บทที่ 1 โครงสร้างโลก

บทที่ 1

เรื่อง โครงสร้างโลก

 โลกเกิดขึ้นเมื่อประมาณ  4,600 ล้านปีมาแล้วนักวิทยาศาสตร์พยายามที่จะศึกษาโครงสร้างของโลกโดยวิธีต่างๆไม่ว่าจะเป็นการขุดเจาะพื้นผิวโลกที่ใช้เวลานานถึง19ปีแต่ขุดไปได้แค่ 12.3 กิโลเมตรจากพื้นผิวโลก

เมื่อประมาณ 300 ปีที่ผ่านมา เซอร์ไอแซก นิวตัน ได้ค้นพบว่าโลกมีความหนาแน่นเฉลี่ยเป็น 2 เท่าของความหนาแน่นของหินบนผิวโลกแสดงว่าภายในโลกต้องประกอบไปด้วยสารที่มีความหนาแน่นมากกว่าบนผิวโลกจากนั้นถึงปัจจุบันจึงมีการวัดอุณหภูมิในบริเวณเหมืองลึกและบริเวณหลุมเจาะซึ่งพบว่าอุณหภูมิภายในโลกสูงขึ้นตามระดับความลึกจากผิวโลกนักวิทยาศาสตร์จึงคิดศึกษาโครงสร้างของโลกจากคลื่นไหวสะเทือน

ในการศึกษาโครงสร้างโลกจากคลื่นไหวสะเทือนที่เคลื่อนผ่านโลก คลื่นที่ใช้ในการวิเคราะห์คือคลื่นปฐมภูมิหรือคลื่น P และคลื่นทุติยภูมิหรือคลื่น S ซึ่งเป็นคลื่นในตัวกลางโดยมีคุณสมบัติดังนี้

-           - คลื่น P สามารถเคลื่อนที่ผ่านนตัวกลางได้ทุกสถานะ และมีความเร็วมากกว่าคลื่น S

-           – คลื่น  S สามารถเคลื่อนที่ผ่านได้เฉพาะตัวกลางที่เป็นของแข็งเท่านั้น

เมื่อคลื่นไหวสะเทือนเคลื่อนที่ผ่านส่วนต่างๆของโลกจะเกิดการหักเหหรือสะท้อนตรงบริเวณรอยต่อของชั้นโครงสร้างโลกที่ประกอบด้วยหินหรือสารที่มีคุณสมบัติต่างกันจึงทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาโครงสร้างของโลกได้โดยจะแบ่งโครงสร้างของโลกเป็น 5 ชั้น คือ

- ชั้นธรณีภาคคือ เป็นชั้นที่อยู่นอกสุดจะพบว่าคลื่นไหวสะเทือนนั้นจะเคลื่อนที่ผ่านด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วโดยทั่วไปมีความลึกประมาณ 100 กิโลเมตร จากผิวโลก

          - ฐานธรณีภาค จะสามารถแบ่งออกได้ 2 บริเวณคือบริเวณที่คลื่นไหวสะเทือนมีความเร็วลดลงมีความลึกประมาณ 100 – 400 กิโลเมตร จากผิวโลก และบริเวณที่มีการเปลี่ยนแปลงคือจะเป็นบริเวณที่คลื่นไหวสะเทือนมีความเร็วเพิ่มขึ้นในอัตราที่ไม่สม่ำเสมอ และมีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของแร่ มีความลึกประมาณ 400 – 660 กิโลเมตรจากผิวโลก

          - มีโซสเฟียร์คือ เป็นบริเวณที่คลื่นไหวสะเทือนมีความเร็วเพิ่มึ้นสม่ำเสมอเนื่องจากหินหรือสารบริเวณส่วนล่างของมีโซสเฟียร์มีสถานะเป็นของแข็งมีความลึกประมาณ 660 – 2,900 กิโลเมตรจากผิวโลก

            – แก่นโลกชั้นนอกคือ มีความลึกประมาณ 2,900 – 5,140 กิโลเมตรจากผิวโลกเป็นบริเวณที่คลื่น P มีความเร็วเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆในขณะที่คลื่น S ไม่สามารถเคลื่อนที่ผ่านได้เนื่องจากแก่นโลกชั้นนอกประกอบด้วยสารที่มีสถานะเป็นของเหลว

            – แก่นโลกชั้นในคือ คลื่น S จะสามารถเคลื่อนที่ได้อีกครั้งและคลื่นไหวสะเทือนทั้งสองนี้จะมีความเร็วค่อนข้างคงที่เนื่องจากแก่นโลกชั้นในประกอบด้วยของแข็งที่มีเนื้อเดียวกันมีความลึกประมาณ 5,140 จนถึงจุดศูนย์กลางของโลก

นักวิทยาศาสตร์แบ่งโครงสร้างโลกจากลักษณะทางกายภาพและทางเคมีจากหินและสารต่างของโลกออกอีก 2 ส่วนได้แก่

– เปลือกโลก ที่เปรียบเสมือนผิวด้านนอกที่ปกคลุมโลกแบ่งเป็น 2 บริเวณคือเปลือกโลกทวีปและเปลือกโลกมหาสมุทร เปลือกโลกทวีปนี้จะมีความหนาเฉลี่ย 35 – 40 กิโลเมตรคือจะเป็นพื้นทวีปและไหล่ทวีปจะประกอบไปด้วยธาตุซิลิคอนและอะลูมิเนียมเป็นส่วนใหญ่ ส่วนเปลือกโลกมหาสมุทรคือส่วนที่อยู่ใต้มหาสมุทรต่างๆจะประกอบไปด้วยธาตุซิลิคอนและแมกนีเซียมเป็นส่วนใหญ่

            – เนื้อโลก  ชั้นเนื้อโลกเป็นชั้นที่อยู่ถัดจากชั้นเปลือกโลกลงไปจนถึงระดับความลึกประมาณ 2,900 กิโลเมตร ใต้ตำแหน่ง Moho 

ลงไป ความเร็วของคลื่นแผ่นดินไหวทั้งที่เป็นคลื่นปฐมภูมิและคลื่นทุติยภูมิเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งเป็นหลักฐานที่ทำให้เชื่อว่า
ชั้นเนื้อโลกประกอบไปด้วยส่วนประกอบที่มีความหนาแน่นสูง และการที่คลื่นทุติยภูมิสามารถเดินทางในชั้นเนื้อโลกได้ย่อมแสดงว่า
ชั้นเนื้อโลกเป็นของแข็ง ส่วนประกอบของชั้นเนื้อโลกมีการเปลี่ยนแปลงบ้างทั้งในแนวดิ่งและในแนวราบ แต่อย่างไรก็ดีส่วนประกอบ
ของชั้นเนื้อโลกยังมีลักษณะเป็นเนื้อเดียวมากกว่าชั้นเปลือกโลก ชั้นเนื้อโลกแบ่งออกได้เป็น 2 ส่วน 
1. ชั้นเนื้อโลกส่วนบน (upper mantle) ประกอบด้วย dunite, echogite และ peridotite 

2. ชั้นเนื้อโลกส่วนล่าง (lower mantle) ประกอบด้วยสารจำพวก oxides และ silicate

- แก่นโลกคือเราไม่สามารถพบตัวอย่างองค์ประกอบต่างๆในส่วนของแก่นโลกที่ขึ้นมาบนผิวโลกได้ โดยเชื่อว่าประมาณ 4,600 ล้านปีที่ผ่านมาอุกกาบาตเหล็กได้เกิดมาพร้อมกับโลก

การแบ่งโครงสร้างโลก

การแบ่งโครงสร้างโลกโดยแบ่งตามความเร็วของคลื่นไหวสะเทือนเปลี่ยนไปในแต่ละระดับความลึกโดยแบ่งออกเป็นชั้นๆ คือ ธรณีภาค ฐานธรณีภาค มีโซสเฟียร์ แก่นโลกชั้นนอก และแก่นโลกชั้นใน

ธรณีภาค ( lithosphere ) เป็นชั้นนอกสุดของโลก โดยพบว่าคลื่น p และ s เคลื่อนที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ในช่วง 6.4 – 8.4 กิโลเมตรต่อวินาที และ 3.7 – 4.8 กิโลเมตรต่อชั่วโมง โดยมีความลึกประมาณ 100 กิโลเมตร จากผิวโลก ประกอบด้วยหินที่เป็นของแข็ง

ฐานธรณีภาค แบ่งออกเป็น2 ประเภท คือ

- เขตที่คลื่นไหวสะเทือนมีความเร็วลดลง เป็นบริเวณที่คลื่น p และ s มึความเร็วลดลง เกิดขึ้นในระดับความลึกประมาณ 100 – 400 ก.ม. โดยบริเวณนี้มีสมบัติเป็นพลาสติกโดยมีอุณหภูมิและความดันน้อย

- เขตที่มีการเปลี่นแปลง เป็นบริเวณที่คลื่นไหวสะเทือนมีความเร็วเพิ่มขึ้นอย่างไม่สม่ำเสมอ มีความลึกประมาณ 400 -660 ก.ม. หินส่วนล่างมีสมบัติแข็งมากและแกร่ง

มีโซสเฟียร์ ( mesosphere ) เป็นชั้นที่อยู่ใต้ฐานธรณี และเป็นบริเวณที่คลื่นไหวสะเทอนมีความเร็วเพิ่มขึ้นอย่างสม่ำเสมอ ส่วนล่างมีโซสเฟียร์มีสถานะเป็นของแข็ง มีความลึกประมาณ 660 – 2900 ก.ม จากผิวโลก

แก่นโลกชั้นนอก ( outer core ) โดยเป็นขั้นที่อยู่ใต้ชั้นมีโซสเฟียร์ มีความลึกประมาณ 2,900 – 5,140 ก.ม. คลื่น p มีความเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆในขณะคลื่น s ไม่สามารถเคลื่อนที่ผ่านได้ เพราะชั้นนอกส่วนใหญ่มีสถานะเป็นของเหลว บริเวณรอยต่อระหว่างแก่นโลกชั้นนอก และชั้นใน ที่ระดับความลึกประมาณ 5,140 ก.ม. คลื่น p มีความเร็วเพิ่มขึ้น และเกิดคลื่น s เคลื่อนที่อีกครั้ง และคลื่นไหวสะเทือนทั้งสองจะเคลื่อนที่ไปยังจุดศูนย์กลางของโลก ที่ความลึกประมาณ 6,371 ก.ม.

แก่นโลกชั้นใน ( inner core ) อยูที่ระดัยความลึกประมาณ 5,140 ก.ม.จนถึงจุดศูนย์กลางของโลก คลื่น p และ s มีอัตราเร็วค่อนข้างคงที่ และแก่นโลกชั้นในเป็นของแข็งเนื้อเดียวกัน

เปลือกโลก ( crust ) โดยแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ

เปลือกโลกทวีป หมายถึง ส่วนที่เป็นพื้นทวีปและไหล่ทวีป มีความหนาเฉลี่ย 35 – 40 ก.ม. โดยประกอบดวยธาตุซิลิคอน และอลูมิเนียมเป็นส่วนใหญ่

เปลือกโลกมหาสมุทร หมายถึง ส่วนที่อยู่ใต้มหาสมุทรมีความหนาประมาณ 5 – 10 ก.ม. ประกอบด้วยธาตุซิลิคอนและแมกนีเซียมเป็นส่วนใหญ่