主要通过 地震学 的研究确定地核和地幔的存在。
19世纪末至20世纪初，地震学的发展为人类认识地球内部提供了重要的突破。地震波在地球内部的传播和反射现象成为研究的重点。1906年，地震学家Richard Dixon Oldham观察到了 地震波在地球内部的折射和反射 。20世纪初，汗克（Beno Gutenberg）和宾德（Hugo Benioff）等地震学家研究了地震波的震源机制，提出了汗克－宾德震源机制。这个模型解释了 地震波在地球内部的传播路径和速度，其中一种震源机制表明地震波在穿过地幔时会发生反射和折射。
地震波速度在地幔和地核中的变化存在以下特征：
- P波速度变化：P波（纵波）是一种沿着传播方向产生压缩和膨胀的地震波。在地球内部，P波的速度会在地壳、地幔和地核之间发生变化。具体来说， P波速度从地壳进入地幔时会有明显的增加，这是因为地幔中岩石的密度和弹性模量较高。当P波从地幔进入地核时，速度会再次增加，这是因为地核由铁和镍等高密度材料组成，具有更高的速度。
- S波速度变化：S波（横波）是一种沿着传播方向产生横向振动的地震波。与P波类似，S波的速度也会在地幔和地核之间发生变化。然而， S波在地核中无法传播，因为地核是液态的，而S波需要固体介质才能传播。因此，当S波从地幔进入地核时，它会被完全阻尼消失。
- 跃变面：地震波速度在地幔和地核之间的变化通常会形成跃变面（discontinuity）。最著名的跃变面是莫霍面（Moho discontinuity），它是地壳和地幔之间的界面。 莫霍面以下，P波和S波的速度会呈现出相对较大的增加，标志着地幔的开始 。另一个重要的跃变面是 格登-佩斯卡尔面（Gutenberg-Peschel discontinuity），它标志着地幔和地核之间的界面 。在格登-佩斯卡尔面以下，P波速度会再次增加，而S波速度则无法传播，这是因为地核是液态的。
除此以外，通过分析地震波在地球内部的传播速度变化，还可以得出：
- 岩石密度和组成 ：地震波速度与岩石的密度和组成密切相关。在地震波传播过程中，当波从一种岩石类型进入另一种岩石类型时，由于岩石的密度和弹性模量的不同，波速度会发生变化。通过测量和分析地震波速度的变化，科学家可以推断地球内部不同层次的岩石密度和组成。
- 材料的物理特性 ：地震波速度的变化还提供了研究地球内部材料的物理特性的线索。例如，地震波速度的变化可以揭示岩石的弹性模量、密度、矿物组成和熔融程度等信息。通过与实验室中的岩石样品进行对比，科学家可以推断地球内部材料的性质和组成。
20世纪中期以后， 地球物理勘探技术 得到了广泛应用，进一步加深了对地球内部结构的认识。重力测量、磁力测量、地电测量等方法被用于研究地下结构和物性变化。这下面是几种常用的地球物理勘探方法，它们对了解地球内部结构起到了重要作用：
- 地震勘探 ：地震勘探是利用 人工产生的地震波探测地下结构 的方法。在地面或水中设置地震仪器，通过记录地震波在地下传播时的速度和波形变化，可以推断出地下岩石的密度、速度和层状结构等信息。地震勘探在石油勘探和地质调查中得到广泛应用。
- 雷达勘探 ：雷达勘探利用 电磁波的散射和反射 现象，测量和分析地下介质的电磁性质。通过发射高频电磁波并接收反射信号，可以获取地下不同层次的界面和物质分布信息。雷达勘探在地下水资源调查、工程勘察等领域有重要应用。
- 重力勘探 ：重力勘探是 测量地球重力场的变化来推断地下密度分布 的方法。通过测量地面上的重力加速度变化，可以推断出地下不同介质的密度差异。重力勘探在矿产勘查和地质构造研究中具有重要作用。
- 磁力勘探 ：磁力勘探是 测量地球磁场的变化来推断地下磁性物质分布 的方法。通过测量地面上的磁场强度和方向变化，可以推断出地下磁性物质的分布情况，如矿石、岩石类型等。磁力勘探在矿产勘查和地壳构造研究中得到广泛应用。
以上研究方法得到的结果也为我们提供了对地球内部结构的认识，进一步支持了地幔和地核的存在。
