地球的平均半径为6300多公里^[1]。然而，时至今日，人类对地球表面以下的勘探仍然非常有限。在海洋底部最深的勘探点位于太平洋，在8公里深的海底下，人们采集到了一段长37.74米的沉积岩芯^[2]，而在陆地上，最深的人造井则是位于俄罗斯西北部的科拉超深钻孔，有12.2公里深^[3]，但依然不足地球深度的0.２％。虽然人类暂时并没有方法可以直接观察地球内部，但可以从经过地球内部的地震波间接推断出它的结构和特征。自1889年人类首次利用地震仪录得远距离地震以来^[4]（图一），世界各地的科学家便在短短50年间先后发现地球内部的主要结构。在这篇文章我们会为你揭晓科学家究竟是如何从地震波揭示地心之谜。

地震发生时所释放的弹性位能部分会以地震波的形式，由震源开始向地球内部所有方向传播。地震波的传播速度（波速）取决于许多因素，例如地球内部介质的成分、温度和压力等。当地震波在同一波速的介质中传播时，它会以直线行走。可是，现实中的地震波路径几乎从来都不是直线。这是因为地球内部存在不同波速的介质，令地震波产生折射现象，因而路径在连续的介质内会弯曲。就地壳而言，通常岩石愈深，地震波的传播速度便会愈快（图二）。

试想像一个简单的两层模型（图三），地震波的传播速度在上层的岩石较慢，而在下层的岩石则较快。从不同方向传播的地震波会经各自的路径从震源到达地壳表层（简称地表）。以下我们会介绍两个最明显不同的路径。「直达波」是指在上层由震源以最短途径直达地震仪的地震波。当地震波进入更深传播速度更高的地层时，若入射角少于临界角，部分地震波就会被折射，而部分则会被反射。若入射角等于临界角，地震波会沿著界面以较快的速度前进，更快到达地面，称为「首波」^[5]。

地震波可分为「体波」和「面波」，体波可以在地球内部传播，而面波只能在地表传播。体波当中以「纵波」，即「P波」的传播速度最快，所以地震仪在地震发生后测量到的首个到达讯号「最初抵达波」便是Ｐ波。把不同距离的地震仪所测量到的最初抵达时间连在一起后，就会得到「走时曲线」（图四）。科学家莫霍格维奇分析地震仪图表后发现，在震源附近侦测到的最初抵达波，其走时曲线的坡度，比较经过某个距离之后，走时曲线的坡度有显著分别。坡度的明显下降表示了后段路径的地震波平均速度明显比近距离更快。（考考你：你可以从莫霍格维奇的走时曲线^[6]（图五）中找出坡度不一样的距离吗？）

要知道答案，我们就要先分析这些最初抵达波来自哪条路径。试想像在地表布上多个地震仪（图三）。在震源附近的地震站，直达波在较慢层的传播距离比首波更短，所以地震仪的最初抵达时间自然源于直达波。但随著距离愈远，在两层之间的界面上走得更快的首波已经追上了在较慢层内传播的直达波，因此在与震源有一定距离的地震仪所测量到最初抵达时间的来源是首波。

莫霍格维奇的发现证明了地下存在令到波速有明显差异的不连续界面，即地壳与地幔之间的交界，及后命名为「莫霍面」。莫霍面上的地壳P波速约为每秒6 公里，而界面下的地幔P波速约为每秒8 公里。地壳和地幔有著明显的化学成分差异。地幔主要由富铁和镁的矽酸盐矿物组成，而大陆（海洋）地壳则由富钾、钠、和铝（富铁、镁、钙，和铝）的矽酸盐矿物组成^[8]。由于地壳均衡理论，莫霍面在世界各地的深度也有差异。大陆地区的莫霍面平均约38公里深^[9]，而造山带下莫霍面更可深至65公里或以下^[10]。