บทที่ 5 โครงสร้างโลก

​1. สืบค้นและอธิบายข้อมูลที่สนับสนุนการแบ่งชั้นโครงสร้างโลกตามองค์ประกอบทางเคมีและการแบ่งชั้นโครงสร้างโลกตามสมบัติเชิงกล

​2. วิเคราะห์ข้อมูลคลื่นไหวสะเทือนและอธิบายการแบ่งชั้นโครงสร้างโลกและสมบัติเชิงกลของโครงสร้างโลกแต่ละชั้น

​3. สร้างแบบจำลองโครงสร้างโลกและอธิบายโครงสร้างโลกในแต่ละชั้นได้

​โลกเป็นดาวเคราะห์หิน เกิดเมื่อประมาณ 4,500 ล้านปีก่อนในระบบสุริยะ โดยการพอกพูนมวลมวลจากการปะทะและหลอมรวมกันของวัตถุที่เหลือจากการก่อตัวของดวงอาทิตย์ ซึ่งในช่วงต้นนั้นโลกมีอุณหภูมิสูงมากทำให้สสารต่างๆหลอมรวมเข้าด้วยกัน และต่อมาอุณหภมิลดลงสสารจึงแยกชั้นกันตามหนาแน่นโดยสสารที่มีความหนาแน่นมาก เช่นเหล็กและนิเกิลจะรวมตัวอยู่ตรใจกลาง สสารที่มีความหนาแน่งน้อย เช่น ซิลิกอน อะลูมิเนียม จะรวมตัวอยู่รอบนอก

​

 โดยเมื่อ300ปีที่ผ่านมาหรือในปลายคริสต์ศตวรรตที่ 19 เซอร์ไอเแซค นิวตัน ได้คำนวณมวลของโลกโดยใช้กฏแรงโน้มถ่วงสากล F = GmM/r²  พบว่า ความหนาแน่นเฉลี่ยของโลกมีมากกว่า ความหนาแน่นของหินบนเปลือกโลก 2 เท่า

              ต่อมานักวิทยาศาสตร์ใช้กฏแรงโน้มถ่วงของโลกสากลของนิวตันคำนวณหาความหนาแน่นเฉลี่ยของโลกพบว่าความหนาแน่นเฉลี่ยเป็น 2 เท่าความหนาแน่นบนผิวโลกจึงสันนิษฐานว่าโลกไม่ได้เป็นเนื้อเดียวกัยทั้งหมด ต่อมานักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาหินแปลกปลอม ที่ขึ้นมากับลาวาจากการระเบิดของภูเขาไฟเทียบกับหินเปลือกโลกพบว่ามีสมบัติแตกต่างกัน และจากการขุดเจาะสำรวจโลกพบว่าอุณหภูมิและความดันเพิ่มขึ้นตามระดับความลึก จึงทำให้ทราบว่าบางส่วนภายในโลกมีหินหลอมเหลว

นั​กธรณีวิทยาศึกษาโครงสร้างภายในของโลกโดยอาศัยคลื่นที่เกิดจากแผ่นดินไหว และจำแนกโครงสร้างโลกเป็นสองระบบ คือ การแบ่งโครงสร้างตามลักษณะทางกายภาพ และ การแบ่งโครงสร้างตามองค์ประกอบทางเคมี

1. การแบ่งโครงสร้างโลกตามลักษณะกายภาพ

การแบ่งโครงสร้างโลกตามลักษณะทางกายภาพเป็นการศึกษาโลกทางอ้อม โดยจะศึกษาจากคลื่นไหวสะเทือน การวัดค่าแรงโน้มถ่วง เป็นต้น

คลื่นไหวสะเทือน(Seismic wave) มี 2 แบบ คือ คลื่นพื้นผิว(Surface wave)และคลื่นในตัวกลาง(Body wave) คลื่นพื้นผิวเดินทางผ่านเข้าไปภายในของโลกทำให้อาคารทรุด ชำรุด แลังพังทลาย  ส่วนคลื่นในตัวกลางสามารถเดินทางผ่านเข้าไปภายในของโลกไปยังพื้นโลกฝั่งตรงข้ามได้ นักธรณีวิทยาจึงเลือกBody waveในการสำรวจ คลื่นในตัวกลางมี 2 ประเภท คือ คลื่นปฐมภูมิ (P wave) และ คลื่นทุติยภูมิ (S wave)

​

​

​

• คลื่นปฐมภูมิ (P wave) เป็นคลื่นตามยาวโดยอนุภาคของตัวกลางเคลื่อนไหวแบบอัดขยายในแนวเดียวกับที่คลื่นส่งผ่าน คลื่นนี้สามารถเคลื่อนที่ผ่านของแข็ง ของเหลว และแก๊ส โดยมีความเร็วประมาณ 6 – 7 กิโลเมตร/วินาที  คลื่นปฐมภูมิทำให้เกิดการอัดหรือขยายตัวของชั้นหิน

• ​

  • คลื่นทุติยภูมิ(S wave) เป็นคลื่นตามขวางโดยอนุภาคของตัวกลางเคลื่อนไหวตั้งฉากกับทิศทางที่คลื่นผ่าน มีทั้งแนวตั้งและแนวนอน คลื่นชนิดนี้ผ่านได้เฉพาะของแข็งเท่านั้น โดยมีความเร็วประมาณ  3 – 4 กิโลเมตร/วินาที  คลื่นทุติยภูมิทำให้ชั้นหินเกิดการคดโค้ง

​

เขตอับคลื่น(Shadow zone) ของ P wave จะอยู่ที่มุม105องศา ถึง มุม140องศา ส่วนS waveเนื่องจากS waveผ่านได้แค่ของแข็งเท่านั้นคลื่นจึงมีแค่ซีกโลกที่เป็นจุดเริ่มต้นของคลื่นเท่านั้น

​1. ธรณีภาค(Lithosphere)ประกอบด้วยเปลือกโลกทวีปและเปลือกโลกมหาสมุทร คลื่น P wave และ S wave เคลื่อนที่ช้าลงจนถึงแนวแบ่งเขตMohorovicic Discontinuity

​2. ฐานธรณีภาค(Asthenosphere)อยู่ใต้แนวแบ่งเขตMohorovicic Discontinuityลงไป เป็นบริเวณที่คลื่นมีความเร็วเพิ่มขึ้นตามระดับความลึก โดยแบ่งเป็น 2 เขต ดังนี้

​คลื่นมีความเร็วต่ำ(Low velocity zone)   P wave และ S wave มีความเร็วเพิ่มขึ้นไม่คงที่ เพราะบริเวณนี้เป็นของแข็งเนื้ออ่อน อุณหภูมิสูงละลายแร่ธาตุเกิดแมกมา

ขตที่มีการเปลี่ยนแปลง(Transition zone)  อยู่บริเวณเนื้อโลกตอนบน  P wave และ S wave มีความเร็วเพิ่มขึ้นในอัตราที่ไม่สม่ำเสมอ เนื่องจากเป็นบริเวรำที่มีการเปลื่ยนแปลงของแร่            

​

​

3.Mesosphere อยู่บริเวณเนื้อโลกชั้นล่าง เป็นบริเวณที่คลื่นมีความเร็วสม่ำเสมอ เนื่องจากเป็นของแข็ง

4.แก่นโลกชั้นนอก(outer core) P waveลดลงฉับพลัน และS waveไม่ปรากฏ เนื่องจากชั้นนี้เป็นชั้นที่มีเหล็กหลอมละลาย

5.แก่นโลกชั้นใน(Inner core) จุดศูนย์กลางของโลก P wave มีความเร็วมากขึ้น เพราะแรงกดดันภายในทำให้เหล็กและนิกเกิลเปลี่ยนสถานะเป็นของแข็ง

เขตMohorovicic Discontinuity

​

เขตMohorovicic Discontinuity คือ แนวแบ่งเขตระหว่างเปลือกโลก (Crust) และ เนื้อโลกชั้นบนสุด (Uppermost mantle) เรียกสั้นๆ ว่า โมโฮ (Moho) ชื่อนี้ตั้งขึ้นเป็นเกียรติให้แก่นักธรณีวิทยาชาวยูโกสลาเวีย แอนดริจา โมโฮโลวิคซิค (Andrija Mohorovicic) เมื่อปี ค.ศ.1909 ผู้ค้นพบว่า คลื่นไหวสะเทือนจะมีความเร็วเพิ่มขึ้นเมื่อเข้าสู่เขตเนื้อโลก เนื่องจากความหนาแน่นของวัสดุมากขึ้น