1.2 การแบ่งโครงสร้างโลก

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

ฐานธรีณีภาค 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

1.1 การศึกษาโครงสร้างโลก

1.1การศึกษาโครงสร้างโลก  การศึกษาโครงสร้างภายในของโลก โดยศึกษาการเดินทางของ “คลื่นซิสมิค” (Seismic waves) ซึ่งมี 2 ลักษณะ คือ    คลื่นปฐมภูมิ (P wave) เป็นคลื่นตามยาวที่เกิดจากความไหวสะเทือนในตัวกลาง โดยอนุภาคของตัวกลางนั้นเกิดการเคลื่อนไหวแบบอัดขยายในแนวเดียวกับที่คลื่นส่งผ่านไป คลื่นนี้สามารถเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่เป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซ เป็นคลื่นที่สถานีวัดแรงสั่นสะเทือนสามารถรับได้ก่อนชนิดอื่น โดยมีความเร็วประมาณ 6 – 8 กิโลเมตร/วินาที คลื่นปฐมภูมิทำให้เกิดการอัดหรือขยายตัวของชั้นหิน ดังภาพที่ 3   คลื่นทุติยภูมิ (S wave) เป็นคลื่นตามขวางที่เกิดจากความไหวสะเทือนในตัวกลางโดยอนุภาคของตัวกลางเคลื่อนไหวตั้งฉากกับทิศทางที่คลื่นผ่าน มีทั้งแนวตั้งและแนวนอน คลื่นชนิดนี้ผ่านได้เฉพาะตัวกลางที่เป็นของแข็งเท่านั้น ไม่สามารถเดินทางผ่านของเหลว คลื่นทุติยภูมิมีความเร็วประมาณ 3 – 4 กิโลเมตร/วินาที คลื่นทุติยภูมิทำให้ชั้นหินเกิดการคดโค้ง ขณะที่เกิดแผ่นดินไหว (Earthquake) จะเกิดแรงสั่นสะเทือนหรือคลื่นซิสมิคขยายแผ่จากศูนย์เกิดแผ่นดินไหวออกไปโดยรอบทุกทิศทุกทาง เนื่องจากวัสดุภายในของโลกมีความหนาแน่นไม่เท่ากัน และมีสถานะต่างกัน คลื่นทั้งสองจึงมีความเร็วและทิศทางที่เปลี่ยนแปลงไปดังภาพที่ 4 คลื่นปฐมภูมิหรือ P wave สามารถเดินทางผ่านศูนย์กลางของโลกไปยังซีกโลกตรงข้ามโดยมีเขตอับ (Shadow zone) อยู่ระหว่างมุม 100 – 140 องศา แต่คลื่นทุติยภูมิ หรือ S wave ไม่สามารถเดินทางผ่านชั้นของเหลวได้ จึงปรากฏแต่บนซีกโลกเดียวกับจุดเกิดแผ่นดินไหว โดยมีเขตอับอยู่ที่มุม 120 องศาเป็นต้นไป

ภาพคลื่นปฐมภูมิ (P wave) และคลื่นทุติยภูมิ (S wave) ภาพการเดินทางของ P wave และ S wave ขณะเกิดแผ่นดินไหว

1.2 การแบ่งโครงสร้างโลก

โครงสร้างของโลกตามลักษณะมวลสารเป็นชั้นใหญ่ 3 ชั้น คือ ชั้นเปลือกโลก  เนื้อโลก  และแก่นโลก

รูปแสดงโครงสร้างทั้งชั้นนอกและชั้นใน

1. ชั้นเปลือกโลก (crust) เป็นผิวด้านนอกที่ปกคลุมโลก ส่วนที่บางที่สุดของชั้นเปลือกโลกอยู่ที่มหาสมุทรแปซิฟิกทางตะวันออกของฟิลิปปินส์ และส่วนที่หนาที่สุดอยู่ที่แนวยอดเขา ชั้นเปลือกโลกแบ่งเป็น 2 บริเวณ คือ
1) เปลือกโลกภาคพื้นทวีป หมายถึง ส่วนที่เป็นแผ่นดินทั้งหมด ประกอบด้วยธาตุซิลิคอนร้อยละ 65275 และอะลูมิเนียมร้อยละ 25235 เป็นส่วนใหญ่ มีสีจาง เรียกหินชั้นนี้ว่า หินไซอัล (sial) ได้แก่ หินแกรนิต ผิวนอกสุดประกอบด้วยดิน และหินตะกอน
2) เปลือกโลกใต้มหาสมุทร หมายถึง ส่วนของเปลือกโลกที่ปกคลุมด้วยน้ำ ประกอบด้วยธาตุซิลิคอนร้อยละ 40250 และแมกนีเซียมร้อยละ 50260 เป็นส่วนใหญ่ มีสีเข้ม เรียกหินชั้นนี้ว่า หินไซมา (sima) ได้แก่ หินบะซอลต์ติดต่อกับชั้นหินหนืด มีความลึกตั้งแต่ 5 กิโลเมตรในส่วนที่อยู่ใต้มหาสมุทรลงไปจนถึง 70 กิโลเมตรในบริเวณที่อยู่ใต้เทือกเขาสูงใหญ่
2. ชั้นเนื้อโลก (mantle) อยู่ถัดลงไปจากชั้นเปลือกโลก ส่วนมากเป็นของแข็ง มีความลึกประมาณ 2,900 กิโลเมตรนับจากฐานล่างสุดของเปลือกโลกจนถึงตอนบนของแก่นโลก เป็นหินหนืด ร้อนจัด ประกอบด้วยธาตุเหล็ก ซิลิคอน และอะลูมิเนียม แบ่งเป็น 3 ชั้น คือ
1) ชั้นเนื้อโลกส่วนบน เป็นหินที่เย็นตัวแล้ว บางส่วนมีรอยแตก เนื่องจากความเปราะ ชั้นเนื้อโลก ส่วนบนกับชั้นเปลือกโลกรวมกันเรียกว่า ธรณีภาค (lithosphere) ซึ่งมีรากศัพท์มาจากภาษากรีกที่แปลว่า ชั้นหิน ชั้น

ธรณีภาคมีความหนาประมาณ 100 กิโลเมตรนับจากผิวโลกลงไป
2) ชั้นฐานธรณีภาค (asthenosphere) มีความลึก 1002350 กิโลเมตร เป็นชั้นที่มีแมกมา ซึ่งเป็นหินหนืดหรือหินหลอมละลายร้อน หมุนวนอยู่ภายในโลกอย่างช้าๆ
3) ชั้นเนื้อโลกชั้นล่างสุด อยู่ที่ความลึก 35022,900 กิโลเมตร เป็นชั้นที่เป็นของแข็งร้อนแต่แน่นและหนืดกว่าตอนบน มีอุณหภูมิสูงประมาณ 2,25024,500 องศาเซลเซียส
3. ชั้นแก่นโลก (core) แบ่งเป็น 2 ส่วน คือ
1) แก่นโลกชั้นนอก อยู่ที่ความลึก 2,90025,100 กิโลเมตร เชื่อว่าประกอบด้วยสารเหลวร้อนของโลหะเหล็กและนิกเกิลเป็นส่วนใหญ่ มีความร้อนสูงมาก มีความถ่วงจำเพาะ 12
2) แก่นโลกชั้นใน อยู่ที่ความลึก 5,10026,370 กิโลเมตร มีส่วนประกอบเหมือนแก่นโลกชั้นนอก แต่อยู่ในสภาพแข็ง เนื่องจากมีความดันและอุณหภูมิสูงมาก อาจสูงถึง 6,000 องศาเซลเซียส มีความถ่วงจำเพาะ 17
ชั้นต่างๆ ของโลกมีลักษณะและสมบัติแตกต่างกัน ทั้งด้านกายภาพและส่วนประกอบทางเคมี โครงสร้างและส่วนประกอบภายในของโลกจึงเป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์ทางธรณีวิทยา คือ แผ่นดินไหว และภูเขาไฟระเบิด