โครงสร้างโลก
มนุษย์พยายามศึกษาโครงสร้างภายในของโลกทั้งทางตรงและทางอ้อม นักวิทยาศาสตร์ตั้งแต่ยุคโบราณทราบดีว่า ภายในของโลกนั้นร้อนระอุและเปี่ยมด้วยแรงดันมหาศาล ซึ่งทำให้เกิดปรากฏารณ์ธรรมชาติต่างๆ เช่น ภูเขาไฟระเบิด แผ่นดินไหว พุน้ำร้อน เป็นต้น ในปลายคริสต์ศตวรรตที่ 19 เซอร์ไอเแซค นิวตัน ได้คำนวณมวลของโลกโดยใช้กฏแรงโน้มถ่วงสากล (F = GmM/r2) พบว่า ความหนาแน่นเฉลี่ยของโลกมีมากกว่า ความหนาแน่นของหินบนเปลือกโลก 2 เท่า
นักวิทยาศาสตร์ที่ประเทศรัสเซียพยายามศึกษาโครงสร้างของโลก โดยสร้างแท่นขุดเจาะที่คาบสมุทรโคลาร์ ทำการขุดเจาะลงไปได้ความลึกมากที่สุด 12.3 กิโลเมตร แต่ก็ต้องใช้เวลาถึง 19 ปี ดังนั้นจะเห็นว่า การศึกษาภายในของโลกทางตรงแทบเป็นไปไม่ได้เลย นักธรณีวิทยาจึงศึกษาโครงสร้างภายในของโลกโดยอาศัยคลื่นที่เกิดจากแผ่นดินไหว และจำแนกโครงสร้างโลกเป็นสองระบบ คือ การแบ่งโครงสร้างตามลักษณะทางกายภาพ และการแบ่งโครงสร้างตามองค์ประกอบทางเคมี |
การแบ่งโครงสร้างโลกตามลักษณะกายภาพ
เมื่อเกิดแผ่นดินไหวจะทำให้เกิดคลื่นไหวสะเทือน (Seismic wave) สองแบบ คือ คลื่นพื้นผิว (Surface wave) และคลื่นในตัวกลาง (Body wave) คลื่นพื้นผิวเดินทางไปตามพื้นผิวโลกทำให้อาคาร สิ่งปลูกสร้าง ชำรุด พังทะลาย ส่วนคลื่นในตัวกลางเดินทางผ่านเข้าไปภายในของโลกผ่านไปยังพื้นผิวโลกที่อยู่ซีกตรงข้าม นักธรณีวิทยาจึงใช้คลื่นในตัวกลางในการสำรวจโครงสร้างภายในของโลก คลื่นในตัวกลางซึ่งมี 2 ประเภท ได้แก่ คลื่นปฐมภูมิ (P wave) และ คลื่นทุติยภูมิ (S wave) ดังภาพที่ 1
ภาพที่ 1 คลื่นปฐมภูมิ (P wave) และคลื่นทุติยภูมิ (S wave)
ภาพที่ 2 การเดินทางของ P wave (เส้นสีขาว) และ S wave (เส้นสีดำ)
ขณะที่เกิดแผ่นดินไหวจะเกิดแรงสั่นสะเทือน ทำให้คลื่นไหวสะเทือนเคลื่อนที่ออกจากศูนย์กลางการเกิดแผ่นดินไหวโดยรอบทุกทิศทุกทาง เนื่องจากวัสดุภายในของโลกมีความหนาแน่นไม่เท่ากัน และมีสถานะต่างกัน คลื่นทั้งสองจึงมีความเร็วและทิศทางที่เปลี่ยนแปลงไปดังภาพที่ 2 คลื่นปฐมภูมิ หรือ P wave สามารถเดินทางผ่านศูนย์กลางของโลกไปยังซีกโลกตรงข้ามโดยมีเขตอับคลื่น (Shadow zone) อยู่ระหว่างมุม 103
°
- 143
°
แต่คลื่นทุติยภูมิ หรือ S wave ไม่สามารถเดินทางผ่านของเหลวได้ จึงปรากฏแต่บนซีกโลกเดียวกับจุดเกิดแผ่นดินไหวตั้งแต่เขต 0
°
- 103
°
เท่านั้น 
ภาพที่ 3 โครงสร้างโลกแบ่งตามลักษณะทางกายภาพ
|
เมื่อเกิดแผ่นดินไหวจะทำให้เกิดคลื่นไหวสะเทือน (Seismic wave) สองแบบ คือ คลื่นพื้นผิว (Surface wave) และคลื่นในตัวกลาง (Body wave) คลื่นพื้นผิวเดินทางไปตามพื้นผิวโลกทำให้อาคาร สิ่งปลูกสร้าง ชำรุด พังทะลาย ส่วนคลื่นในตัวกลางเดินทางผ่านเข้าไปภายในของโลกผ่านไปยังพื้นผิวโลกที่อยู่ซีกตรงข้าม นักธรณีวิทยาจึงใช้คลื่นในตัวกลางในการสำรวจโครงสร้างภายในของโลก คลื่นในตัวกลางซึ่งมี 2 ประเภท ได้แก่ คลื่นปฐมภูมิ (P wave) และ คลื่นทุติยภูมิ (S wave) ดังภาพที่ 1
เมื่อเกิดแผ่นดินไหวจะทำให้เกิดคลื่นไหวสะเทือน (Seismic wave) สองแบบ คือ คลื่นพื้นผิว (Surface wave) และคลื่นในตัวกลาง (Body wave) คลื่นพื้นผิวเดินทางไปตามพื้นผิวโลกทำให้อาคาร สิ่งปลูกสร้าง ชำรุด พังทะลาย ส่วนคลื่นในตัวกลางเดินทางผ่านเข้าไปภายในของโลกผ่านไปยังพื้นผิวโลกที่อยู่ซีกตรงข้าม นักธรณีวิทยาจึงใช้คลื่นในตัวกลางในการสำรวจโครงสร้างภายในของโลก คลื่นในตัวกลางซึ่งมี 2 ประเภท ได้แก่ คลื่นปฐมภูมิ (P wave) และ คลื่นทุติยภูมิ (S wave) ดังภาพที่ 1
- คลื่นปฐมภูมิ (P wave) เป็นคลื่นตามยาวที่เกิดจากความไหวสะเทือนในตัวกลาง โดยอนุภาคของตัวกลางนั้นเกิดการเคลื่อนไหวแบบอัดขยายในแนวเดียวกับที่คลื่นส่งผ่านไป คลื่นนี้สามารถเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่เป็นของแข็ง ของเหลว และแก๊ส เป็นคลื่นที่สถานีวัดแรงสั่นสะเทือนสามารถรับได้ก่อนชนิดอื่น โดยมีความเร็วประมาณ 6 – 7 กิโลเมตร/วินาที คลื่นปฐมภูมิทำให้เกิดการอัดหรือขยายตัวของชั้นหิน
- คลื่นทุติยภูมิ (S wave) เป็นคลื่นตามขวางที่เกิดจากความไหวสะเทือนในตัวกลางโดยอนุภาคของตัวกลางเคลื่อนไหวตั้งฉากกับทิศทางที่คลื่นผ่าน มีทั้งแนวตั้งและแนวนอน คลื่นชนิดนี้ผ่านได้เฉพาะตัวกลางที่เป็นของแข็งเท่านั้น ไม่สามารถเดินทางผ่านของเหลว คลื่นทุติยภูมิมีความเร็วประมาณ 3 – 4 กิโลเมตร/วินาที คลื่นทุติยภูมิทำให้ชั้นหินเกิดการคดโค้ง
ภาพที่ 2 การเดินทางของ P wave (เส้นสีขาว) และ S wave (เส้นสีดำ)
ขณะที่เกิดแผ่นดินไหวจะเกิดแรงสั่นสะเทือน ทำให้คลื่นไหวสะเทือนเคลื่อนที่ออกจากศูนย์กลางการเกิดแผ่นดินไหวโดยรอบทุกทิศทุกทาง เนื่องจากวัสดุภายในของโลกมีความหนาแน่นไม่เท่ากัน และมีสถานะต่างกัน คลื่นทั้งสองจึงมีความเร็วและทิศทางที่เปลี่ยนแปลงไปดังภาพที่ 2 คลื่นปฐมภูมิ หรือ P wave สามารถเดินทางผ่านศูนย์กลางของโลกไปยังซีกโลกตรงข้ามโดยมีเขตอับคลื่น (Shadow zone) อยู่ระหว่างมุม 103
°
- 143
°
แต่คลื่นทุติยภูมิ หรือ S wave ไม่สามารถเดินทางผ่านของเหลวได้ จึงปรากฏแต่บนซีกโลกเดียวกับจุดเกิดแผ่นดินไหวตั้งแต่เขต 0
°
- 103
°
เท่านั้น
ภาพที่ 3 โครงสร้างโลกแบ่งตามลักษณะทางกายภาพ
- ธรณีภาค (Lithosphere) คือ ประกอบด้วยเปลือกโลกทวีป (Continental crust) และ เปลือกโลกมหาสมุทร (Oceanic crust) คลื่น P wave และ S wave เคลื่อนที่ช้าลงจนถึงแนวแบ่งเขตโมโฮโรวิซิก (Mohorovicic discontinuity) ซึ่งอยู่ที่ระดับลึกประมาณ 100 กิโลเมตร
- ฐานธรณีภาค (Asthenosphere) อยู่ใต้แนวแบ่่งเขตโมโฮโรวิซิกลงไปจนถึงระดับ 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) ทึ่ระดับลึก 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
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น