โลก เป็นดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างจากดวงอาทิตย์เป็นลำดับที่สาม โดยโลกเป็นดาวเคราะห์หินขนาดใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะ และเป็นดาวเคราะห์เพียงดวงเดียวที่วิทยาศาสตร์สมัยใหม่ยืนยันได้ว่ามีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ ดาวเคราะห์โลกถือกำเนิดขึ้นเมื่อประมาณ 4,570 ล้าน (4.57×109) ปีก่อน และหลังจากนั้นไม่นานนัก ดวงจันทร์ซึ่งเป็นดาวบริวารเพียงดวงเดียวของโลกก็ถือกำเนิดตามมา สิ่งมีชีวิตทรงภูมิปัญญาที่ครองโลกในปัจจุบันนี้คือมนุษย์
โลก มีลักษณะเป็นทรงวงรี โดย ในแนวดิ่งเส้นผ่าศูนย์กลางยาว 12,711 กม. ในแนวนอน ยาว 12,755 กม. ต่างกัน 44 กม. มีพื้นน้ำ 3 ส่วน หรือ 71% และมีพื้นดิน 1 ส่วน หรือ 29 % แกนโลกจะเอียง 23.5 องศา
สัญลักษณ์ของโลกประกอบด้วยกากบาทที่ล้อมด้วยวงกลม โดยเส้นตั้งและเส้นนอนของกากบาทจะแทนเส้นเมอริเดียนและเส้นศูนย์สูตรตามลำดับ สัญลักษณ์อีกแบบของโลกจะวางกากบาทไว้เหนือวงกลมแทน (ยูนิโคด: ⊕ หรือ ♁)
กำเนิดโลก
โลกของเราก่อกำเนิดขึ้นมาได้อย่างไร? โลกเป็นดาวเคราะห์ที่ห่างจากดวงอาทิตย์เป็นลำดับที่สาม และเป็นดาวเคราะห์ที่พิเศษเพียงหนึ่งเดียวในระบบสุริยะจักรวาล เพราะโลกเท่านั้นที่มีอุณหภูมิที่เหมาะสมที่ทำให้น้ำคงสภาพอยู่ได้ และโลกยังเป็นดาวเคราะห์ดวงเดียวที่มีวิวัฒนาการจนมีออกซิเจนในบรรยากาศ ปัจจัยทั้งสองประการส่งผลให้ "โลก" มีสิ่งมีชีวิตนานาชนิดเกิดขึ้น ดังนั้นคำถามที่ว่า “โลกเกิดขึ้นมาได้อย่างไร” จึงเป็นคำถามที่ชวนให้น่าค้นหายิ่ง เพราะแม้แต่นักวิทยาศาสตร์เองก็ยังตั้งข้อสมมติฐานไปต่าง ๆ นานา แต่สมมติฐานที่ได้รับการยอมรับมากที่สุดคือ โลกรวมทั้งระบบสุริยะจักรวาลเกิดจากกลุ่มก๊าซและฝุ่นขนาดยักษ์ที่เรียกว่า “เนบิวล่า” (Nebular)
ระบบสุริยะจักรวาลเกิดมาท่ามกลางความมืดมิดของอวกาศ โดยกลุ่มก๊าซและฝุ่นละอองที่เรียกว่า เนบิวลา (Nebular) จะหมุนวนรอบตัวเองอย่างช้า ๆ คล้ายการหมุนของวงล้อ ก๊าซส่วนใหญ่ของเนบิวลา คือ ไฮโดรเจน การหมุนวนของเนบิวลานี้จะดึงดูด ก๊าซ ฝุ่นละอองและรังสีต่าง ๆ เข้าสู่ศูนย์กลาง ซึ่งแรงที่ทำให้เกิดการหมุนวนเข้าสู่ศูนย์กลางนี้ คือ แรงโน้มถ่วง (Gravity) นั่นเอง เมื่อเวลาผ่านไปนับพันล้านปี การหมุนวนเข้าสู่ศูนย์กลางของเนบิวลาจะทำให้เกิดมวลที่มีขนาดใหญ่ขึ้น มีรูปร่างคล้ายลูกบอลสีแดงขนาดยักษ์ และนี่คือจุดเริ่มต้นของดาวดวงใหม่ที่เรียกว่า ดวงอาทิตย์ ซึ่งได้แผ่พลังงานความร้อน แสงสว่าง และแรงดึงดูด ห่างออกไปประมาณ 13 พันล้านกิโลเมตร
หลังจากเกิดดวงอาทิตย์แล้ว โลกได้เริ่มก่อกำเนิดขึ้นมาเมื่อประมาณ 4,600 ล้านปีที่แล้ว โลกที่เกิดขึ้นในยุคแรก ๆ จะเป็นกลุ่มก๊าซ ฝุ่นละออง และแร่ธาตุที่รวมตัวเป็นเนื้อเดียวกันทำให้โลกไม่มีการแยกชั้นเหมือนในปัจจุบัน แต่เพราะแรงดึงดูดมหาศาลทำให้ก๊าซ ฝุ่นละออง แร่ธาตุต่าง ๆ มีการรวมตัวกันมากขึ้นจนมีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ การชนกัน, การอัดตัวของสสารต่าง ๆ และการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีภายในโลกก่อให้เกิดความร้อนขึ้น เมื่อโลกมีอุณหภูมิสูงขึ้น เหล็กซึ่งเป็นโลหะที่มีมากที่สุดในโลกหรือประมาณ 1 ใน 3 ของมวลโลก จะหลอมละลายแล้วรวมตัวกันเป็นก้อนขนาดใหญ่จมลงสู่ใจกลางโลกกลายเป็น “แก่นโลก” ส่วนสสารที่เบากว่าจำพวกหินแข็งจะลอยขึ้นสู่ด้านบน และเย็นตัวลงกลายเป็น ”เปลือกโลก” และนี่เองที่เป็นจุดเริ่มต้นที่โลกเริ่มแบ่งออกเป็นชั้นต่าง ๆ รวม 3 ชั้น ทีนี้เราไปทำความรู้จักกันดีกว่าว่าแต่ละชั้นที่ว่านั้นเป็นอย่างไร1. ชั้นแรกนี้เป็นส่วนที่อยู่ใจกลางโลก เรียกว่า ชั้นแก่นโลก (Core) ซึ่งแบ่งเป็น 2 ชั้น คือ แก่นโลกชั้นนอก ส่วนใหญ่ประกอบด้วยโลหะหลอมเหลว จำพวกเหล็กและนิกเกิล ชั้นนี้มีอุณหภูมิสูงประมาณ 2,200 องศาเซลเซียส และแก่นโลกชั้นใน มีสภาพเป็นโลหะแข็ง และมีอุณหภูมิสูงมากถึง 7,000 องศาเซลเซียส!!! ในชั้นนี้มีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นเหล็กและนิเกิลเหมือนแกนโลกชั้นนอก แต่มีสภาพเป็นโลหะแข็ง เนื่องจากได้รับแรงดันที่กดลงจากด้านบนมากที่สุด
2. ชั้นที่สองเรียกกันว่า เนื้อโลก หรือชั้นแมนเทิล (Mantle) มีสภาพส่วนใหญ่เป็นหินหลอมเหลว เนื่องจากได้รับความร้อนจากแก่นโลกที่มีอุณหภูมิสูงมาก หินหลอมเหลวที่อยู่ในชั้นนี้ มีชื่อที่คุ้นหูว่า แมกมา (Magma) แต่เมื่อแมกมาปะทุขึ้นมาบนเปลือกโลกจากปรากฏการณ์ภูเขาไฟระเบิด จะเรียกว่า ลาวา (Lava) นั่นเอง
3. ชั้นที่สามเป็นชั้นที่อยู่นอกสุด เรียกว่า ชั้นเปลือกโลก (Crust) บางส่วนของเปลือกโลกเกิดจากการเย็นตัวของลาวาแล้วกลายสภาพเป็นหินแข็ง โดยส่วนใหญ่จะเป็นหินแกรนิต และหินบะซอลต์ เปลือกโลกมีลักษณะเป็นแผ่นขนาดใหญ่ที่ลอยอยู่เหนือหินหลอมเหลวหรือแมกมา ด้วยเหตุนี้เองจึงส่งผลให้แผ่นเปลือกโลกที่เกิดขึ้นมาได้ประมาณ 3,500 ล้านปีมาแล้วมีการเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลา ซึ่งมนุษย์เราสามารถรับรู้การเคลื่อนไหวนี้ได้จากการเกิดภูเขาไฟระเบิดและแผ่นดินไหว
จากเหตุผลนี้เอง ทำให้นักวิทยาศาสตร์เชื่อกันว่าในอดีต ทวีปต่าง ๆ เคยเป็นแผ่นดินขนาดใหญ่แผ่นเดียวที่เรียกว่า พันเจีย (Pangaea) แต่ต่อมาทวีปใหญ่พิเศษนี้ได้แยกออกจากกันเป็นเวลากว่าล้านปีมาแล้ว จนมีลักษณะเป็นทวีปต่าง ๆ ดังเช่นปัจจุบันที่เราเห็นกันอยู่นี้ โดยรอยต่อระหว่างแผ่นเปลือกโลกมีโอกาสที่จะเกิดภูเขาไฟระเบิดและแผ่นดินไหวได้มากที่สุด นอกจากนี้แล้ว การกัดเซาะของน้ำ กระแสลม และธารน้ำแข็งยังเป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่ทำให้แผ่นเปลือกโลกมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลาด้วยเช่นกัน ดังจะเห็นได้จากลักษณะการคดเคี้ยวของแม่น้ำสายต่าง ๆ จะค่อย ๆ เปลี่ยนแปลงไป ที่น่าตื่นเต้นยิ่งไปกว่านั่นคือ นักวิทยาศาสตร์พบว่าทวีปออสเตรเลียจะค่อย ๆ เคลื่อนที่เข้าหาทวีปเอเชียตรงบริเวณเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ปีละ 1 เซนติเมตร!!!
โครงสร้างและองค์ประกอบ
โลกมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางยาว 12,756 กิโลเมตร (รัศมี 6,378 กิโลเมตร) มีมวลสาร 6 x 1024 กิโลกรัม และมีความหนาแน่นเฉลี่ย 5.5 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร (หนาแน่นกว่าน้ำ 5.5 เท่า) นักธรณีวิทยาทำการศึกษาโครงสร้างภายในของโลก โดยศึกษาการเดินทางของ “คลื่นซิสมิค” (Seismic waves) ซึ่งมี 2 ลักษณะ คือ
ภาพที่ 3 คลื่นปฐมภูมิ (P wave) และคลื่นทุติยภูมิ (S wave)
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
คลื่นทุติยภูมิ (S wave) เป็นคลื่นตามขวางที่เกิดจากความไหวสะเทือนในตัวกลางโดยอนุภาคของตัวกลางเคลื่อนไหวตั้งฉากกับทิศทางที่คลื่นผ่าน มีทั้งแนวตั้งและแนวนอน คลื่นชนิดนี้ผ่านได้เฉพาะตัวกลางที่เป็นของแข็งเท่านั้น ไม่สามารถเดินทางผ่านของเหลว คลื่นทุติยภูมิมีความเร็วประมาณ 3 – 4 กิโลเมตร/วินาที คลื่นทุติยภูมิทำให้ชั้นหินเกิดการคดโค้ง
ภาพที่ 4 การเดินทางของ P wave และ S wave ขณะเกิดแผ่นดินไหว
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
โครงสร้างภายในของโลกแบ่งตามองค์ประกอบทางเคมี
นักธรณีวิทยา แบ่งโครงสร้างภายในของโลกออกเป็น 3 ส่วน โดยพิจารณาจากองค์ประกอบทางเคมี ดังนี้ (ภาพที่ 5)
เปลือกโลก (Crust) เป็นผิวโลกชั้นนอก มีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นซิลิกอนออกไซด์ และอะลูมิเนียมออกไซด์
แมนเทิล (Mantle) คือส่วนซึ่งอยู่อยู่ใต้เปลือกโลกลงไปจนถึงระดับความลึก 2,900 กิโลเมตร มีองค์ประกอบหลักเป็นซิลิคอนออกไซด์ แมกนีเซียมออกไซด์ และเหล็กออกไซด์
แก่นโลก (Core) คือส่วนที่อยู่ใจกลางของโลก มีองค์ประกอบหลักเป็นเหล็ก และนิเกิล
โครงสร้างภายในของโลกแบ่งตามองค์ประกอบทางเคมี
นักธรณีวิทยา แบ่งโครงสร้างภายในของโลกออกเป็น 3 ส่วน โดยพิจารณาจากองค์ประกอบทางเคมี ดังนี้ (ภาพที่ 5)
เปลือกโลก (Crust) เป็นผิวโลกชั้นนอก มีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นซิลิกอนออกไซด์ และอะลูมิเนียมออกไซด์
แมนเทิล (Mantle) คือส่วนซึ่งอยู่อยู่ใต้เปลือกโลกลงไปจนถึงระดับความลึก 2,900 กิโลเมตร มีองค์ประกอบหลักเป็นซิลิคอนออกไซด์ แมกนีเซียมออกไซด์ และเหล็กออกไซด์
แก่นโลก (Core) คือส่วนที่อยู่ใจกลางของโลก มีองค์ประกอบหลักเป็นเหล็ก และนิเกิล
ภาพที่ 5 องค์ประกอบทางเคมีของโครงสร้างภายในของโลก
ภาพที่ 6 โครงสร้างภายในของโลก
โครงสร้างภายในของโลกแบ่งตามคุณสมบัติทางกายภาพ
นักธรณีวิทยา แบ่งโครงสร้างภายในของโลกออกเป็น 5 ส่วน โดยพิจารณาจากคุณสมบัติทางกายภาพ ดังนี้ (ภาพที่ 6)
ลิโทสเฟียร์ (Lithosphere) คือ ส่วนชั้นนอกสุดของโลก ประกอบด้วย เปลือกโลกและแมนเทิลชั้นบนสุด ดังนี้
o เปลือกทวีป (Continental crust) ส่วนใหญ่เป็นหินแกรนิตมีความหนาเฉลี่ย 35 กิโลเมตร ความหนาแน่น 2.7 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร
o เปลือกสมุทร (Oceanic crust) เป็นหินบะซอลต์ความหนาเฉลี่ย 5 กิโลเมตร ความหนาแน่น 3 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร (มากกว่าเปลือกทวีป)
o แมนเทิลชั้นบนสุด (Uppermost mantle) เป็นวัตถุแข็งซึ่งรองรับเปลือกทวีปและเปลือกสมุทรอยู่ลึกลงมาถึงระดับลึก 100 กิโลเมตร
แอสทีโนสเฟียร์ (Asthenosphere) เป็นแมนเทิลชั้นบนซึ่งอยู่ใต้ลิโทสเฟียร์ลงมาจนถึงระดับ 700 กิโลเมตร เป็นวัสดุเนื้ออ่อนอุณหภูมิประมาณ 600 – 1,000ฐC เคลื่อนที่ด้วยกลไกการพาความร้อน (Convection) มีความหนาแน่นประมาณ 3.3 กรัม/เซนติเมตร
เมโซสเฟียร์ (Mesosphere) เป็นแมนเทิลชั้นล่างซึ่งอยู่ลึกลงไปจนถึงระดับ 2,900 กิโลเมตร มีสถานะเป็นของแข็งอุณหภูมิประมาณ 1,000 – 3,500ฐC มีความหนาแน่นประมาณ 5.5 กรัม/เซนติเมตร
แก่นชั้นนอก (Outer core) อยู่ลึกลงไปถึงระดับ 5,150 กิโลเมตร เป็นเหล็กหลอมละลายมีอุณหภูมิสูง 1,000 – 3,500ฐC เคลื่อนตัวด้วยกลไกการพาความร้อนทำให้เกิดสนามแม่เหล็กโลก มีความหนาแน่น 10 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร
แก่นชั้นใน (Inner core) เป็นเหล็กและนิเกิลในสถานะของแข็งซึ่งมีอุณหภูมิสูงถึง 5,000 ?C ความหนาแน่น 12 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร จุดศูนย์กลางของโลกอยู่ที่ระดับลึก 6,370 กิโลเมตร
นักธรณีวิทยา แบ่งโครงสร้างภายในของโลกออกเป็น 5 ส่วน โดยพิจารณาจากคุณสมบัติทางกายภาพ ดังนี้ (ภาพที่ 6)
ลิโทสเฟียร์ (Lithosphere) คือ ส่วนชั้นนอกสุดของโลก ประกอบด้วย เปลือกโลกและแมนเทิลชั้นบนสุด ดังนี้
o เปลือกทวีป (Continental crust) ส่วนใหญ่เป็นหินแกรนิตมีความหนาเฉลี่ย 35 กิโลเมตร ความหนาแน่น 2.7 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร
o เปลือกสมุทร (Oceanic crust) เป็นหินบะซอลต์ความหนาเฉลี่ย 5 กิโลเมตร ความหนาแน่น 3 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร (มากกว่าเปลือกทวีป)
o แมนเทิลชั้นบนสุด (Uppermost mantle) เป็นวัตถุแข็งซึ่งรองรับเปลือกทวีปและเปลือกสมุทรอยู่ลึกลงมาถึงระดับลึก 100 กิโลเมตร
แอสทีโนสเฟียร์ (Asthenosphere) เป็นแมนเทิลชั้นบนซึ่งอยู่ใต้ลิโทสเฟียร์ลงมาจนถึงระดับ 700 กิโลเมตร เป็นวัสดุเนื้ออ่อนอุณหภูมิประมาณ 600 – 1,000ฐC เคลื่อนที่ด้วยกลไกการพาความร้อน (Convection) มีความหนาแน่นประมาณ 3.3 กรัม/เซนติเมตร
เมโซสเฟียร์ (Mesosphere) เป็นแมนเทิลชั้นล่างซึ่งอยู่ลึกลงไปจนถึงระดับ 2,900 กิโลเมตร มีสถานะเป็นของแข็งอุณหภูมิประมาณ 1,000 – 3,500ฐC มีความหนาแน่นประมาณ 5.5 กรัม/เซนติเมตร
แก่นชั้นนอก (Outer core) อยู่ลึกลงไปถึงระดับ 5,150 กิโลเมตร เป็นเหล็กหลอมละลายมีอุณหภูมิสูง 1,000 – 3,500ฐC เคลื่อนตัวด้วยกลไกการพาความร้อนทำให้เกิดสนามแม่เหล็กโลก มีความหนาแน่น 10 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร
แก่นชั้นใน (Inner core) เป็นเหล็กและนิเกิลในสถานะของแข็งซึ่งมีอุณหภูมิสูงถึง 5,000 ?C ความหนาแน่น 12 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร จุดศูนย์กลางของโลกอยู่ที่ระดับลึก 6,370 กิโลเมตร
สนามแม่เหล็กโลก
แก่นโลกมีองค์ประกอบหลักเป็นเหล็ก แก่นโลกชั้นใน (Inner core) มีความกดดันสูงจึงมีสถานะเป็นของแข็ง ส่วนแก่นชั้นนอก (Outer core) มีความกดดันน้อยกว่าจึงมีสถานะเป็นของเหลวหนืด แก่นชั้นในมีอุณหภูมิสูงกว่าแก่นชั้นนอก พลังงานความร้อนจากแก่นชั้นใน จึงถ่ายเทขึ้นสู่แก่นชั้นนอกด้วยการพาความร้อน (Convection) เหล็กหลอมละลายเคลื่อนที่หมุนวนอย่างช้าๆ ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้า และเหนี่ยวนำให้เกิดสนามแม่เหล็กโลก (The Earth’s magnetic field)
แก่นโลกมีองค์ประกอบหลักเป็นเหล็ก แก่นโลกชั้นใน (Inner core) มีความกดดันสูงจึงมีสถานะเป็นของแข็ง ส่วนแก่นชั้นนอก (Outer core) มีความกดดันน้อยกว่าจึงมีสถานะเป็นของเหลวหนืด แก่นชั้นในมีอุณหภูมิสูงกว่าแก่นชั้นนอก พลังงานความร้อนจากแก่นชั้นใน จึงถ่ายเทขึ้นสู่แก่นชั้นนอกด้วยการพาความร้อน (Convection) เหล็กหลอมละลายเคลื่อนที่หมุนวนอย่างช้าๆ ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้า และเหนี่ยวนำให้เกิดสนามแม่เหล็กโลก (The Earth’s magnetic field)
ภาพที่ 7 แกนแม่เหล็กโลก
อย่างไรก็ตามแกนแม่เหล็กโลกและแกนหมุนของโลกมิใช่แกนเดียวกัน แกนแม่เหล็กโลกมีขั้วเหนืออยู่ทางด้านใต้ และมีแกนใต้อยู่ทางด้านเหนือ แกนแม่เหล็กโลกเอียงทำมุมกับแกนเหนือ-ใต้ทางภูมิศาสตร์ (แกนหมุนของโลก) 12 องศา ดังภาพที่ 7
ภาพที่ 8 สนามแม่เหล็กโลก
สนามแม่เหล็กโลกก็มิใช่เป็นรูปทรงกลม (ภาพที่ 8) อิทธิพลของลมสุริยะทำให้ด้านที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มีความกว้างน้อยกว่าด้านตรงข้ามดวงอาทิตย์ สนามแม่เหล็กโลกไม่ใช่สิ่งคงที่ แต่มีการเปลี่ยนแปลงความเข้มและสลับขั้วเหนือ-ใต้ ทุกๆ หนึ่งหมื่นปี ในปัจจุบันสนามแม่เหล็กโลกอยู่ในช่วงที่มีกำลังอ่อน สนามแม่เหล็กโลกเป็นสิ่งที่จำเป็นที่เอื้ออำนวยในการดำรงชีวิต หากปราศจากสนามแม่เหล็กโลกแล้ว อนุภาคพลังงานสูงจากดวงอาทิตย์และอวกาศ จะพุ่งชนพื้นผิวโลก ทำให้สิ่งมีชีวิตไม่สามารถดำรงอยู่ได้
องค์ประกอบของเนื้อโลก
จากแนวคิดที่ว่าส่วนของแก่นโลกเป็นโลหะผสมนั้น องค์ประกอบของชั้นเนื้อโลก
(ตารางที่ 1.4) จึงเชื่อว่า น่าจะต้องเบากว่า จึงควรประกอบขึ้นด้วยองค์ประกอบซิลิเกต (Silicate Composition) เป็นหลัก
จากผลการวิเคราะห์ทางคลื่นไหวสะเทือน เราทราบว่าชั้นเนื้อโลกส่วนบนค่อนข้างจะมี
ความแปรปรวนทางองค์ประกอบอย่างมาก ไม่เป็นเนื้อหนึ่งเดียวกัน ดังนั้นองค์ประกอบซิลิเกตดังกล่าวของชั้นเนื้อโลกเป็นอย่างไรกันแน่ ต้องอาศัยหลักฐานจากหลาย ๆ ทางเข้ามาอธิบาย
ในธรรมชาติเราพบวัสดุที่เชื่อว่ามีกำเนิดมาจากส่วนลึกใต้เปลือกโลกหลายอย่างเช่น โนดูล์
(Nodules) ของหินอื่น ๆ ในสายแร่คิมเบอร์ไลต์ (Kimberlite pipe) หรือพบหินแปลกปลอม (Xenolith) ในหินบะซอลต์ (Basalt) เป็นต้น หินแปลกปลอมเหล่านี้ มักเป็นหินอัคนีสีเข้มจัด (Ultrabasic rocks) ได้แก่ เพริโดไทต์ (Peridotite) เลอร์โซไลต์ (Lherzolite) ไพรอกซีไนต์ (Pyroxenite) และ เอโคลไจต์(Eclogite) เป็นต้น วัสดุปลอมปนหรือหินเหล่านี้มักประกอบไปด้วยแร่โอลิวีน (Olivine) ไพรอกซีน (Pyroxene) การ์เนต (Garnet) และอาจจะมีแร่นิล(Spinel) แร่แอมฟิโบล (Amphiboles) ประกอบอยู่บางส่วน
ที่สำคัญก็คือแร่ประกอบหินแปลกปลอมเหล่านี้พบว่ามีเสถียรภาพภายใต้อุณหภูมิ ความ
ดัน สูงถึง 1,300 องศาเซลเซียส ที่ความดัน 41 กิโลบาร์ (Kbars) หรือประมาณที่ความลึก 135 กิโลเมตร ซึ่งอยู่ในช่วงของชั้นเนื้อโลกส่วนบนที่ช่วงโซนคลื่นความเร็วต่ำพอดี และแร่เหล่านี้ยังพบว่ามีค่าความหนาแน่นลงตัวเหมาะเจาะกับผลทางธรณีฟิสิกส์ที่กล่าวมาแล้ว คือมีค่าประมาณ 3.33 ถึง 3.40 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร
สิ่งที่น่าสนใจอีกประการก็คือ ที่ระดับลึก 100 - 150 กิโลเมตร นั้น เราพบช่วงความเร็วต่ำ
ของคลื่นไหวสะเทือน ซึ่งเชื่อว่าเกิดจากการหลอมตัวบางส่วน (Partially Melting) ประมาณ 1 เปอร์เซนต์ จากวัสดุที่มีองค์ประกอบซิลิเกตเข้มข้นกลายเป็นหินหนืด เมื่อรวมตัวกันมากขึ้น อาจจะยกตัวแทรกตัด ชั้นหินเปลือกโลกขึ้นมาเป็นลาวาของหินบะซอลต์ วัสดุที่หลอมตัวไม่หมดหรือหลอมไม่ได้อาจถูกอุ้มขึ้น มาด้วย
ตารางที่ 1.4 ผลคำนวณร้อยละขององค์ประกอบชั้นเนื้อโลก
สารประกอบ | จากอุกกาบาต | แบบจำลองไพโรไลต์ | จากหินเลอร์โซไลต์ | |
ออกไซด์ | (Mason,1966) | (Ring wood, 1966) | (Ring wood, 1966) | (Hutchison,1974) |
Sio2 | 48.1 | 43.2 | 45.2 | 45.0 |
MgO | 31.1 | 38.1 | 37.5 | 39.0 |
FeO | 12.7 | 9.2 | 8.0c | 8.0 |
Al2O3 | 3.1 | 3.9 | 3.5 | 3.5 |
Ca O | 2.3 | 3.7 | 3.1 | 3.25 |
Na2O | 1.1 | 1.8 | 0.57 | 0.28 |
Cr2O3 | 0.55 | - | 0.43 | 0.41 |
MnO | 0.42 | - | .14 | 0.11 |
P2O5 | 0.34 | - | 0.06 | - |
K2O | 0.12 | - | 0.13 | 0.04 |
TiO2 | 0.12 | - | 0.17 | 0.09 |
NiO | - | - | - | 0.25 |
ส่วนที่ระดับลึก 400 - 900 ถึง 1,000 กิโลเมตร ซึ่งเป็นช่วงชั้นทรานซิชัน พบว่าเป็นช่วง
ที่มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง (Transform Structure Zone) ของออร์โธรอมบิก โอลิวีน ไปเป็นโครงสร้างแบบกลุ่มแร่นิล
ชั้นเนื้อโลกส่วนล่าง ระดับต่อจากทรานซิชันไปถึงระดับ 2,900 กิโลเมตร พบว่า
องค์ประกอบค่อนข้างเป็นเนื้อหนึ่งเดียวกัน ซึ่งประกอบด้วยธาตุเหล็กในปริมาณที่มากขึ้นกว่าชั้นเนื้อโลกส่วนบน และเป็นของผสมระหว่างแร่ที่มีองค์ประกอบเป็นเหล็ก- แมกนีเซียมซิลิเกต (Mg - Fe) SiO3 กับเหล็ก - แมกนีเซียมออกไซด์ (Mg - Fe)O และยังคงพบว่ามีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของแร่ ตามความลึกเช่นเดียวกับชั้นทรานซิชั่น
1.2.3 องค์ประกอบของเปลือกโลก
เปลือกโลกเป็นส่วนเดียวที่เราศึกษาได้จากวิธีตรง ซึ่งผลการวิเคราะห์หินทั่วโลกพบว่ามี
องค์ประกอบทางเคมีของส่วนเปลือกทวีปกับเปลือกสมุทร (ตารางที่ 1.5) เป็นหินซิลิเกตทั่วไป (Normal Silicate Rocks) โดยส่วนเปลือกทวีปมีองค์ประกอบซิลิเกตที่มากด้วยซิลิกอน (Si) กับอลูมิเนียม (Al) ซึ่งเป็นองค์ประกอบแบบหินแกรนิต จึงเรียกเปลือกทวีปนี้ว่า “ไซอัล” (SIAL) หรือ “เปลือกโลกส่วนที่มีองค์ประกอบแบบหินแกรนิต” นั่นเอง
ตารางที่ 1.5 ผลคำนวณร้อยละขององค์ประกอบของชั้นเปลือกโลก
สารประกอบ | องค์ประกอบรวม (Clark and Washington, 1924) | เปลือกสมุทร | เปลือกทวีป | รวม * | เปลือกสมุทร | เปลือกทวีป | รวม * | เปลือกทวีป | เปลือกทวีป(Goldschmidt, 1954) |
ออกไซด์ | (Poldervaart , 1955) | (Ronov and Yaroshevskly , 1976) | (Taylor 1964) | ||||||
SiO2 | 59.1 | 46.6 | 59.4 | 55.2 | 49.4 | 59.3 | 57.1 | 60.3 | 59.2 |
TiO2 | 1.0 | 2.9 | 1.2 | 1.6 | 1.4 | 0.7 | 0.9 | 1.0 | 0.8 |
Al2O3 | 15.2 | 15.0 | 15.6 | 15.3 | 15.4 | 15.0 | 15.0 | 15.6 | 15.8 |
Fe2O3 | 3.1 | 3.8 | 2.3 | 2.8 | 2.7 | 2.4 | 2.5 | - | 3.4 |
FeO | 3.7 | 8.0 | 5.0 | 5.8 | 7.6 | 5.6 | 6.0 | 7.2 (เหล็กรวม) | 3.6 |
MnO | 0.1 | 0.2 | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.1 | 0.2 | 0.1 | 0.1 |
MgO | 3.4 | 7.8 | 4.2 | 5.2 | 7.6 | 4.9 | 5.5 | 3.9 | 3.3 |
CaO | 5.1 | 11.9 | 6.6 | 8.8 | 12.5 | 7.2 | 8.4 | 5.8 | 3.1 |
Na2O | 3.7 | 2.5 | 3.1 | 2.9 | 2.6 | 2.5 | 2.5 | 3.2 | 2.1 |
K2O | 3.1 | 1.0 | 2.3 | 1.9 | 0.3 | 2.1 | 1.7 | 2.5 | 3.4 |
H2O | 1.3 | - | - | - | - | - | - | - | 3.0 |
P2O5 | 0.3 | 0.3 | 0.2 | 0.3 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
* องค์ประกอบทั้งเปลือกโลก (Entire Crust)
ส่วนเปลือกสมุทรมีองค์ประกอบซิลิเกตของพวกเหล็กแมกนีเซียม (Mg) กับ อลูมิเนียม
และซิลิกอน จึงเรียกเปลือกสมุทรว่า “ไซมา” (SIMA) ชั้นเปลือกสมุทรนี้แผ่ตัวต่อเนื่องไปจนถึงชั้นรองรับเปลือกทวีป ซึ่งเดิมทีมักเชื่อกันว่ามีองค์ประกอบอย่างหินบะซอลต์ จึงเรียกว่า “เปลือกโลกมีองค์ประกอบอย่างหินบะซอลต์” (Basaltic Crust) มีความถ่วงจำเพาะ 3.0 แต่ปัจจุบันส่วนที่รองรับเปลือกทวีปนี้เชื่อว่าน่าจะมีองค์ประกอบคล้ายหินเพริโดไทต์ (Peridotitic Composition) ซึ่งมี ความถ่วงจำเพาะ 3.3
จึงสรุปโครงสร้างภายในของโลกได้ดังภาพที่ 1.6 และภาพที่ 1.7 ซึ่งสามารถจำแนกตาม
คุณสมบัติทางวัสดุได้กว้างๆ 2 ส่วนคือ
1. ชั้นธรณีภาค (Lithosphere) คือส่วนที่มีคุณสมบัติเป็นของแข็งมีความแกร่ง (rigid solid)
นับรวมเอาส่วนเปลือกโลกถึงบางส่วนของชั้นเนื้อโลกส่วนบน ในระดับจากผิวโลกถึงลึกไม่เกิน 100 กิโลเมตร
2. ชั้นฐานธรณีภาค (Asthenosphere) นับจากระดับประมาณ 100 กิโลเมตร ต่อจากชั้น
ธรณีภาคลงไป มีสมบัติพลาสติกมากขึ้น พร้อมที่จะไหลได้
องค์ประกอบหลักของโลก ทั้งสองส่วนนี้ มีบทบาทอย่างยิ่งต่อการเคลื่อนที่ของมวลเปลือกโลก
ขนาดใหญ่
การเปลี่ยนแปลงของเปลือกโลก
การเปลี่ยนแปลงของโลกที่เกิดขึ้นรอบๆตัวเรามีปัจจัยที่ทำให้เปลี่ยนแปลงซึ่งเกิดจากหลายสาเหตุและมีผลกระทบทั้งทางตรงและทางอ้อม
การเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากการกระทำของธรรมชาติ
1. แรงจากภายในเปลือกโลก เรียกกระบวนการ เทคโทนิก เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ เทคโทนิก มี 2 กระบวนการคือ
การเปลี่ยนแปลงของโลกที่เกิดขึ้นรอบๆตัวเรามีปัจจัยที่ทำให้เปลี่ยนแปลงซึ่งเกิดจากหลายสาเหตุและมีผลกระทบทั้งทางตรงและทางอ้อม
การเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากการกระทำของธรรมชาติ
1. แรงจากภายในเปลือกโลก เรียกกระบวนการ เทคโทนิก เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ เทคโทนิก มี 2 กระบวนการคือ
- ไดแอสโตรฟิซึม (diastrophism) เป็นกระบวนการแตก หัก โก่ง งอ บิด ของเปลือกโลก เกิดขึ้นอย่างช้าๆ เกิดจากการยืดหดตัวของเปลือกโลกทั้งหมด เช่นการเลื่อนตัวของเปลือกโลก (fault) ทำให้เกิดรอยแตกร้าวที่อยู่แนวตั้งเรียก รอยต่อ (Joint) รอยแตกจะเหลือน้อยเมื่อลงไปในระดับลึก แรงกดที่ทำให้เปลือกโลกแตกและเลื่อนทำให้ชั้นของหินเปลือกโลกสลับกัน
- ถ้ารอยเลื่อนขนาบหุบเขาที่ 2 ข้างส่วนที่ยุบลงเป็นหุบเขาเรียกว่า “กราเบน” (graben)
- ถ้า ส่วนที่ยกตัวขึ้น ขนาบทั้ง 2 ข้างด้วยรอยเลื่อนส่วนที่ดันตัวสูงขึ้นเรียก“ฮอร์ส” (horst) การโก่งตัวของเปลือกโลก(fold) การบีบอัดทำให้เปลือกโลกโก่ง พับ งอ ส่วนที่โค้งขึ้นเรียกประทุนคว่ำ (anticline) ส่วนที่โก่งเรียกประทุนหงาย (syncline)
ภาพรอยคดโค้ง ภาพรอยเลื่อน
- วอลคานิสซึม (volcanism) เป็นกระบวนการของวัตถุละลายภายในโลกเคลื่อนที่ ทำให้เปลือกโลกสั่นเสทือน วัตถุละลายล้นไหลออกมาทับถมภายนอกเปลือกโลกเช่น หินละลายเคลื่อนที่มายังเปลือกโลกดันออกมาเกิดภูเขาไฟระเบิดพ่นลาวาออกมาหรือหินบะซอลต์ไหลออกมาดันตัวแข็งอยู่ใต้เปลือกโลกคล้ายกำแพงเรียก ไดค์(dike) ถ้าดันตัวออกมาเป็นบริเวณกว้างทำให้บริเวณนั้นถูกยกตัวด้วยเรียก แลคโคลิธส์ (laccoliths) หินละลายที่ดันตัวถูกยกตัวแข็งตัวอย่างช้าๆใต้เปลือกโลกทำให้หินชั้นที่สัมผัสกับหินละลายได้รับความร้อนและแรงบีบกลายเป็นหินแปร แร่ที่ อยู่ในหินละลายตกผลึกจึงพบแร่มีค่าในบริเวณที่หินละลายดันตัวขึ้นมา แผ่นดินไหวเป็นผลจากแรงภายในโลกทำให้เปลือกโลกสั่นเสทือน
การเกิดภูเขาไฟ
ภูเขาไฟ (Volcano) เกิดจากหินหนืดในชั้นแมนเทิลซึ่งอยู่ใต้ผิวโลก มีความร้อนและความ ดันสูงมาก พยายามดันขึ้นมาตามรอยแตกและแทรกตัวขึ้นมาสู่ผิวโลก โดยจะมีแร่ปะทุหรือระเบิดเกิดขึ้นทำให้หินหนืดไหลออกมาสู่ผิวโลก ที่เรียกว่าลาวา (Lava) ไหลมาจากที่สูงลงสู่ที่ต่ำ สิ่งที่ พุ่งออกมาจากปล่องภูเขาไฟนอกจากลาวาแล้วยังมีเถ้าถ่าน ฝุ่นละออง เศษหิน ไอน้ำ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ ก๊าซไนโตรเจน และก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์
บริเวณที่เกิดภูเขาไฟ แนวรอยต่อระหว่างแผ่นเปลือกโลกจะเป็นบริเวณที่มีโอกาสเกิดภูเขาไฟระเบิดมากกว่าบริเวณที่อยู่ถัดเข้าไปภายในแผ่นทวีป
การเคลื่อนที่ของหินหนืด
หินหนืดหรือหินหลอมเหลวในชั้นแมนเทิลได้รับความร้อนจากแก่นโลก เกิดการเคลื่อนที่ไหลวนอย่างช้าๆ และส่งผลดันแผ่นเปลือกโลกให้เคลื่อนที่ไปอย่างช้าๆ ตามหินหนืดไปด้วยแรงดันของหินหนืด ทำให้หินหนืดในชั้นแมนเทิลที่มีอุณหภูมิและแรงดันสูงสามารถแทรกตัวขึ้นมาตามรอยแยกระหว่างแผ่นเปลือกโลกที่อยู่ใต้มหาสมุทร หินหนืดในชั้นแมนเทิล จึงทำหน้าที่เป็นตัวดันและพยุงให้แผ่นเปลือกโลกใต้มหาสมุทรเคลื่อนที่ และขยายตัวแยกออกจากกัน ทำให้เกิดแนวหินใหม่
ภูเขาไฟ (Volcano) เกิดจากหินหนืดในชั้นแมนเทิลซึ่งอยู่ใต้ผิวโลก มีความร้อนและความ ดันสูงมาก พยายามดันขึ้นมาตามรอยแตกและแทรกตัวขึ้นมาสู่ผิวโลก โดยจะมีแร่ปะทุหรือระเบิดเกิดขึ้นทำให้หินหนืดไหลออกมาสู่ผิวโลก ที่เรียกว่าลาวา (Lava) ไหลมาจากที่สูงลงสู่ที่ต่ำ สิ่งที่ พุ่งออกมาจากปล่องภูเขาไฟนอกจากลาวาแล้วยังมีเถ้าถ่าน ฝุ่นละออง เศษหิน ไอน้ำ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ ก๊าซไนโตรเจน และก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์
บริเวณที่เกิดภูเขาไฟ แนวรอยต่อระหว่างแผ่นเปลือกโลกจะเป็นบริเวณที่มีโอกาสเกิดภูเขาไฟระเบิดมากกว่าบริเวณที่อยู่ถัดเข้าไปภายในแผ่นทวีป
การเคลื่อนที่ของหินหนืด
หินหนืดหรือหินหลอมเหลวในชั้นแมนเทิลได้รับความร้อนจากแก่นโลก เกิดการเคลื่อนที่ไหลวนอย่างช้าๆ และส่งผลดันแผ่นเปลือกโลกให้เคลื่อนที่ไปอย่างช้าๆ ตามหินหนืดไปด้วยแรงดันของหินหนืด ทำให้หินหนืดในชั้นแมนเทิลที่มีอุณหภูมิและแรงดันสูงสามารถแทรกตัวขึ้นมาตามรอยแยกระหว่างแผ่นเปลือกโลกที่อยู่ใต้มหาสมุทร หินหนืดในชั้นแมนเทิล จึงทำหน้าที่เป็นตัวดันและพยุงให้แผ่นเปลือกโลกใต้มหาสมุทรเคลื่อนที่ และขยายตัวแยกออกจากกัน ทำให้เกิดแนวหินใหม่
ผลที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก
แผ่นเปลือกโลกมีการเคลื่อนที่เป็นไปอย่างช้าๆ ด้วยอัตราเร็วที่ต่ำมาก แต่มีแรงดันอย่างมหาศาล ทำให้ขอบอีกด้านหนึ่งของแผ่นเปลือกโลกเคลื่อนที่เข้าไปชนกับขอบแผ่นเปลือกโลกอีกแผ่นหนึ่ง เช่น แผ่นออสเตรเลีย เคลื่อนที่เข้าชนแผ่นยูเรเซีย การชนกันของแผ่นเปลือกโลกทั้งสองนี้ ทำให้บางบริเวณเกิดการเปลี่ยนแปลง คือแผ่นออสเตรเลียมุดตัวเข้าสู่ใต้แผ่นยูเรเซีย และมุดหายไปในส่วนแมนเทิลของโลกที่มีความร้อนสูงจึงทำให้เกิดการหลอมตัวของหินเปลือกโลก นอกจากนั้นการชนของแผ่นออสเตรเลีย และแผ่นยูเรเซียนี้ยังส่งผลให้เปลือกโลกบางส่วนถูกดันตัวขึ้นกลายเป็นภูเขาสูง เช่น บริเวณเทือกเขาหิมาลัย ซึ่งอยู่ทางตอนเหนือของประเทศอินเดีย
การเกิดแผ่นดินไหว ความร้อนจากแก่นโลกนอกจากจะทำให้แผ่นเปลือกโลกเคลื่อนที่ได้แล้วยังทำให้เปลือกโลกส่วนล่างขยายตัวได้มากกว่าผิวบน ทั้งนี้เพราะที่ผิวโลกมีอุณหภูมิต่ำกว่าแก่นโลกมาก และบริเวณผิวโลกยังมีการเปลี่ยนแปลงอุณภูมิอยู่ตลอดเวลา อิทธิพลนี้จะส่งผลกระทบต่อรอยแตกในชั้นหิน และรอยต่อระหว่างแผ่นเปลือกโลก การเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกทำให้เปลือกโลกเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลัน
ผลกระทบการเกิดแผ่นดินไหวอย่างรุนแรง ทำให้เปลือกโลกทรุดตัวลงอย่างรวดเร็วส่งผล ให้อาคารบ้านเรือน สิ่งก่อสร้าง เกิดการพังทลาย แผ่นดินถล่ม เกิดคลื่นขนาดใหญ่ในทะเล มนุษย์ ไม่สามารถยับยั้งการเกิดแผ่นดินไหวได้ เครื่องมือที่ใช้ในการตรวจสอบการเกิดแผ่นดินไหว เรียกว่า เครื่องวัดความไหวสะเทือนหรือไซโมกราฟ (Seismograph) ซึ่งจะบันทึกการสั่นไหวของแผ่นดิน การวัดแผ่นดินไหว ปัจจุบันใช้มาตราริกเตอร์ คือ กำหนดขนาด (magnitude) ของแผ่นดินไหวโดยใช้หลักการจากผลบันทึกของเครื่องวัดความเคลื่อนไหวสะเทือนมาตรานี้มีค่าตั้งแต่ 0 - 9 ริกเตอร์ แต่ถ้าเป็นมาตราเมอร์คัลลิปรับปรุงแล้วจะวัดความรุ่นแรงของผลลัพธ์ที่เกิดขึ้น โดยใช้มาตรา 12 ระดับ
แหล่งข้อมูล
http://anouchemistry.blogspot.com
http://www.baanjomyut.com/library_2/changes_in_the_earth/04.html
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น