Transcript โครงสร้างภายในของโลก (Earth`s interior)

โครงสร้ างภายในของโลก
(Earth’s interior)
• ตัวอย่ างหินจากเหมืองแร่ บางแห่ งที่ลึกลงไป 2 - 3 กิโลเมตร
หลุมผลิตนา้ มันอาจลึกได้ ถึง 8 กิโลเมตรใต้ ผิวดิน หรือ หลุม
เจาะสารวจที่เคยเจาะไว้ ได้ ความลึกมากที่สุด 12 กิโลเมตร
ตัวอย่ างจากบริเวณเหล่ านีส้ ามารถนามาศึกษาในทาง
ธรณีวิทยาได้ แต่ เมื่อเทียบกับขนาดของโลกซึ่งมีรัศมีถงึ 6370
กิโลเมตร ตัวอย่ างที่ได้ มาจึงเป็ นเพียงสะเก็ดเล็กๆของโลก
เท่ านัน้ ที่สามารถศึกษาได้ โดยตรง
• ส่ วนซึ่งลึกลงไปใต้ โลก ไม่ สามารถศึกษาได้ โดยตรง แต่ โดย
อาศัยวิธีการทางธรณีฟิสิกส์ (Geophysics) ซึ่งเป็ นการ
ประยุกต์ ทฤษฎีทางฟิ สิกส์ มาศึกษาเกี่ยวกับโลก การศึกษา
ธรณีฟิสิกส์ จะทาการวัดคลื่นไหวสะเทือน สนามแม่ เหล็กโลก
ความโน้ มถ่ วง และความร้ อน สิ่งเหล่ านีท้ าให้ ทราบถึง
ธรรมชาติของโลกที่อยู่ระดับลึกลงไปและทาให้ ทราบถึง
โครงสร้ างของโลกในที่สุด
• คลื่นแผ่ นดินไหวจากการเกิดแผ่ นดินไหวขนาดใหญ่ จะเดิน
ทางผ่ านส่ วนในของโลกและมาปรากฏบนพืน้ โลกได้
การ
ทดลองระเบิดนิวเคลียส์ ก็สามารถสร้ างคลื่นไหวสะเทือนได้
เช่ นกัน
นักธรณีวิทยาอาศัยคลื่นแผ่ นดินไหวเหล่ านีใ้ น
การศึกษาถึงโครงสร้ างของโลก
• เมื่อเกิดคลื่นแผ่ นดินไหวขึน้ ภายในโลก คลื่นจะเดินทางออก
จากจุดกาเนิดคลื่น
เมื่อคลื่นเดินทางมาถึงบริเวณที่เป็ น
รอยต่ อระหว่ างหินที่มีความหนาแน่ นต่ างกัน คลื่นส่ วนหนึ่งจะ
เกิดการสะท้ อนกลับ (reflection) และบางส่ วนจะหักเห
( r e f r a c t i o n ) เมื่อเดินทางมาถึงพืน้ โลกจะถูกบันทึกด้ วย
เครื่องมือ เวลาที่เคลื่อนใช้ ในการเดินทางจากแหล่ งกาเนิด
คลื่น สะท้ อนยังรอยต่ อของหิน และเดินทางกลับขึน้ มายังพืน้
โลก
ทาให้ นักธรณีวิทยาสามารถคานวณหาความลึกของ
บริเวณรอยต่ อของชัน้ หินได้
• โครงสร้ างภายในของโลกได้ มาจากการศึกษาคลื่น
แผ่ นดินไหว โดยการศึกษาถึงระยะทางจากจุดโฟกัสถึงสถานี
ตรวจวัดและความเร็วของคลื่น โดยเหตุท่ คี วามเร็วในการ
เคลื่อนที่ของคลื่นขึน้ อยู่กับสมบัตขิ องตัวกลางที่คลื่นเดิน
ทางผ่ าน
• โครงสร้ างภายในของโลกออกได้ เป็ นส่ วนต่ างๆ ได้ เป็ น 3
ส่ วนใหญ่ ๆ คือ
1. ชัน้ เปลือกโลก (crust)
2. ชัน้ เนือ้ โลก (mantle)
3. แกนโลก (core)
ชัน้ เปลือกโลก
(Crust)
• ชัน้ เปลือกโลกเป็ นชัน้ ที่มีความหนาน้ อยที่สุดและ
องค์ ประกอบมีการเปลี่ยนแปลงมากที่สุด
• ปี 1909 Andrija Mohorovicic ผู้เชี่ยวชาญด้ านแผ่ นดินไหว
ชาวยูโกสลาเวีย ได้ ทาการศึกษาจากคลื่นแผ่ นดินไหว ที่
เกิดขึน้ ในบริเวณรัฐโครเอเชีย
พบว่ าชัน้ เปลือกโลกเป็ น
ของแข็ง สังเกตพบว่ าความเร็วคลื่นเพิ่มขึน้ อย่ างรวดเร็วที่
ระดับความลึก 5 0 กิโลเมตร ความเร็วคลื่นแผ่ นดินไหว
เปลี่ยนแปลงไปอย่ างมาก แสดงให้ เห็นว่ า คลื่นแผ่ นดินไหว
ได้ ผ่านหินที่มีส่วนประกอบที่ต่างกัน
• รอยต่ อที่พบจากการศึกษาครัง้ นีเ้ ป็ นรอยต่ อที่แบ่ งระหว่ าง
ชัน้ เปลือกโลกและชัน้ เนือ้ โลก
ซึ่งเรียกกันในภายหลังว่ า
Mohorovicic discontinuity หรือเรียกอย่ างสัน้ ๆว่ า Moho
หรือ M discontinuity จากการศึกษาในระยะต่ อมาพบว่ า
ความลึกของตาแหน่ ง Moho ในแต่ ละบริเวณของโลกอยู่ท่ ี
ระดับความลึกไม่ เท่ ากัน
• เปลือกโลกบริเวณที่อยู่ใต้ มหาสมุทรจะมีความหนาน้ อยกว่ า
บริเวณที่เป็ นผืนทวีป และการเดินทางของคลื่นไหวสะเทือน
ในบริเวณเปลือกโลกใต้ มหาสมุทรจะเร็วกว่ าบริเวณที่เป็ นผืน
ทวีป ความเร็วที่แตกต่ างกันนีแ้ สดงให้ เห็นว่ าเปลือกโลกทัง้ 2
บริเวณประกอบขึน้ จากหินที่มีลักษณะแตกต่ างกัน
ชัน้ เปลือกโลกผืนทวีป
(Continental crust)
• ชัน้ เปลือกโลกของทวีปเป็ นส่ วนที่ศึกษาได้ จากพืน้ ผิวโลก
คลื่นปฐมภูมมิ ีความเร็วประมาณ 6 กิโลเมตรต่ อวินาที ซึ่งเป็ น
ความเร็วเทียบได้ กับความเร็วที่คลื่นเดินทางใน granite และ
g
n
e
i
s
s
• เปลือกโลกผืนทวีปประกอบขึน้ จากหินหลายชนิด ส่ วนซึ่งเป็ น
หินฐานราก (basement) ประกอบด้ วย granite หินอัคนีเนือ้
หยาบอื่นๆ gneiss และ schist ถูกปิ ดทับด้ วยชัน้ บางๆของ
หินตะกอน
• ความหนาของเปลือกโลกผืนทวีป มีค่าเฉลี่ยอยู่ระหว่ าง 30
ถึง 50 กิโลเมตร และมีค่าอยู่ในช่ วง 10 - 70 กิโลเมตร บริเวณ
ที่มีความหนามากมักอยู่ในบริเวณที่เป็ นเทือกเขาสูง
• ชัน้ เปลือกโลกของทวีปแบ่ งออกได้ เป็ น 2 ชัน้ ย่ อยๆ คือ
1. ชัน้ เปลือกโลกส่ วนบน หรือ ชัน้ ไซแอล (Si, Al) (upper
crustal layer หรือ Sialic layer) ความหนาประมาณ 16
กิโลเมตร ประกอบด้ วย granite, granodiorite, gneiss
2. ชัน้ เปลือกโลกส่ วนล่ าง หรือ ชัน้ ไซมา (Si, Mg) (lower
crustal layer หรือ Simatic layer) ความหนาประมาณ 20
กิโลเมตร ประกอบด้ วย basalt
ชัน้ เปลือกโลกใต้ มหาสมุทร
(Oceanic crust)
• โครงสร้ างชัน้ เปลือกโลกใต้ มหาสมุทร ได้ จากการศึกษาหิน
ภูเขาไฟตามเกาะต่ างๆ พบว่ าชัน้ เปลือกโลกใต้ มหาสมุทร
แปซิฟิก มีอยู่เพียง 1 ชัน้ มีส่วนประกอบเป็ นชัน้ ไซมา
( S i m a t i c
l a y e r )
• ความเร็วของคลื่นปฐมภูมิท่ เี ดินทางผ่ านเปลือกโลกใต้
มหาสมุทรประมาณ 7 กิโลเมตรต่ อวินาที เป็ นความเร็วที่
ใกล้ เคียงกับที่คลื่นเดินทางผ่ าน basalt และ gabbro ตัวอย่ าง
หินที่เก็บได้ จากพืน้ ทะเล พบว่ าตอนบนของเปลือกโลกใต้
มหาสมุทรเป็ น b a s a l t และส่ วนล่ างเป็ น g a b b r o
• ความหนาของเปลือกโลกใต้ มหาสมุทรมีค่าเฉลี่ยประมาณ 7
กิโลเมตร ความหนาของชัน้ เปลือกโลกใต้ มหาสมุทรแปซิฟิก
ประมาณ 5 กิโลเมตร ความหนาปกติอยู่ในช่ วง 5 - 8
กิโลเมตร
ชัน้ เนือ้ โลก
(Mantle)
• ชัน้ เนือ้ โลกเป็ นชัน้ ที่อยู่ถดั จากชัน้ เปลือกโลกลงไป จนถึง
ระดับความลึกประมาณ 2,900 กิโลเมตร เป็ นส่ วนซึ่งหนา
มากที่สุด ความเร็วของคลื่นแผ่ นดินไหวเพิ่มขึน้ อย่ างรวดเร็ว
ทาให้ นักธรณีวิทยาเชื่อว่ าส่ วนที่เป็ นเนือ้ โลกนัน้ เป็ นหินแข็ง
มีความหนาแน่ นสูง
• คลื่นทุตยิ ภูมสิ ามารถเดินทางในชัน้ เนือ้ โลกได้ แสดงว่ าชัน้
เนือ้ โลกเป็ นของแข็ง
แต่ อาจมีบางแห่ งที่เป็ นหินหลอมใน
บริเวณที่เป็ นเปลือกโลกและเนือ้ โลกตอนบน ความเร็วของ
คลื่นปฐมภูมทิ ่ ี 8 กิโลเมตรต่ อวินาที เป็ นหลักฐานยืนยันถึง
ชนิดหินที่ประกอบเป็ นเนือ้ โลกซึ่งต่ างไปจากส่ วนที่เป็ น
เปลือกโลก ส่ วนประกอบของชัน้ เนือ้ โลกมีการเปลี่ยนแปลง
บ้ างทัง้ ในแนวดิ่งและในแนวราบ
• ชัน้ เนือ้ โลกแบ่ งออกได้ เป็ น 2 ส่ วน
1. ชัน้ เนือ้ โลกส่ วนบน (upper mantle) ประกอบด้ วย
dunite, echogite และ peridotite
2. ชัน้ เนือ้ โลกส่ วนล่ าง (lower mantle) ประกอบด้ วยสาร
จาพวก oxides และ silicate
• เปลือกโลกและเนือ้ โลกส่ วนบนเมื่อรวมกันแล้ วจะเรียกว่ า
lithosphere มีลักษณะแข็งและเปราะ มีความหนาประมาณ
70 กิโลเมตรในบริเวณมหาสมุทร และ ประมาณ 125
กิโลเมตรในบริเวณที่เป็ นผืนทวีป
• โดยปกติคลื่นไหวสะเทือนจะมีความเร็วเพิ่มขึน้ เมื่อความลึก
มากขึน้ แต่ ท่ คี วามลึกประมาณ 100 - 250 กิโลเมตร พบว่ า
คลื่นไหวสะเทือนเคลื่อนที่ได้ ช้ากว่ าชัน้ หินที่ปิดทับอยู่ตอนบน
เรียกบริเวณนีว้ ่ า low-velocity zone ในทางเพลตเทคโทนิกส์
เรียกบริเวณนีว้ ่ า a s t h e n o p h e r e
• หินในบริเวณ asthenophere นีอ้ ยู่ในสภาวะที่ใกล้ เคียงกับจุด
หลอมเหลว
ดังนัน้ หินในบริเวณนีจ้ งึ อาจเกิดการหลอม
บางส่ วนได้ การที่มีชนั ้ ซึ่งอยู่ในสภาวะที่ใกล้ จดุ หลอมเหลว
จึงอาจเป็ นบริเวณที่ให้ กาเนิดของแมกมา และหินในบริเวณนี ้
สามารถไหลได้
• ข้ อมูลจากคลื่นไหวสะเทือน
แสดงให้ เห็นว่ าเนือ้ โลก
ประกอบด้ วยส่ วนต่ างๆหลายชัน้
จากระดับความลึกตัง้ แต่
400 กิโลเมตร ถึง 700 กิโลเมตร ชัน้ เหล่ านีม้ ีส่วนประกอบที่
เหมือนกัน แต่ การแยกเป็ นชัน้ อาจเกิดเนื่องจากความดันที่
แตกต่ างกัน และที่ระดับความลึกประมาณ 700 กิโลเมตร
ส่ วนประกอบของเนือ้ โลกจึงเริ่มเปลี่ยนจากบริเวณที่เป็ นเนือ้
โลกส่ วนบนไปเป็ นเนือ้ โลกส่ วนล่ าง
• รอยต่ อระหว่ างเนือ้ โลกและแกนโลก ถูกค้ นพบโดย
ผู้เชี่ยวชาญด้ านแผ่ นดินไหวชาวเยอรมัน Beno Gutenberg
แกนโลก
(Core)
• เป็ นชัน้ ถัดจากชัน้ เนือ้ โลกลงไปตัง้ แต่ ระดับความลึกประมาณ
2,900 กิโลเมตรจนถึงจุดศูนย์ กลางของโลกที่ระดับความลึก
ประมาณ
6
,
3
7
0
กิโลเมตร
• ระดับความลึกประมาณ 2,900 กิโลเมตร ความเร็วของคลื่น
ปฐมภูมิมีค่าลดลงอย่ างรวดเร็ว และคลื่นทุตยิ ภูมไิ ม่ สามารถ
เดินทางผ่ านบริเวณนีไ้ ด้ ทาให้ เชื่อว่ ามีการเปลี่ยนแปลงของ
วัตถุจากของแข็งไปเป็ นของเหลว
ซึ่งเป็ นบริเวณรอยต่ อ
ระหว่ างชัน้ เนือ้ โลกและชัน้ แกนโลก ความเร็วของคลื่นปฐม
ภูมิเพิ่มขึน้ อีกครัง้ หนึ่งที่ระดับความลึกประมาณ 5 , 1 0 0
กิโลเมตร ซึ่งเชื่อว่ าเป็ นการเปลี่ยนแปลงสถานะของวัตถุจาก
ของเหลวเป็ นของแข็ง
• การที่วัตถุมีสภาพเป็ นของเหลวภายในโลกได้
เนื่องจาก
อุณหภูมิท่ สี ูง ทาให้ เกิดการหลอมเหลวของวัตถุ แต่ เมื่อลึกลง
ไปจนถึงระดับหนึ่งที่ความกดดันเพิ่มขึน้ จนทาให้ วัตถุกลาย
สภาพเป็ นของแข็งได้ อีกครัง้
• แกนโลกออกได้ เป็ น 2 ส่ วน คือ
1. แกนโลกส่ วนนอก (outer core) ซึ่งมีความหนา
ประมาณ 2,200 กิโลเมตร เป็ นของเหลวหรือวัตถุท่ มี ีลักษณะ
คล้ ายของเหลวมีส่วนประกอบเป็ นนิเกิลและเหล็กผสม และ
อาจมีธาตุท่ เี บากว่ าเช่ น ซิลิคอนหรือกามะถัน ผสมอยู่ได้
เล็กน้ อย
2. แกนโลกส่ วนใน (inner core) ซึ่งมีรัศมี 1,270
กิโลเมตร เป็ นวัตถุท่ เี ป็ นของแข็ง มีความหนาแน่ นประมาณ
13 กรัมต่ อลูกบาศก์ เซนติเมตร ซึ่งน่ าจะประกอบด้ วยเหล็ก
เป็ นส่ วนใหญ่
อาจมีนิเกิลและโคบอลต์ อยู่บ้าง
• แกนโลกเป็ นส่ วนที่ทาให้ เกิดสนามแม่ เหล็กโลก ถึงแม้ ว่ายัง
ไม่ มีตัวอย่ างของแกนโลกแต่ หลักฐานหลายอย่ างก็บ่งบอกว่ า
แกนกลางของโลกเป็ นเหล็ก
• จากข้ อมูลคลื่นไหวสะเทือน
ความหนาแน่ นของโลกมี
ค่ าประมาณ 5.5 กรัมต่ อลูกบาศก์ เซ็นติเมตร ส่ วนที่เป็ น
เปลือกโลกมีความหนาแน่ นประมาณ 2.7 กรัมต่ อลูกบาศก์
เซ็นติเมตรสาหรับ g r a n i t e และ 3 . 0 กรัมต่ อลูกบาศก์
เซ็นติเมตรสาหรับ b a s a l t ส่ วนซึ่งเป็ นเนือ้ โลกมีความ
หนาแน่ นประมาณ 3.3 กรัมต่ อลูกบาศก์ เซ็นติเมตรสาหรั บ
เนือ้ โลกส่ วนบน จนถึง 5.5 กรัมต่ อลูกบาศก์ เซ็นติเมตร
สาหรับเนือ้ โลกส่ วนล่ าง
• จากการคานวณพบว่ าแกนโลกน่ าจะมีความหนาแน่ น
ประมาณ 10 กรัมต่ อลูกบาศก์ เซ็นติเมตรที่บริเวณรอยต่ อ
ระหว่ างเนือ้ โลกและแกนโลกส่ วนนอก และมีความหนาแน่ น
ประมาณ 12 - 13 กรัมต่ อลูกบาศก์ เซ็นติเมตรในบริเวณที่เป็ น
จุดศูนย์ กลางของโลก
เพื่อที่จะทาให้ โลกมีความหนาแน่ น
เฉลี่ยประมาณ
5.5
กรัมต่ อลูกบาศก์ เซ็นติเมตร
• หากว่ าส่ วนที่เป็ นเปลือกโลกและเนือ้ โลกมีปริมาตรเป็ น 85 %
ของปริมาตรทัง้ หมด
และมีความหนาแน่ นเฉลี่ยน้ อยกว่ า
ค่ าเฉลี่ยของโลก ดังนัน้ ส่ วนซึ่งประกอบเป็ นแกนโลกจึงควรมี
ความหนาแน่ นมากกว่ า 5.5 กรัมต่ อลูกบาศก์ เซ็นติเมตร