什么，实际上比进入太空的技术难度更大。”
地球有四个主要层次：地壳、地幔、外核和内核，以及这些层次之间的过渡区域。我们所知道的世界位于构成地球地壳的构造板块上，地壳的厚度从三英里到四十多英里不等。在地壳下方是地幔，构成地球体积 84% 的岩石层。上地幔中的岩石是白炽的，但如果你能将它们冷却到室温，它们会因矿物橄榄石而呈现出斑驳的橄榄绿色——你可能知道它就是八月的生日石橄榄石。“我认为中上地幔会很美，因为它会是 60% 的橄榄石绿色，还会含有石榴石，这些美丽的红色立方体矿物，”斯坦福大学的矿物物理学家 Wendy Mao 说。
在地幔深处，高温和高压将构成橄榄石的原子重组成两种新矿物： Bridgmanite 和 Ferropericlase，它们在室温下呈棕橙色和黄色。在岩石地幔之下，是一个翻腾的液态铁（含少量镍）外核，围绕着一个固态铁（同样含少量镍）内核，其大小约为月球的 70%。地球的中心温度几乎与太阳表面一样高，约为 9,800 华氏度，其压力使得海底的压缩力看起来像小儿科。
但是我们并没有去过地球内部的任何一个地方。我们没有见过它们。我们没有派遣相机或探测器将发光的铁煤渣样本带回来。那么，我们是如何知道那里有什么呢？
地震揭示结构
当地壳的构造板块相互移动时，它们有时会卡住并断裂。这种断裂以及随之而来的能量波被称为地震。释放出的地震波（我们听不到的声波）会从震源远处传播，并能告诉科学家地震发生的时间和地点。
探测地震波并不是新方法。中国科学家张衡在近 2000 年前就制造了早期的地震仪。但在 1889 年，科学家们在利用地震仪了解地球方面取得了突破。那时，柏林附近的一位德国研究人员探测到了一次地震，但遇到了一个问题：那天附近根本没有地震。原来，确实发生了一次地震——在**日本**，其地震波在震后一个多小时才到达德国。这标志着现代地震学的一个关键时刻。
Lekić 将地震学比作我们用来查看人体内部的 X 射线——我们肌肉、器官和骨骼的不同密度意味着 X 射线以不同的方式穿过它们（或被它们偏转）。“我们无法将 X 射线发送到地球内部，因为 X 射线无法完全穿透，”他说。“取而代之的是，我们使用地震波。”
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地震会向我们的星球发送地面振动，它们以不同的方式传播到世界各地。Lekić 解释说，地震仪会记录这些振动，这些振动可以让我们一窥下方是什么：“然后我们可以使用计算机模型来尝试描绘地球内部的景象，而这些景象基本上告诉我们地震波在地球不同部分的传播速度。”
地震学家解释地震数据，甚至通过空气枪和爆炸模拟地震活动，他们的工作表明地球内部有不同的层，其中一些层比其他层更容易让地震波穿过。他们甚至可以告诉我们这些层的密度。然后，另一类科学家——矿物物理学家——将在此基础上确定构成这些层的实际物质。
解读矿物
芝加哥大学的矿物物理学家 Andrew Campbell 说：“在理解我们星球的构成物质方面，有天文和宇宙化学方面的限制。”基本上，地球上元素的分布应该与陨石和太阳中存在的元素大致相符。
Campbell 解释说：“太阳系中可供我们建造行星的物质，应该与太阳中的物质是相同的。”这是因为恒星内部的化学反应会产生构成地球等行星的元素。通过观察太阳发出的光的波长，并将这些波长与已知元素反射的光进行比较，科学家们就能推断出太阳的化学成分。
Campbell 说，光线显示太阳中含有大量的硅、氧、镁和铁，以及钾和钙等其他元素。他补充说，太阳中元素的相对含量与我们在某些原始陨石中看到的情况相似，“这进一步证实了我们的理解，即这些原始陨石代表了我们可以组装类地行星的构成物质。这包括地球。”
这些来自地球以外的线索，以及含有地幔岩石碎片的火山岩，都可以让我们对地球成分的关键物质有所了解。然后，像 Campbell 和 Mao 这样的矿物物理学家会弄清楚这些元素必须如何分布，才能使地震学数据相符。
Campbell 说：“我认为这就是我们理解地球核心富含铁而不是其他重元素的原因。”地震学告诉我们，地球有一个固体、致密的内核。他说，由于太阳和陨石比钴、镍或铬等其他重元素含有更多的铁，“我们知道铁是我们组成的构成物质中非常重要的一部分。”
矿物物理学家还找到方法来模拟地球内部影响其构成物质的条件。例如，Mao 曾进行研究，以了解地球核心的铁是如何很久以前沉淀在那里的，并缓慢地穿过岩石地幔。为了模拟地球内部的巨大压力，她使用了一种叫做金刚石压砧的东西。“我们取两颗钻石，然后基本上切掉它们的尖端，利用那个小表面积，在它们之间放一个小样本，然后挤压它们的背面，”她说。由于力集中在一个很小的表面积上，大约相当于一根头发的宽度，因此它被压缩的方式可与行星深处的压力相媲美。
Mao 说：“这些研究中最令人兴奋但也令人沮丧的部分之一是，我们无法到达那么深的深度。”“理论是有道理的，与实验数据一致，因为我们可以尝试模拟我们认为的条件，尽管是微观尺度的。”
由于科学家们还没有找到一种方法可以前往地球中心，因此这些不同学科之间的合作对于理解我们脚下是什么至关重要。Lekić 说：“如果不一起努力，” “你真的无法理解这个星球。”
