โครงสร้างโลก

"โครงสร้างโลก"

             โลกถือกำเนิดมาแล้ว4,600ล้านปี นักวิทยาศาสตร์ตั้งแต่ยุคโบราณทราบดีว่า ภายในของโลกนั้นร้อนระอุและเปี่ยมด้วยแรงดันมหาศาล ซึ่งทำให้เกิดปรากฏารณ์ธรรมชาติต่างๆ เช่น ภูเขาไฟระเบิด แผ่นดินไหว พุน้ำร้อน เป็นต้น

             โดยเมื่อ300ปีที่ผ่านมาหรือในปลายคริสต์ศตวรรตที่ 19 เซอร์ไอเแซค นิวตัน ได้คำนวณมวลของโลกโดยใช้กฏแรงโน้มถ่วงสากล F = GmM/r²  พบว่า ความหนาแน่นเฉลี่ยของโลกมีมากกว่า ความหนาแน่นของหินบนเปลือกโลก 2 เท่า

              ต่อมานักวิทยาศาสตร์ที่ประเทศรัสเซียพยายามศึกษาโครงสร้างของโลก โดยสร้างแท่นขุดเจาะที่คาบสมุทรโคลาร์ ทำการขุดเจาะลงไปได้ความลึกมากที่สุด 12.3 กิโลเมตร แต่ก็ต้องใช้เวลาถึง 19 ปี ดังนั้นจะเห็นว่า การศึกษาภายในของโลกทางตรงแทบเป็นไปไม่ได้เลย

การศึกษาโครงสร้างโลก

           นักธรณีวิทยาศึกษาโครงสร้างภายในของโลกโดยอาศัยคลื่นที่เกิดจากแผ่นดินไหว และจำแนกโครงสร้างโลกเป็นสองระบบ คือ การแบ่งโครงสร้างตามลักษณะทางกายภาพ และ การแบ่งโครงสร้างตามองค์ประกอบทางเคมี

1. การแบ่งโครงสร้างโลกตามลักษณะกายภาพ

                    การแบ่งโครงสร้างโลกตามลักษณะทางกายภาพเป็นการศึกษาโลกทางอ้อม โดยจะศึกษาจากคลื่นไหวสะเทือน การวัดค่าแรงโน้มถ่วง เป็นต้น

                   คลื่นไหวสะเทือน(Seismic wave) มี 2 แบบ คือ คลื่นพื้นผิว(Surface wave)และคลื่นในตัวกลาง(Body wave) คลื่นพื้นผิวเดินทางผ่านเข้าไปภายในของโลกทำให้อาคารทรุด ชำรุด แลังพังทลาย  ส่วนคลื่นในตัวกลางสามารถเดินทางผ่านเข้าไปภายในของโลกไปยังพื้นโลกฝั่งตรงข้ามได้ นักธรณีวิทยาจึงเลือกBody waveในการสำรวจ คลื่นในตัวกลางมี 2 ประเภท คือ คลื่นปฐมภูมิ (P wave) และ คลื่นทุติยภูมิ (S wave)

                    

• คลื่นปฐมภูมิ (P wave) เป็นคลื่นตามยาวโดยอนุภาคของตัวกลางเคลื่อนไหวแบบอัดขยายในแนวเดียวกับที่คลื่นส่งผ่าน คลื่นนี้สามารถเคลื่อนที่ผ่านของแข็ง ของเหลว และแก๊ส โดยมีความเร็วประมาณ 6 – 7 กิโลเมตร/วินาที  คลื่นปฐมภูมิทำให้เกิดการอัดหรือขยายตัวของชั้นหิน

• คลื่นทุติยภูมิ(S wave) เป็นคลื่นตามขวางโดยอนุภาคของตัวกลางเคลื่อนไหวตั้งฉากกับทิศทางที่คลื่นผ่าน มีทั้งแนวตั้งและแนวนอน คลื่นชนิดนี้ผ่านได้เฉพาะของแข็งเท่านั้น โดยมีความเร็วประมาณ  3 – 4 กิโลเมตร/วินาที  คลื่นทุติยภูมิทำให้ชั้นหินเกิดการคดโค้ง

เขตอับคลื่น(Shadow zone) ของ P wave จะอยู่ที่มุม105องศา ถึง มุม140องศา ส่วนS waveเนื่องจากS waveผ่านได้แค่ของแข็งเท่านั้นคลื่นจึงมีแค่ซีกโลกที่เป็นจุดเริ่มต้นของคลื่นเท่านั้น

นักธรณีวิทยาแบ่งโครงสร้างภายในของโลกเป็น 5 ส่วนโดยพิจารณาจากความเร็วของคลื่น P wave และ S wave ดังนี้
1. ธรณีภาค(Lithosphere)
ประกอบด้วยเปลือกโลกทวีปและเปลือกโลกมหาสมุทร คลื่น P wave และ S wave เคลื่อนที่ช้าลงจนถึงแนวแบ่งเขตMohorovicic Discontinuity

2. ฐานธรณีภาค(Asthenosphere)
อยู่ใต้แนวแบ่งเขตMohorovicic Discontinuityลงไป เป็นบริเวณที่คลื่นมีความเร็วเพิ่มขึ้นตามระดับความลึก โดยแบ่งเป็น 2 เขต ดังนี้    

               คลื่นมีความเร็วต่ำ(Low velocity zone)   P wave และ S wave มีความเร็วเพิ่มขึ้นไม่คงที่ เพราะบริเวณนี้เป็นของแข็งเนื้ออ่อน อุณหภูมิสูงละลายแร่ธาตุเกิดแมกมา
               เขตที่มีการเปลี่ยนแปลง(Transition zone)  อยู่บริเวณเนื้อโลกตอนบน  P wave และ S wave มีความเร็วเพิ่มขึ้นในอัตราที่ไม่สม่ำเสมอ เนื่องจากเป็นบริเวรำที่มีการเปลื่ยนแปลงของแร่                  

3.Mesosphere

อยู่บริเวณเนื้อโลกชั้นล่าง เป็นบริเวณที่คลื่นมีความเร็วสม่ำเสมอ เนื่องจากเป็นของแข็ง

4.แก่นโลกชั้นนอก(outer core)

P waveลดลงฉับพลัน และS waveไม่ปรากฏ เนื่องจากชั้นนี้เป็นชั้นที่มีเหล็กหลอมละลาย

5.แก่นโลกชั้นใน(Inner core)

จุดศูนย์กลางของโลก P wave มีความเร็วมากขึ้น เพราะแรงกดดันภายในทำให้เหล็กและนิกเกิลเปลี่ยนสถานะเป็นของแข็ง

***เขตMohorovicic Discontinuity

คือ แนวแบ่งเขตระหว่างเปลือกโลก (Crust) และ เนื้อโลกชั้นบนสุด (Uppermost mantle) เรียกสั้นๆ ว่า โมโฮ (Moho) ชื่อนี้ตั้งขึ้นเป็นเกียรติให้แก่นักธรณีวิทยาชาวยูโกสลาเวีย แอนดริจา โมโฮโลวิคซิค (Andrija Mohorovicic) เมื่อปี ค.ศ.1909 ผู้ค้นพบว่า คลื่นไหวสะเทือนจะมีความเร็วเพิ่มขึ้นเมื่อเข้าสู่เขตเนื้อโลก เนื่องจากความหนาแน่นของวัสดุมากขึ้น

      2.การแบ่งโครงสร้างตามองค์ประกอบทางเคมี

1.เปลือกโลก(Crust) 

เป็นผิวโลกชั้นนอกประกอบด้วยเปลือกโลกทวีปและเปลือกโลกมหาสมุทร

             เปลือกโลกทวีป (Continental crust)  ส่วนใหญ่เป็นหินแกรนิตมีความหนาเฉลี่ย 35 กิโลเมตร  ความหนาแน่น 2.7 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร

             เปลือกโลกมหาสมุทร (Oceanic crust)  ส่วนใหญ่เป็นหินบะซอลต์ 

ความหนาเฉลี่ย 5 กิโลเมตร   ความหนาแน่น 3  กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร 

**เมื่อเปลือกโลกทั้งสองชนกัน เปลือกโลกทวีปจะถูกยกตัวขึ้น ส่วนเปลือกโลกมหาสมุทรจะจมลง และหลอมละลายเป็นแมกมาอีกครั้ง

2.เนื้อโลก (Mantle)  

แบ่งออกป็น 3 ชั้น ได้แก่  

            เนื้อโลกตอนบนสุด (Uppermost sphere)  มีสถานะเป็นของแข็ง 

อยู่ใต้แนวแบ่งเขตMohorovicic Discontinuity มีความหนาโดยรวมประมาณ 30 - 100 กิโลเมตร เรียกโดยรวมว่า ธรณีภาค (Lithosphere) 

             เนื้อโลกตอนบน (Upper mantle) หรือ ฐานธรณีภาค (Asthenosphere) อยู่ที่ระดับลึก 100 - 700 กิโลเมตร มีMagma เคลื่อนที่หมุนวนด้วยการพาความร้อน(Convection) 

             เนื้อโลกตอนล่าง (Lower mantle) มีสถานะเป็นของแข็ง

3.แก่นโลก (Core) 

คือส่วนที่อยู่ใจกลางของโลก มีองค์ประกอบหลักเป็นเหล็ก แบ่งออกเป็น 2 ชั้น 

              แก่นโลกชั้นนอก (Outer core) เป็นเหล็กในสถานะของเหลวเคลื่อนที่หมุนวนด้วยการพาความร้อน Convectionทำให้เกิดสนามแม่เหล็กโลก  

              แก่นโลกชั้นใน (Inner core) เหล็กมีสถานะเป็นของแข็ง

แร่ต่างๆของทั้ง 3 ชั้น

เปรียบเทียบระหว่างการแบ่งโครงสร้างตามลักษณะทางกายภาพ 

และการแบ่งโครงสร้างตามองค์ประกอบทางเคมี