主要透過 地震學 的研究確定地核和地幔的存在。
19世紀末至20世紀初，地震學的發展為人類認識地球內部提供了重要的突破。地震波在地球內部的傳播和反射現象成為研究的重點。1906年，地震學家Richard Dixon Oldham觀察到了 地震波在地球內部的折射和反射 。20世紀初，汗克（Beno Gutenberg）和賓德（Hugo Benioff）等地震學家研究了地震波的震源機制，提出了汗克－賓德震源機制。這個模型解釋了 地震波在地球內部的傳播路徑和速度，其中一種震源機制表明地震波在穿過地幔時會發生反射和折射。
地震波速度在地幔和地核中的變化存在以下特征：
- P波速度變化：P波（縱波）是一種沿著傳播方向產生壓縮和膨脹的地震波。在地球內部，P波的速度會在地殼、地幔和地核之間發生變化。具體來說， P波速度從地殼進入地幔時會有明顯的增加，這是因為地幔中巖石的密度和彈性模量較高。當P波從地幔進入地核時，速度會再次增加，這是因為地核由鐵和鎳等高密度材料組成，具有更高的速度。
- S波速度變化：S波（橫波）是一種沿著傳播方向產生橫向振動的地震波。與P波類似，S波的速度也會在地幔和地核之間發生變化。然而， S波在地核中無法傳播，因為地核是液態的，而S波需要固體介質才能傳播。因此，當S波從地幔進入地核時，它會被完全阻尼消失。
- 躍變面：地震波速度在地幔和地核之間的變化通常會形成躍變面（discontinuity）。最著名的躍變面是莫霍面（Moho discontinuity），它是地殼和地幔之間的界面。 莫霍面以下，P波和S波的速度會呈現出相對較大的增加，標誌著地幔的開始 。另一個重要的躍變面是 格登-佩斯卡爾面（Gutenberg-Peschel discontinuity），它標誌著地幔和地核之間的界面 。在格登-佩斯卡爾面以下，P波速度會再次增加，而S波速度則無法傳播，這是因為地核是液態的。
除此以外，透過分析地震波在地球內部的傳播速度變化，還可以得出：
- 巖石密度和組成 ：地震波速度與巖石的密度和組成密切相關。在地震波傳播過程中，當波從一種巖石類別進入另一種巖石類別時，由於巖石的密度和彈性模量的不同，波速度會發生變化。透過測量和分析地震波速度的變化，科學家可以推斷地球內部不同層次的巖石密度和組成。
- 材料的物理特性 ：地震波速度的變化還提供了研究地球內部材料的物理特性的線索。例如，地震波速度的變化可以揭示巖石的彈性模量、密度、礦物組成和熔融程度等資訊。透過與實驗室中的巖石樣品進行對比，科學家可以推斷地球內部材料的性質和組成。
20世紀中期以後， 地球物理勘探技術 得到了廣泛套用，進一步加深了對地球內部結構的認識。重力測量、磁力測量、地電測量等方法被用於研究地下結構和物性變化。這下面是幾種常用的地球物理勘探方法，它們對了解地球內部結構起到了重要作用：
- 地震勘探 ：地震勘探是利用 人工產生的地震波探測地下結構 的方法。在地面或水中設定地震儀器，透過記錄地震波在地下傳播時的速度和波形變化，可以推斷出地下巖石的密度、速度和層狀結構等資訊。地震勘探在石油勘探和地質調查中得到廣泛套用。
- 雷達勘探 ：雷達勘探利用 電磁波的散射和反射 現象，測量和分析地下介質的電磁性質。透過發射高頻電磁波並接收反射訊號，可以獲取地下不同層次的界面和物質分布資訊。雷達勘探在地下水資源調查、工程勘察等領域有重要套用。
- 重力勘探 ：重力勘探是 測量地球重力場的變化來推斷地下密度分布 的方法。透過測量地面上的重力加速度變化，可以推斷出地下不同介質的密度差異。重力勘探在礦產勘查和地質構造研究中具有重要作用。
- 磁力勘探 ：磁力勘探是 測量地球磁場的變化來推斷地下磁性物質分布 的方法。透過測量地面上的磁場強度和方向變化，可以推斷出地下磁性物質的分布情況，如礦石、巖石類別等。磁力勘探在礦產勘查和地殼構造研究中得到廣泛套用。
以上研究方法得到的結果也為我們提供了對地球內部結構的認識，進一步支持了地幔和地核的存在。
