บทที่1 โครงสร้างโลก

โครงสร้างและองค์ประกอบ

โครงสร้างภายในของโลกแบ่งตามองค์ประกอบทางเคมี 

        นักธรณีวิทยา แบ่งโครงสร้างภายในของโลกออกเป็น 3 ส่วน โดยพิจารณาจากองค์ประกอบทางเคมี ดังนี้ (ภาพที่ 5)

            - เปลือกโลก (Crust) เป็นผิวโลกชั้นนอก มีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นซิลิกอนไดออกไซด์ และอะลูมิเนียมออกไซด์

            - แมนเทิล (Mantle) คือส่วนซึ่งอยู่อยู่ใต้เปลือกโลกลงไปจนถึงระดับความลึก 2,900 กิโลเมตร มีองค์ประกอบหลักเป็นซิลิคอนออกไซด์                          แมกนีเซียมออกไซด์ และเหล็กออกไซด์

            - แก่นโลก (Core) คือส่วนที่อยู่ใจกลางของโลก มีองค์ประกอบหลักเป็นเหล็ก และนิเกิล

ภาพที่ 5 องค์ประกอบทางเคมีของโครงสร้างภายในของโลก

ภาพที่ 6 โครงสร้างภายในของโลก

 การแบ่งโครงสร้างโลก 

ผลจากการตรวจวัดคลื่นไหวสะเทือนทำให้นักวิทยาศาสตร์ทราบว่าโครงสร้างภายในของโลกแสดงลักษณะเป็นชั้น แต่ละชั้นมีสมบัติทางกายภาพที่แตกต่างกัน คือ ธรณีภาค  ฐานธรณีภาค มีโซสเฟียร์  แก่นโลก   ชั้นนอกและแก่นโลกชั้นใน 

การแบ่งโครงสร้างโลกโดยใช้สมบัติของคลื่นไหวสะเทือน  

1. ธรณีภาค (lithosphere) เป็นชั้นนอกสุดของโลก พบว่าคลื่น P และคลื่น S จะเคลื่อนที่ผ่านธรณีภาคด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ในช่วง 6.4 -8.4 กิโลเมตรต่อวินาที และ 3.7 – 4.8 กิโลเมตรต่อวินาที ตามลำดับ โดยทั่วไปชั้นนี้มีความลึกประมาณ 100 กิโลเมตร จากผิวโลก ประกอบด้วยหินที่มีสมบัติเป็นของแข็ง

2. ฐานธรณีภาค (asthenosphere) เป็นบริเวณที่คลื่นไหวสะเทือนมีความเร็วไม่สม่ำเสมอ แบ่งออกได้เป็น 2 บริเวณ คือ

          2.1 เขตที่คลื่นไหวสะเทือนมีความเร็วลดลง (low velocity zone) เป็นบริเวณที่คลื่นไหวสะเทือน P และ S มีความเร็วลดลง เกิดขึ้นในระดับความลึกประมาณ 100 – 400 กิโลเมตร จากผิวโลก และเนื่องจากบริเวณนี้ประกอบด้วยหินที่มีสมบัติเป็นพลาสติก (อุณหภูมิและความดันบริเวณนี้ทำให้แร่บางชนิดที่อยู่ในหินเกิดการหลอมตัว เล็กน้อย) และวางตัวอยู่ส่วนล่างของธรณีภาค

          2.2 เขตที่มีการเปลี่ยนแปลง (transitional zone) เป็นบริเวณที่คลื่นไหวสะเทือนมีความเร็วเพิ่มขึ้นในอัตราที่ไม่สม่ำเสมอ เกิดขึ้นในระดับความลึกประมาณ 400 – 660 กิโลเมตร จากผิวโลก เนื่องจากหินบริเวณส่วนล่างของฐานธรณีภาคเป็นของแข็งที่แกร่ง และมีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของแร่

3. มีโซสเฟียร์ (mesosphere) เป็นชั้นที่อยู่ใต้ฐานธรณีภาค และเป็นบริเวณที่คลื่นไหวสะเทือนมีความเร็วเพิ่มขึ้นสม่ำเสมอ เนื่องจากหิน หรือสาร บริเวณส่วนล่างของมีโซสเฟียร์มีสถานะเป็นของแข็ง มีความลึกประมาณ 660-2,900 กิโลเมตร จากผิวโลก

4. แก่นโลกชั้นนอกและแก่นโลกชั้นใน

          4.1  แก่นโลกชั้นนอก (outer core) เป็นชั้นที่อยู่ใต้มีโซสเฟียร์มีความลึกประมาณ 2,900-5,140กิโลเมตร จากผิวโลว คลื่น P มีความเร็วเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ ในขณะที่คลื่น S ไม่สามารถเคลื่อนที่ผ่านชั้นดังกล่าวได้

          4.2  แก่นโลกชั้นใน (inter core) อยู่ที่ระดับความลึกประมาณ 5,140 กิโลเมตร จนถึงจุดศูนย์กลางของโลก คลื่น P และ S มีอัตราเร็วค่อนข้างคงที่ เนื่องจากแก่นโลกชั้นในเป็นของแข็งที่มีเนื้อเดียวกัน  

การแบ่งโครงสร้างโลกจากการศึกษาส่วนประกอบทางกายภาพ และทางเคมีของหิน รวมทั้งสารต่างๆ ที่อยู่ภายในโลก

1. ชั้นเปลือกโลก (Crust)  เป็นเสมือนผิวด้านนอกที่ปกคลุมโลก  แบ่งออกได้เป็น 2 บริเวณ  คือเปลือกโลกภาคพื้นทวีป  หมายถึง ส่วนที่เป็นแผ่นดินทั้งหมด ประกอบด้วยธาตุซิลิคอน (Si) และอะลูมิเนียม (Al) เป็นส่วนใหญ่  และเปลือกโลกใต้มหาสมุทร  หมายถึงเปลือกโลกส่วนที่ถูกปกคลุมด้วยน้ำ  ประกอบด้วยธาตุซิลิคอน (Si) และแมกนีเซียม (Mg) เป็นส่วนใหญ่  มีความลึกตั้งแต่ 5 กิโลเมตร  ในส่วนที่อยู่ใต้มหาสมุทรไปจนถึง 70 กิโลเมตร ในบริเวณที่อยู่ใต้เทือกเขาสูงใหญ่

2. ชั้นเนื้อโลก (Mantle)  เป็นชั้นที่อยู่ถัดลงไปจากชั้นเปลือกโลก  ส่วนมากเป็นของแข็ง  มีความลึกประมาณ 2,900 กิโลเมตร นับจากฐานล่างสุดของเปลือกโลกจนถึงตอนบนของแก่นโลก  ชั้นเนื้อโลกส่วนบนเป็นหินที่เย็นตัวแล้วและบางส่วนมีรอยแตกเนื่องจากความเปราะ  ชั้นเนื้อโลกส่วน   กับชั้นเปลือกโลก รวมตัวกันเรียกว่า  “ธรณีภาค” (Lithosphere) ซึ่งมาจากรากศัพท์ภาษากรีก แปลว่าชั้นหิน ชั้นธรณีภาคมีความหนาประมาณ 100 กิโลเมตรนับจากผิวโลกลงไปชั้นเนื้อโลกถัดลงไปที่ความลึก 100 – 350  กิโลเมตร  เรียกว่าชั้นฐานธรณีภาค (Asthenosphere) เป็นชั้นของหินหลอมละลายร้อนหรือ หินหนืดที่เรียกว่า แมกมาซึ่งหมุนวนอยู่ภายในโลกอย่างช้า ๆ  ชั้นเนื้อโลกที่อยู่ถัดลงไปอีกเป็นชั้นล่างสุดอยู่ที่ความลึกตั้งแต่ 350 – 2,900 กิโลเมตร  เป็นชั้นที่เป็นของแข็งร้อนแต่แน่นและหนืดกว่า  ตอนบนมีอุณหภูมิสูง ตั้งแต่ประมาณ 2,250 – 4,500 ๐C

3. ชั้นแก่นโลก (Core)  อยู่ในระดับความลึกจากผิวโลกประมาณ  2,900 กิโลเมตร ลงไป  แบ่งออกเป็น 2 ส่วน คือ แก่นโลกชั้นนอกมีความหนาตั้งแต่ 2,900 – 5,100 กิโลเมตร  เชื่อกันว่าชั้นนี้ประกอบด้วยสารเหลวของโลหะเหล็กและนิเกิลเป็นส่วนใหญ่และมีความร้อนสูงมาก  ต่อเนื่องจากแก่นโลกชั้นนอกลงไปเป็นแก่นโลกชั้นนอกแต่อยู่ในสภาพของแข็งเนื่องจาก มีความดันและอุณหภูมิสูงมาก อาจสูงถึง 6,000 ๐C