โครงสร้างโลก

บทที่ 1

การศึกษาโครงสร้างของโลก

เมื่อชาติที่แล้ว เอ้ย 300 ปีที่ผ่านมา ท่าน เซอร์ไอแซก นิวตัน คนนี้

         ได้คนพบวิธีการคำนวณค่าความหนาแน่นเฉลี่ยของโลกซึ่งมีค่าประมาณเป็น 2 เท่าของโลกของความหนาแน่นของหินบนผิวโลก แสดงว่าภายในโลกต้องประกอบด้วยสารที่มีความหนาแน่นมากมากกว่าบนผิวโลก

              หลังจากนั้น 100 ปี นักวิทยาศาสตร์หลากหลายสาขาวิชาพยายามวิจัย และ สำรวจเพื่อหาความรู้เกี่ยวกับโครงสร้างโลกจากสิ่งต่างๆที่ระเบิดออกมาจากภูเขาไฟ ได้ความว่า บางบริเวณภายในโลกมีความร้อน และ ความดัน ที่เหมาะสมต่อการหลอมเหลวหินได้

   

คคลื่นไหวสะเทือนกันเถอะ

              คลื่นไหวสะเทือน คือ คลื่นที่ผ่านโลก เป็นคลื่นในตัวกลาง เเบ่งเป็น คลื่นปฐมภูมิ (Primary waves : P waves) และ คลื่นทุติยภูมิ (Secondary waves : S waves)

             คลื่นปฐมภูมิ (Primary waves : P waves) สามารถเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางได้ทุกสถานะไม่ว่าจะ เเข็ง เหลว แก๊ส และมีความเร็วมากกว่าคลื่นทุติยภูมิ

            คลื่นทุติยภูมิ (Secondary waves : S waves) สามารถเคลื่อนที่ผ่านได้เฉพาะตัวกลางที่เป็นของแข็ง เท่านั้น (ไม่สามารถผ่านแก่นโลกชั้นนอก)

แบ่งโครงสร้างโลกตามกายภาคได้ ดังนี้

          ธรณีภาค (Lithosphere)  คือ ประกอบด้วยเปลือกโลกทวีป (Continental crust) และ เปลือกโลกมหาสมุทร (Oceanic crust)  คลื่น P wave และ S wave เคลื่อนที่ช้าลงจนถึงแนวแบ่งเขตโมโฮโรวิซิก(Mohorovicic discontinuity) ซึ่งอยู่ที่ระดับลึกประมาณ 100 กิโลเมตร

          ฐานธรณีภาค (Asthenosphere) อยู่ใต้แนวแบ่งเขตโมโฮโรวิซิกลงไปจนถึงระดับ 700 กิโลเมตร เป็นบริเวณที่คลื่นไหวสะเทือนมีความเร็วเพิ่มขึ้นตามระดับลึก โดยแบ่งออกเป็น 2 เขต ดังนี้ 

• เขตที่คลื่นไหวสะเทือนมีความเร็วต่ำ (Low velocity zone หรือ LVZ) ที่ระดับลึก 100 - 400 กิโลเมตร  P wave และ S wave มีความเร็วเพิ่มขึ้นอย่างไม่คงที่ เนื่องจากบริเวณนี้เป็นของแข็งเนื้ออ่อน   อุณหภูมิที่สูงมากทำให้แร่บางชนิดเกิดการหลอมละลายเป็นหินหนืด (Magma)  
• เขตที่มีการเปลี่ยนแปลง (Transitional zone) อยู่บริเวณเนื้อโลกตอนบน (Upper mentle) ระดับลึก 400 - 700 กิโลเมตร   P wave และ S wave มีความเร็วเพิ่มขึ้นมาก ในอัตราไม่สม่ำเสมอ เนื่องจากบริเวณนี้มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของแร่ 

          เมโซสเฟียร์ (Mesosphere) อยู่บริเวณเนื้อโลกชั้นล่าง (Lower Mantle) ที่ความลึก 700 - 2,900 กิโลเมตร เป็นบริเวณที่คลื่นไหวสะเทือนมีความเร็วสม่ำเสมอ เนื่องจากเป็นของแข็ง 

          แก่นชั้นโลกนอก (Outer core) ที่ระดับลึก 2,900 - 5,150 กิโลเมตร P wave ลดความเร็วลงฉับพลัน ขณะที่ S wave ไม่ปรากฏ ทั้งนี้เนื่องจากบริเวณนี้เป็นเหล็กหลอมละลาย 

          แก่นโลกชั้นใน (Inner core) ที่ระดับลึก 5,150 กิโลเมตร จนถึงความลึก 6,371 กิโลเมตร ที่จุดศูนย์กลางของโลก  P wave ทวีความเร็วขึ้น เนื่องจากความกดดันแรงกดดันภายในทำให้เหล็กเปลี่ยนสถานะเป็นของแข็ง 

แบ่งโครงสร้างโลกตามเคมีได้ ดังนี้

          เปลือกโลก (Crust)  เป็นผิวโลกชั้นนอก มีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นซิลิกาไดออกไซด์ และอะลูมิเนียมออกไซด์ ประกอบด้วยเปลือกโลกทวีปและเปลือกโลกมหาสมุทร

• เปลือกโลกทวีป (Continental crust)  ส่วนใหญ่เป็นหินแกรนิต มีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็น ซิลิกอน อะลูมิเนียม และออกซิเจน มีความหนาเฉลี่ย 35 กิโลเมตร  ความหนาแน่น 2.7 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร
• เปลือกโลกมหาสมุทร (Oceanic crust)  ส่วนใหญ่เป็นหินบะซอลต์ มีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็น มีเหล็ก แมกนีเซียม ซิลิกอน และออกซิเจน ความหนาเฉลี่ย 5 กิโลเมตร   ความหนาแน่น 3  กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร มากกว่าเปลือกทวีป  ดังนั้นเมื่อเปลือกโลกทั้งสองชนกัน เปลือกโลกทวีปจะถูกยกตัวขึ้น ส่วนเปลือกโลกมหาสมุทรจะจมลง และหลอมละลายเป็นแมกมาอีกครั้ง

           เนื้อโลก (Mantle)  คือส่วนซึ่งอยู่อยู่ใต้เปลือกโลกลงไปจนถึงระดับความลึก 2,900 กิโลเมตร   มีองค์ประกอบหลักเป็นซิลิคอนออกไซด์ แมกนีเซียมออกไซด์ และเหล็กออกไซด์ แบ่งออกป็น 3 ชั้น ได้แก่  

• เนื้อโลกตอนบนสุด (Uppermost sphere)  มีสถานะเป็นของแข็ง เป็นฐานรองรับเปลือกโลกทวีป และเปลือกโลกมหาสมุทร อยู่ใต้แนวแบ่งเขตโมโฮโรวิชิก เรียกโดยรวมว่า ธรณีภาค (Lithosphere) มีความหนาโดยรวมประมาณ 30 - 100 กิโลเมตร 
• เนื้อโลกตอนบน (Upper mantle) หรือบางครั้งเรียกว่า ฐานธรณีภาค (Asthenosphere) อยู่ที่ระดับลึก 100 - 700 กิโลเมตร มีลักษณะเป็นของแข็งเนื้ออ่อน  อุณหภูมิที่สูงมากทำให้แร่บางส่วนหลอมละลายเป็นหินหนืด (Magma) เคลื่อนที่หมุนวนด้วยการพาความร้อน (Convection) 
• เนื้อโลกตอนล่าง (Lower mantle) มีสถานะเป็นของแข็งที่ระดับลึก 700 - 2,900 กิโลเมตร มีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นเหล็ก แมกนีเซียม และซิลิเกท 

        แก่นโลก (Core)  คือส่วนที่อยู่ใจกลางของโลก มีองค์ประกอบหลักเป็นเหล็ก แบ่งออกเป็น 2 ชั้น 

• แก่นโลกชั้นนอก (Outer core) เป็นเหล็กในสถานะของเหลว เคลื่อนที่หมุนวนด้วยการพาความร้อน (Convection) ที่ระดับลึก 2,900 - 5150 กิโลเมตร เหล็กร้อนเบื้องล่างบริเวณที่ติดกับแก่นโลกชั้นในลอยตัวสูงขึ้น      เมื่อปะทะกับแมนเทิลตอนล่างที่อุณหภูมิต่ำกว่าจึงจมตัวลง การเเคลื่อนที่หมุนวนเช่นนี้เหนี่ยวนำให้เกิดสนามแม่เหล็กโลก  
• แก่นโลกชั้นใน (Inner core) ที่ระดับลึก 5,150 กิโลเมตร จนถึงใจกลางโลกที่ระดับลึก  6,370 กิโลเมตร ความดันมหาศาลกดทับทำให้เหล็กมีสถานะเป็นของแข็ง

ความแตกต่างระหว่างเปลือกโลกมหาสมุทรและเปลือกโลกทวีป

เปลือกโลกมหาสมุทร	เปลือกโลกทวีป
มีควาหนาไม่คงที่ เช่น บริเวณเทือกสันเขาใต้มหาสมุทร มีความหนาประมาณ 5 km. โดยทั่วไปมีความหนาเฉลี่ยอยู่ในช่วง 7-11 km.	มีความหนาไม่คงที่ตั้งแต่ 20 km ไปจนถึงมากกว่า 70 km โดยทั่วไปมีความหนาเฉลี่ย อยู่ในช่วง 35 – 40 km.
หินมีความหนาแน่น 2.9 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร	โดยทั่วไปหินจะมีความหนาแน่นเพิ่มขึ้น เมื่ออยู่ลึกจากผิวโลกมากขึ้น ซึ่งมีความหนาแน่นอยู่ระหว่าง 2.7 -3.0 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร
ประกอบด้วยกลุ่มหินเมฟิก (หินบะซอลต์ และ แกบโบร) และ หินอัลตราเมฟิก	ประกอบด้วยหินทุกชนิดที่พบบนโลกโดยส่วนใหญ่มีส่วนประกอบโดยเฉลี่ยคล้ายกับแกรโนไดโอไรต์(granodiorite) ซึ่งเป็นหินอัคนีที่เย็นตัวใต้ผิวโลก มีลักษณะคล้ายหินแกรนิต (granite) แต่มีปริมาณซิลิกาต่ำกว่า
อายุหินโดยทั่วไปน้อยกว่า 200 ล้านปี	อายุหินหลากหลาย ตั้งแต่ 4.0 พันล้านปีจนถึงปัจจุบัน
ประกอบด้วย มหาสมุทรแปซิฟิก มหาสมุทรแอตแลนติก มหาสมุทรอินเดีย ประเทศไอซ์แลนด์ และ หมู่เกาะฮาวาย	ประกอบด้วยทวีปทุกทวีป เทือกเขาหิมาลัย เทือกเขาร็อกกี้ เทือกเขาแอลป์ เปลือกโลกบริเวณนี้จะหนามาก ส่วนบริเวณหุบเขาทรุดบริเวณทวีปแอฟริกาตะวันออก เปลือกโลกจะบาง

รอยต่อระหว่างเปลือกโลกกับเนื้อโลกหรือแนวแบ่งเขตโมโฮโรวิซิก (Mohorovicic discontinuity)

               เป็นรอบต่อระหว่างเปลือกโลกและเนื้อโลก ศึกษาได้จากส่วนล่างของกลุ่มหินโอฟิโอไลต์ และจากส่วนประกอบของหินที่พบบริเวณเปลือกโลก กล่าวคือ ที่บริเวณเปลือกโลกมหาสมุทร รอยต่อโมโฮจะเป็นรอยต่อที่แบ่งโดยหินอัลตราเมฟิกที่แสดงชั้นกับหินอัลตราเมฟิกที่ไม่แสดงชั้น

                เนื้อโลก (Mantle) จากการศึกษาหินแปลกปลอมที่หินอัคนีพาขึ้นมาจากเนื้อโลกตอนบน ทำให้เราทราบว่าเนื้อโลกตอนบนเป็นหินอัลตราเมฟิก ส่วนหินบริเวณเนื้อโลกส่วนอื่นๆ นักวิทยาศาสตร์ประเมินว่า เป็นหินที่ประกอบด้วยแร่ที่มีโครงสร้างที่สามารถทนต่อสภาพความดันและอุณหภูมิที่เกิดภายในเนื้อโลกได้

                แก่นโลก (Core) เราไม่สามารถพบตัวอย่างองค์ประกอบต่างๆ ในส่วนของแก่นโลกในหินบนผิวโลกได้ นักวิทยาศาสตร์ จึงต้องอาศัยความรู้จากทฤษฎีการกำเนิดโลกในระบบสุริยะ โดยเชื่อว่าเมื่อประมาณ 4600 ล้านปี ที่ผ่านมา อุกกาบาตเหล็ก (Iron meteorite) เกิดมาพร้อมกับโลก และ น่าจะมีต้นกำเนิดมาจาก ดาวเคราะห์น้อย โดยมีส่วนประกอบทางเคมีใกล้เคียงกับแก่นโลก คือ ประกอบด้วย เหล็กร้อยละ 80 โดยน้ำหนัก และองค์ประกอบที่เหลือเป็น นิกเกิล ซิลิคอน และ ซัลเฟอร์