密度比水大的物體會沉到水底，為什麼密度比土地大的物體不會沉到地心呢？

01-16

在討論天體時，從大尺度上來看，一切都是流體。。

的確，密度大的往下沉，密度小的網上浮，這是對的。。

事實上，在地球演化初期，土地【組成土地的物質】就是因為密度小才浮上來的。。相對應的，鐵鎳等高密度金屬因為密度大就沉下去了。。

因為密度大，他們確實就沉到地心去了。。

地球內部結構可以粗糙地分成地核、地幔、地殼三層，密度自然就是從大到小的。。

Wiki - Earth"s radial density distribution according to the preliminary reference earth model

這個圖是地球內部的密度分布，密度隨距離地心的距離變化的關係，隨著距離變大，密度也在變小。。

從宏觀的時間尺度來看，密度更大的材質也是會沉的。所以經過充分的重力分層，現代的地球圈層結構已經展現了密度的遞變，如下圖。

地球圈層的密度

最表層的地殼由硅鋁質構成，我們常見的岩石多數都是硅鋁質的礦物。在這一層還可以細分一個小層，稍重的硅鎂質的大洋地殼，主要是玄武岩。這層密度2.2-2.9（g/cm^3），平均厚度只有大約30千米。

上地幔是更重的鐵鎂質岩石如橄欖岩，密度3.4-4.4，厚720千米。

下地幔是更重的硅鎂質成分，密度4.4.-5.6，厚達2171千米。

外核是鐵硫鎳質的成分，密度9.9-12.2，厚2259千米。

內核是鐵硫鎳質的成分，密度12.8-13.1，厚1221千米。

看了@haibaraemily 的答案表示贊同，「沉的關鍵在於溫度而不是時間」，的確這個過程屬於地球形成初期，一個很好的補充，詳見她的答案。如果溫度不夠高，那重力分異就不能徹底進行，可能圈層構造就沒有現在這麼均勻了。

當然，時間也是重要的，畢竟這個分異過程相當緩慢。即使溫度不夠高，緩慢而局限的分異也是可以進行的。

其實這個問題怎麼答，還是要看提問的是小朋友還是大朋友了，如果是小朋友，答案就不這麼寫了，應該首先介紹的是固體和液體的區別。

看到幾個回答說到「行星熱分異」了，但覺得大家對這個概念的理解可能有一點誤會，所以還是補充幾句。以 @qfzklm 和 @巴甫洛夫很忙的回答為例，大致思想是：

從大尺度來看，岩質天體都是流體，密度大的往下沉，密度小的往上浮。
事實上，在地球演化初期，土地就是因為密度小才浮上來的，相對應的，鐵鎳等高密度金屬因為密度大就沉下去了。

因為密度大，他們確實就沉到地心去了。。
地球內部結構可以粗糙地分成地核、地幔、地殼三層，密度自然就是從大到小的。。

地球的密度分層結構，從外到內密度越來越大

我想補充兩點：

1. 行星熱分異並不僅僅是一個「大尺度長時間就可以完成的過程」，而且是只有在行星形成早期特定的狀態下才能完成的。

最重要的條件不是足夠長的時間，而是天體內部有足夠的熱，這裡說的「足夠的熱」，是足以熱到熔融自身的那種程度的熱，才能使內部物質按密度重新「分離」。這種程度的熱只有在行星形成之初內部劇烈的放射性元素衰減和早期整個太陽系內劇烈的大撞擊（比如大撞擊假說認為一個火星大小的天體撞擊地球產生的熱量使得地球部分熔融，一度形成過「岩漿海洋」）之下才能夠提供，即使如此，也只有足夠大的行星（直徑大於1000km這個程度）才有熱分異的能力，而更小的岩質天體（比如大部分小行星）大多還是依然保留著未分異或者部分分異的狀態。

所以說關鍵的不是「大尺度上來看一切都是流體」，而是行星形成早期確實有過整個都是流體的狀態。

行星熱分異的結果是，較重的元素（比如鐵和鎳）向中心「下沉」形成內核；相對較輕的硅酸鹽成分就「浮」上來形成原始幔層，最終形成從外到內密度逐漸增大的「殼幔核」分層結構，外層以硅酸鹽成分為主、內核以鐵鎳合金為主。當然，實際的分層情況更加複雜，遠不止簡單的核幔殼三層。

這樣的過程在行星逐漸冷卻之後就幾乎不可能再在大尺度上發生了（重的物質確實會沉降，但不可能再沉降到跟它的平均密度相匹配的那麼深的地方了）。

行星熱分異過程，這是只有在行星形成之初才可能發生的。製圖：haibaraemily

2. 行星熱分異下的密度分層說的是平均密度，而不是單種元素的密度。

實際上，具體元素的分異情況並不僅僅是根據它們的物理屬性（密度）決定，還會根據它們和其他物質的「化學親密性」而變化：例如，親鐵元素(siderophile elements)就會更傾向於隨鐵一同沉入地底，而一些親銅元素(chalcophile elements)就更傾向於和和低密度的硅酸鹽和氧化物「綁定」然後留在殼層（這部分這個回答說的更詳細九點：黃金為什麼沒有全部沉入地心而是形成金礦？）。所以， @gashero 的回答里說金屬的丰度是因為密度也是不對的：

會，並直接導致了以金屬單質存在的貴金屬在不同地層中的丰度有很大區別，密度更大的金屬單質容易下沉。
以鉑(Pt)為例，大陸中的丰度是0.003 ppm，而大陸下則達到0.037ppm，差了12倍。金(Au)也是如此，只是差別沒那麼大，只有3倍。

例子中金和鉑都是親鐵元素，它們的丰度和密度關係不大。

除了化學親密性，還有不同元素的揮發性也在40多億年前的行星熔融階段起了一定作用。當然具體情況比較複雜，規律不是一定的。

有趣的是，這些不同元素在不同地層的丰度和行星分異前的原始狀態的差異（一般通過和原始球粒隕石的對比來完成）又能為我們推測行星熱分異時期的狀態提供寶貴的線索。詳情可以參考Nature封面：熔融？氣化？大撞擊？鬼知道地球經歷了什麼！

前面有那麼多地質高手，岩石圈和宏觀層面的問題請他們講，我只從工程學角度聊聊土。

1 土層太薄了，全球平均才幾米，除了少數地區外，土壤根本無法構成一個沉陷「池」。

中國農業大學《土壤學》考研重點

土壤圈：是指岩石圈最外面一層疏鬆的部分，其表面或裡面有生物棲息。土壤圈是構成自然環境的五大圈最密切的一種環境要素。土壤圈的平均厚度為5米。

再往下就是密實的岩層，承載力和密度都明顯高於土壤。

2 地表見到的大多數巨型物體是有「根」的，並不是「浮」在土壤上。比如澳大利亞那塊烏魯魯巨岩，下面的「基礎」深入地殼深處幾公里，壓在深層岩石上，和土壤的強度沒啥關係。

3 大多數人工物體是空心的，密度沒有看上去那麼大。工程上有個概念是「補償基礎」，就是在建築下面開挖空心的地下室，這個地下室的總重量明顯少於被挖走的泥土，從而在土壤里形成「浮力」，支撐地上部分的重力。

至於基礎有問題的那些建築，的確會逐漸下沉，比薩斜塔就是下沉不均勻的結果。

4 下沉往往很緩慢，肉眼看不出來。比如說實心的金字塔建好了幾千年，下沉速度遠遠比不上風沙侵蝕。後者才是金字塔高度降低的主要原因。地表很多岩石，往往在下沉之前就風化成砂礫了。如果你能找到不怕侵蝕的一大塊高密度固體，觀測幾十萬年，肯定能看到它逐漸下沉。

5 含水率較高的土壤如果受到突然的衝擊，會出現「土壤液化」，即土壤在短時間內像水一樣流動，喪失支撐力。這個時候你會看到密度比土壤大的物體迅速下沉，幾分鐘完成幾百年的沉陷。據說牙買加有一座城市，17世紀遇到地震，土壤液化，幾分鐘內有三分之一建築被土壤吞沒。下面是日本住宅區下沉的例子：

台灣有一處地質剖面，顯露了上層地質結構在土壤液化狀態下沉陷的過程：

台灣地貌

台灣東部海岸山脈南端台東富崗漁港小野柳風景區所出露一套特殊的砂頁岩地層可能為夾於利吉層之泥岩中的一塊巨大的外來沉積岩塊。這個沉積岩塊具有典型由濁流造成的沉積構造，包括未固結前由液化所造成的沉積變形構造、水逸流脫水構造等，提供了極佳的土壤液化野外科學考察寫照場所。

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往地心沉的，題主莫不是在說這個？

實際上這個問題和密度沒有太多關係，而和固體和流體的力學性質有關。因為土壤是固體，不是流體，是有抗剪能力的，這點和液體氣體完全沒有可比性。通常所說的地基破壞不是壓壞而是剪切破壞，抗剪能力強弱取決於土壤顆粒之間摩擦力的大小。液體和氣體粒子之間的摩擦力和固體比起來可以忽略不計。

因為密度還不夠大，土地的強度足以支撐。

地球上現有密度最大的鋨也就是22.6g/cm3的水平，直徑1cm的鋨球不到20克重，雖然不知道一般土壤的具體抗壓強度數值，但應該是小意思。

常見材料的抗壓強度經常能達到幾十到幾百MPa，換成人話，就是每平方厘米面積能支撐幾百到幾千公斤的重量。

白矮星物質每立方厘米大約一噸重，是鋨的幾萬倍。一小塊白矮星物質落到地球表面(不考慮其他效應)，如果輕輕放在厚鋼板、花崗岩之類材料上面，還能勉強支撐住，不會壓碎。

中子星物質每立方厘米就有上億噸，中子星物質如果落到地球表面(假如能保持穩定)，沒有任何材料能支撐住，所以一定會一直沉到地心。

聽說過高層建築的沉降問題嗎？

因為:

1: 土地不是液體, 有摩擦力, 你拿塊鐵放在沙地上也不會下沉吧.

2: 密度大的物體並不是不會下沉(和上面那條不矛盾, 區別在時間長短), 而是需要很長的時間, 還需要一些外界條件, 比如地面震動啊(不必地震那麼劇烈)風吹水沖啊等等. 密度小的自然會覆蓋密度大的. 密度大的也就慢慢下沉了.

3: 地殼中硬質的部位太多, 動不動什麼岩層的, 那麼就到此為止了. 畢竟依靠重力是難以突破的.

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虧我一開始還和他說半天, 搞半天就一信口胡扯的, 我也是醉了

哈哈，涉及土力學，我肯定要答一發。水可以承受壓力，但因為液態，無抗剪強度。土或岩石，因為本身微觀上有顆粒結構，宏觀上有粘聚力和咬合力，使得土體又有了抵抗相對接觸面移動的切向阻力，也就是剪切力。想要一個物體沉入土中，必須使土體剪切破壞，其他參數相同情況下，越深的土體越難剪切破壞，因為抗剪強度，隨著圍壓也就是隨著深度不斷增大。從土體沉積，方面看，通常密度大的在下面，但也經常顆粒密度大的在上面情況，比如互層。比如，從上到下的土層順序，填土，淤泥質土，粉質粘土，砂層，卵石層等。

土壤是由極細小的岩石微粒（密度2.65左右）和空穴組成的，總密度1～2不等。空穴通常是空氣，但也可被水填滿。這種構成使得土壤在平時水不多的時候表現出類似固體的性質，即可被壓縮，無肉眼可察覺的流動性。然而只要水（水壓）多到一定程度，或者外加震動等條件，就會出現土壤液化的現象，即土壤本身喪失了承受壓力的能力，表現得像流體一樣流動。這時候土壤上方的重物、建築什麼的就會迅速下沉。

因為這個問題的本質和密度幾乎沒有半毛錢關係，比水密度小的固體（比如冰）照樣會沉進去一部分，密度比水大只是讓它能完全沉下去。

重點是流體和非流體的抗剪切性能不同，這點其他答主說的很明白了。

會，並直接導致了以金屬單質存在的貴金屬在不同地層中的丰度有很大區別，密度更大的金屬單質容易下沉。參見X度百科：

https://baike.baidu.com/item/丰度/5383385?fr=aladdin

表格可見各種元素的丰度在大陸上中下的分布，以及海底的分布。

以鉑(Pt)為例，大陸中的丰度是0.003 ppm，而大陸下則達到0.037ppm，差了12倍。金(Au)也是如此，只是差別沒那麼大，只有3倍。

所以，小行星採礦的意義就很清楚了。太陽還在核聚變中期，主要做氫聚變，還不能合成更重的元素，所以太陽系的金屬元素全部來自於其他恆星晚期各種類型的爆炸。於是太陽系內各種行星、衛星、小行星等上的金屬元素丰度都差不多。但只要直徑沒那麼大，不至於擁有高溫核心，那麼就相對容易提取各種稀有的金屬元素。

因為土地是固體，人家是有剛性的。

但是也並不是沒有辦法，只要讓土地浮起來就行了，所以你可以在土裡參入水，土的密度是2.7，參入水以后土壤顆粒會變得鬆軟，因為固體間的斥力被浮力克服了一部分，這些土壤在不完全靜止的系統里會變成土壤懸濁液，也就是稀泥。

密度大於稀泥的東西就可以一路沉到地心。如果這一路都是稀泥的話。

因為地球不是流體啊……對地面上物體存在足以抵消重力的彈力……

因為土地的強度夠大，沉的慢。假以時日還是會沉的。

因為溫度太低。如果大地加熱變成岩漿，就沉下去了。同理，水如果溫度低變成冰，你也沉不下去，只有溫度高了，變成水了才能沉下去。

醬。

村頭大柳樹下的答案，求不要指正，我不想看專業名詞。

密度比水大的物質在水裡下沉，這個物質跟水有個交換位置的關係，兩個物體能自然交換位置，其中至少有一方是流體，才能完成。物理學裡的流體力學就是講這個的。

你夏天站在水面上能沉下去，冬天站在相同位置的冰面上就沉不下去，不是因為你的密度比冰小，而是它不再流動，你無法跟它換位。

密度比土大的物質不能沉到土地裡面去，就是因為兩方都不是流體，彼此能形成抵觸支撐，所以換位置的目的達不到。

還有就是該物體的密度還不夠大，如果足夠大，它給土地形成的壓力就足以克服支撐力，排開土壤進入土地深處。形象理解的話，這相當於強行讓土壤流動起來。

流體與固體有一個不同點在於，流體在極小的切力作用下都會產生無休止的變形，也就是流動。而固體既能夠承受壓力，也可以承受拉力和切力，即使變形也能在一定範圍內恢復。所以固體無法建立像流體一樣的連續介質模型，物體在二者之間的沉浮所需克服的作用力也不一樣。

直觀一點兒講就是，物體在液體中移動，將水擠開了就是擠開了；而在固體中，將土壤擠開了就得承受急劇變大的壓力，以及同時改變的摩擦力等等。中學所學的浮力公式不適用於固體——這個公式是由液體的連續介質模型推導出來的。

因為土地不是流體而是固體，固體和流體的力學特性是不同的，所以有一門學科叫「流體力學」。

你的密度比水大，但是冬天你可以站在河中間，夏天不行。