• Share
  • Email
  • Embed
  • Like
  • Save
  • Private Content
โลกของเรา
 

โลกของเรา

on

  • 4,852 views

 

Statistics

Views

Total Views
4,852
Views on SlideShare
4,852
Embed Views
0

Actions

Likes
0
Downloads
26
Comments
0

0 Embeds 0

No embeds

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Adobe PDF

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

    โลกของเรา โลกของเรา Presentation Transcript

    • โลกของเรา(โครงสร้ างและส่ วนประกอบ)
    • 1.1 โครงสร้ างภายในของโลก• ข้อมลพื ้นฐานที่ได้จากการศกษาสํารวจโดยตรงนี ้ ประการแรกคือ ทําให้ ู ึ ทราบความเปลี่ยนแปลงทางอุณหภูมิตามความลึกของโลก (Geothermal Gradient) ที่มีคาอยูในช่วงประมาณ 20 – ่ ่ 25 องศาเซลเซียส ( °C) ตอความลก 1000 เมตร หรื อประมาณ ่ ึ 20 – 25 °C ตอ 1 กิโลเมตร และทราบว่าภายใต้ ผิวโลกลงไปมีหิน ่ หลอมเหลวเกิดขึ ้นได้ โดยความร้ ูจากกระบวนการระเบดของภเู ขาไฟ ิ
    • ตารางท่ี 1.1 โครงสร้างและองค์ประกอบของโลก ชั้นโครงสร้ าง ส่ วนประกอบทางเคมี สถานะบรรยากาศ (Atmosphere) N2 , O2 , H2O , CO2 และ ก๊าซเฉื่อย ก๊าซชีวภาพ (Biosphere) H2O , อินทรี ยสาร , และ วัสดุโครงสร้าง ของแข็งและของเหลว ที่มีสภาพเป็ น กระดูก คอลลอยด์อุทกภาค (Hydrosphers) น้ าเคม น้ าจืด หิมะ และน้ าแขง ํ ็ ํ ํ ็ ของเหลว (บางส่ วนเป็นของแขง) ็ธรณีภาค (Lithosphere) - เปลือกโลก แร่ ซิลิเกตทัวไป ่ ของแขง ็ - เนื้อโลกส่ วนบนสุ ดฐานธรณีภาค (Asthenosphere) - เนื้อโลก (mantle) แร่ ซิลิเกต ประเภท โอลิวน และ ี ของแขง ็ ไพรอกซี น หรื อในรู ปโครงสร้างอื่นๆ ที่ความดันสูง - แก่นโลก (core) โลหะผสมเหล็ก - นิกเกิล แก่นโลกชั้นนอกเป็ นของเหลว แก่นโลกชั้นในเป็ นของแข็ง
    • ถ้าพิจารณาส่ วนเปลือกแข็งของโลกที่เรี ยกว่า “ธรณีภาค”(Lithosphere) ดังตารางที่ 1.1 โดยอาศัยเทคโนโลยีการขุดเจาะในปั จจุบน ที่สามารถเจาะสํารวจได้ลึกสุ ดในช่วงไม่เกิน 10 ักิโลเมตร จากผิวโลก พบว่าองค์ประกอบส่ วนใหญ่เป็ นหิ น ่ ้อัคนี และหิ นแปร โดยมีหินชั้นประกอบอยูนอยมาก สามารถจําแนกตามประเภทและชนิดของหิ นโดยประมาณ พบเป็ นหิ นอคนี 95% หิ นดินดาน 4% หิ นทราย 0.75% หิ นปูน 0.25% ัโดยรวมหิ นแปรไว้ในหิ นต้นกําเนิดเหล่านี้แล้ว
    • ความรู ้เหล่านี้ศึกษาได้โดยตรงและเห็นได้จริ งบนส่ วนเปลือกแข็งของโลก ตามความลึกที่สามารถกระทําได้ แต่ที่ระดับความลึกมากกว่านี้จะเป็ นอย่างไรนั้น เราไม่สามารถศึกษาโดยวิธีตรงได้ จึงจําเป็ นต้องหาข้อมูลโดยวิธีการศึกษาทางอ้อมได้แก่วธีทางธรณี ฟิสิ กส์ ซึ่ งอาศัยคลื่นไหวสะเทือน (Seismic ิWaves) ที่สร้างขึ้น หรื อคลื่นที่เกิดจากแผ่นดินไหว(Earthquakes) ที่เกิดตามธรรมชาติตลอดจนวิธีศึกษาหาความรู ้จากวัตถุที่มาจากนอกโลกเช่น อุกกาบาต (Meteorites)เป็ นต้น
    • วิธีทางธรณี ฟิสิ กส์ จัดเป็ นวิธีการศึกษาโดยอ้อมที่ให้ขอมูล ้โครงสร้างภายในของโลกไดมากที่สุด โดยอาศัยคลื่นไหวสะเทือน ้ในทางทฤษฎีถาสมมุติฐานว่า หากภายในโลกมีความเป็ นเนื้ อ ้เดียวกันโดยตลอด คลื่นไหวสะเทือนที่ส่งผ่านลงไปภายในโลกจะมีความเร็ วคงที่และเดินทางเป็ นเส้นตรงผ่านตลอด (ภาพที่ 1.1-ก )แต่ตามทฤษฎีแล้ววัสดุจะถูกกดทับด้วยแรงดันสู งขึ้นอย่างต่อเนื่องและสมํ่าเสมอเมื่อระดับลึกเพิ่มขึ้น จึงทําให้คลื่นไหวสะเทือนเดินทางผ่านด้วยความเร็ วเพิ่มขึ้นทีละน้อยตามการเพิมขึ้นของแรงดัน ่ ่เส้นทางเดินของคลื่นจึงเบี่ยงเบนเล็กน้อยและทะลุผานวัสดุไปอย่างต่อเนื่อง (ภาพที่ 1.1-ข)
    • ข กภาพท่ ี 1.1 (ก) เส้ นทางเดินของคลื่นเป็ นเส้ นตรงเมื่อผ่านตัวกลางเนื ้อเดียวกันที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่น (ข) เส้ นทางเดินคลื่นที่มีความเร็วเพิ่มขึ ้น และ เบี่ยงเบนเล็กน้ อยเมื่อเดินทางผ่านตัวกลางที่มีเนื ้อเดียวกันแต่มีความหนาแน่นเพิ่มขึ ้นตามความลึก(จาก Tarbuck and Lutgens, 1993)
    • แต่ความเป็ นจริงไม่เป็ นเช่นนัน เนื่องจากพบว่ามีการขาดหายไปของสัญญาณคลื่นที่ ้ส่งผ่านลงไปกล่าวคือ ที่ 105 องศา (มุมระหว่างจุดกําเนิดคลื่นบนผิวโลก กระทํากับแก่นกลางของโลก และสถานีรับสญญาณคลื่น) ทังคลื่นปฐมภูมิ (P - wave) ที่เป็ นคลื่น ั ้ตามยาว กับคลื่นทุตยภูมิ (S - wave) ที่เป็ นคลื่นตามขวาง หรื อคลื่นเฉือน หายไปทุก ิสถานีรับคลื่นที่อยูระหว่าง 105° - 140° ไม่สามารถตรวจรับคลื่นทังสองชนิดได้ จะ ่ ้ตรวจรับสัญญาณคลื่นได้ อีกครังที่ 140° ขึ ้นไป แต่จะตรวจรับได้ เฉพาะคลื่นตามยาว ้เท่านัน ส่วนคลื่นทุติยภูมิสญญาณเบามากจนไม่สามารถรับสัญญาณได้ (ภาพที่ 1.2) ้ ั
    • ก ภาพที่ 1.2 (ก) แสดงสัญญาณคลื่นขาดหายไป บริเวณบอดคลื่นปฐมภมิ (ข) แสดงบริเวณบอด ู คลื่นทุติยภมิ(จาก Tarbuck and Lutgens, 1993) ูข
    • แสดงว่าคลื่นคงต้องเดินทางไปกระทบกับผิวสัมผัสระหว่างชั้น(Interfaces) ที่มีความหนาแน่นแตกต่างกัน แล้วเกิดการหักเหคลื่นไปปรากฏอีกครั้งที่ 140° เรียก บริเวณบอดคล่ืนช่วง 105° - 140° น้ ีวา ่“บริเวณบอดคลืนปฐมภูม” (P - Wave Shadow Zone) ดงภาพท่ี 1.2 ก และ ่ ิ ัเรียกบริเวณหลง 105° ทั้งหมดเป็ น “บริเวณบอดคลืนทุตยภูม” (S - ั ่ ิ ิWave Shadow Zone) ดงภาพท่ี 1.2 ข ผวสมผสระหวางช้ นท่ีสะทอน ั ิ ั ั ่ ั ้และหกเหคล่ืนดงกล่าว อยท่ีระดบความลึกเท่าใด ใชวธีการตรวจวดจาก ั ั ู่ ั ้ิ ัเวลาเดินทางสะท้อนกลับของคลื่นมายังสถานีรับสัญญาณ ดังการทดลองระเบิดนิวเคลียร์ท่ีเนวาดา สหรัฐอเมริกา ซ่ ึงวางชุดเคร่ื องตรวจรับสญญาณัคล่ืนไหวสะเทือน ไวท่ีมลรัฐมอนตานา (ภาพท่ี 1.3) ้
    • ภาพที่ 1.3 การทดลองระเบิดนิวเคลียร์ และตรวจวัดเวลาเดินทางของคลื่นเพือคํานวณ ่ความลึกของผวสะทอนคลื่น ทาใหตรวจพบผวสะทอนเพิ่มข้ ึนอีกหน่ ึงช้ น ระหวางแก่นโลก ิ ้ ํ ้ ิ ้ ั ่ ชั้นในกับแก่นโลกชั้นนอก (จาก Tarbuck and Lutgens, 1993)
    • ข้อมูลที่ได้จากการศึกษาทางด้านธรณี ฟิสิ กส์เหล่านี้ สามารถนํามาสร้างแบบจําลองทางทฤษฎี แสดงการกระจายลักษณะความเร็ วคลื่นตามความลึก ดังภาพที่ 1.4 ซึ่งเดิมที นายบูลเลน (Bullen, 1949) ได้แบ่งชั้นโครงสร้างภายในของโลกตามการเปลี่ยนแปลงความเร็ วคลื่น โดยกําหนดอักษรแทนแต่ละชั้นต่างๆดงกล่าวเป็นช้ น A B C D E F และ G จากผิวโลกถึงแก่นโลกตามลําดับ แต่ ั ัปัจจุบนนิยมใชคาสื่อความหมายแทน เป็นช้ นเปลือกโลก (Crust) ช้ นเน้ือโลก ั ้ ํ ั ั(Mantle) ช้ นแก่นโลก (Core) เป็ นต้น จากแบบจําลองภาพตัดขวางความเร็ วตาม ัความลึกดังกล่าว พบว่าที่ความลึก 100 กิโลเมตร ความเร็ วคลื่นลดลงอย่างเด่นชด จดเป็นช้ นผวขอบบนของช้ นที่มีความเร็วคลื่นไหวสะเทือนต่า (Low ั ั ั ิ ั ํVelocity Zone) โดยในชั้นเนื้อโลกส่ วนบนนี้ยงพบความเบี่ยงเบนความเร็ วคลื่น ัชดเจนไดอีกที่ระดบ 400 และ 650 หรื อ 700 กิโลเมตร ซึ่ งเชื่อว่าเป็ นผลจากความ ั ้ ัแปรเปลี่ยนโครงสร้างของแร่ หรื อองค์ประกอบทางเคมี มีความแตกต่างกันอย่างใดอย่างหนึ่ง
    • ภาพที่ 1.4 ลกษณะความแปรปรวนความเร็วของคลื่นปฐมภมิ และคลื่นทุติยภมิตามความลึก ั ู ู ํท่ีใช้กาหนดช้ นโครงสร้างภายในของโลก (ปรับแปลงจาก Tarbuck and Lutgens, 1993) ั
    • คลื่นปฐมภูมิ และคลื่นทุติยภูมิมีความเร็ วลดลงชัดเจนมากสุ ดที่ระดับ 2,885กิโลเมตร (~ 2,900 กิโลเมตร) เป็นผวสะทอน/หกเหคลื่นที่ใชกาหนดช้ นรอยต่อ ิ ้ ั ้ ํ ัระหว่างแก่นโลกกับเนื้อโลก และพบว่าคลื่นทุติยภูมิไม่สามารถส่ งผ่านตัวกลางที่มีสถานะของเหลวของช้ นแก่นโลกช้ นนอกโดยคลื่นปฐมภูมิมีความเร็วลดลง ั ัจนกระทงเคลื่อนที่เขาสู่ แก่นโลกช้ นใน ความเร็วคลื่นปฐมภูมิจึงเพิ่มข้ ึนอีกคร้ ัง ั่ ้ ั(ภาพที่ 1.4) สามารถสรุปลกษณะของแต่ละช้ นภายในโลกไดดงนี้ ั ั ้ั 1. เปลือกโลก (Crust) นับจากผิวโลกถึงระดับเฉลี่ย 30 - 50 กิโลเมตร บริ เวณเปลือกทวีป หรื อถึงระดับ 10 - 12 กิโลเมตร ในบริเวณเปลือกrnhoสมุทร มีผิวสัมผัสกั้นความไม่ต่อเนื่องระหว่างชั้นเปลือกโลกกับชั้นเนื้อโลกที่อยูขางล่าง ่ ้เป็นช้ นความไม่ต่อเนื่องที่เรียกวา “ชั้ นความไม่ ต่อเนื่องโมโฮโรวิซิก” ั ่ ่(Mohorovicic Discontinuity) หรื อเรี ยกโดยย่อว่า ชั้น โมโฮ อยูที่ระดับความลึกดังกล่าวข้างต้น โดยเปลี่ยนแปลงไปตามความลึกของเปลือกโลกดังกล่าว
    • 2. ชั้นเนือโลกส่ วนบน (Upper Mantle) อยูใต้ช้ นเปลือกโลกลงไปถึงระดับ 400 กิโลเมตร ้ ่ ัพบวามีความแปรปรวนทางความเร็วคลื่นไหวสะเทือนอยางมาก แสดงความไม่เป็นเน้ือเดียวกน ่ ่ ัอย่างกว้างขวาง (Regional Heterogeneous) ทั้งทางดิ่งและทางราบ พบบริ เวณที่ความเร็ วคลื่นไหวสะเทือนตํ่า บางช่วงภายในชั้นนี้ ที่ระดับความลึกในช่วง 100 - 250 กิโลเมตร จากผวโลก ิ3. ชั้นทรานซิชัน (Transition Zone) อยระหวางความลึก 400 - 1000 กิโลเมตร สังเกต ู่ ่ได้จากกราฟความเร็ วที่มีความชันเพิ่มขึ้น ซึ่ งแสดงว่ามีความเร็ วสูงขึ้น ซึ่ งปัจจุบนพบว่าบริ เวณที่ ัมีความเร็ วคลื่นสู งสุ ดชัดเจนที่ระดับความลึก 400 และ 650 กิโลเมตร 4. ชั้นเนือโลกส่ วนล่ าง (Lower Mantle) นบจากระดบลึก 1,000 กิโลเมตร ถึง ระดับ ้ ั ั2,900 กิโลเมตร จดจําสังเกตได้จาก ชั้นนี้มีความเร็ วคลื่นปานกลาง กราฟความเร็ วคลื่นจึงเอียงพอประมาณ และเพิ่มข้ ึนอยางค่อยเป็นค่อยไป แสดงลกษณะเทียบเคียงแลวค่อนขางเป็นเน้ือหน่ ึง ่ ั ้ ้เดียวกัน (Uniform) ยกเว้นที่ระดับ 2,700 และ 2,900 กิโลเมตร อาจพบวาความเร็วคลื่นลดลง ่เล็กน้อย บางครั้งเพือความสะดวก อาจนับรวมชั้นนี้และชั้นทรานซิ ชนเข้าด้วยกัน เรี ยกเป็ น “เนือ ่ ั ้โลกระดับลึก” (Deep Mantle) นันเอง ชั้นนี้ถกกั้นออกจากแก่นโลกด้วยผิวสัมผัสกั้นความไม่ ่ ูต่อเนื่องที่เรี ยกว่า “ชั้ นความไม่ ต่อเนื่องกูเท็นเบิร์ก” (Gutenberg Discontinuity)
    • 5. ชั้นแก่ นโลก (Core) นับจากระดับ 2,900 กิโลเมตร ลงไปเป็ นช่วงที่ปรากฏชั้นความไม่ต่อเนื่องของความเร็ วคลื่นไหวสะเทือนเด่นชัดมาก ซึ่งที่ระดับ 2,900กิโลเมตร นี้ คลื่นปฐมภูมิลดความเร็ วลงอย่างฉับพลัน แล้วกลับเพิ่มขึ้นใหม่อีกครั้งขณะที่คลื่นทุติยภูมิน้ นหายไป แบ่งได้เป็ น 2 ส่วน คือ “แก่นโลกส่ วนนอก” ั(Outer Core) และ “แก่นโลกส่ วนใน” (Inner Core) โดยแยกกนไดดวยรอยไม่ ั ้้ต่อเนื่อง “เลอห์ มานน์ ” (Lehmann Discontinuity) และเนื่องจากคลื่นทุติยภูมิไม่สามารถเดินทางผ่านวัตถุที่เป็ นของเหลวได้ การที่ไม่ปรากฏคลื่นทุติยภูมิหลังระดับ 2,900 กิโลเมตร น้ น ทาใหเ้ ชื่อไดวาแก่นโลกส่วนนอกดงกล่าวควรมี ั ํ ้่ ัสภาพเป็นของเหลว (Liquid Outer Core) นนเอง ั่
    • จากการสํารวจโดยวิธีทางอ้อมด้วยคลื่นไหวสะเทือน ทําให้เราทราบช่วงความลึกต่าง ๆ(DepthRegions) ภายในโลก ถ้าสามารถหาความหนาแน่น โดยวิธีอื่น ๆ ในแต่ละช่วงความลึกได้ ก็จะสามารถประเมินองค์ประกอบทางเคมีของแต่ละช่วงความลึกได้เช่นกัน วิธีทางธรณี ฟิสิ กส์จดเป็ นวิธีการทางอ้อมที่ ัสําคัญเช่นเคย กล่าวคือทําให้เราทราบความหนาแน่นภายในโลกได้ หลายวิธีได้แก่ 1. ผลการคํานวณด้วยวิธีคลื่นทุติยภูมิผกผัน (Inversion S - wave Method) ตรวจพบว่า ชั้นเนื้อโลกมีความหนาแน่น 3.33 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร (gm/cc) และเปลือกโลกมีค่า 2.88 gm/cc 2. ผลการคํานวณด้วยวิธีผกผันแบบมอนเตคาร์โล (The Monte Carlo - Inversion Method) พบว่าที่ช้ นเนื้อโลกในระดับลึก 350 - 400 กิโลเมตร มีค่าความหนาแน่นเฉลี่ย 3.41 - 3.48 ัgm/cc 3. ผลการคํานวณค่าอัตราส่ วนพัวส์ซอง (Poisson’s Ratio) ของชั้นเนื้อโลกส่ วนบนมีค่า ่ ั อยูระหว่าง 0.245 - 0.260 ซึ่งเทียบได้กบค่าอัตราส่ วนพัวส์ซองของแร่ ฟอร์สเตอไรต์-โอลิวน ี(Forsterite- Olivine) โดยประมาณการประมวลหา (Estimated) ความแปรปรวน (Variation) ทางด้าน ความดัน อุณหภูมิ และความหนาแน่นภายในโลก จากการเปลี่ยนแปลงความเร็ วคลื่นไหวสะเทือนดังกล่าว แสดงไว้ดงภาพที่ 1.5 ั
    • ภาพที่ 1.5 (ก) ผลการประมวลหา ค่าความแปรปรวนทางอุณหภมิ (ข) ความหนาแน่น และ ูความดันที่แปรเปลี่ยนตามความลึก (จาก Jacobs et al., 1974 ; Bullen , 1979)
    • 1.2 ส่ วนประกอบทางเคมีของโลก (Chemical Composition) โดยการประเมินทางออม จากวธีทางธรณีฟิสิกส์ ทาใหเ้ ราทราบโครงสร้างภายในของ ้ ิ ํ โลก และค่าความแปรปรวนทางความดนอุณหภูมิ และความหนาแน่นแลวน้ น ปัญหาเรื่อง ั ้ ัองคประกอบทางเคมีของแต่ละช้ นใตเ้ ปลือกโลกลงไปเป็นอยางไร ยงคงตองหาคาตอบกนต่อไป ์ ั ่ ั ้ ํ ัซ่ ึ งส่วนใหญ่ไดขอมูลจากวธีการศึกษาทางออมเช่นเดียวกน โดยเฉพาะอยางยง การศึกษาโดย ้ ้ ิ ้ ั ่ ิ่ทางออมจากวตถุที่มาจากนอกโลก (Extraterrestial ; E.T.) ได้แก่การประเมินเทียบเคียงจาก ้ ัอุกกาบาต (Meteorites) เป็ นต้น ผลการคานวณองคประกอบทางเคมีรวมของโลก (Bulk Composition) แสดงได้ดงตารางที่ ํ ์ ั1.2 ซ่ ึ งจะเห็นไดวาองคประกอบรวมของโลกน้ น มีธาตุหลก ๆ อยู่ 4 ตัว เท่านั้น คือ ธาตุเหล็ก ้่ ์ ั ั ั ้ออกซิเจน ซิลิกอน และแมกนีเซียม ซ่ ึ งมีปริมาณรวมกนแลวมากถึง 90% ของท้ งหมด ัโดยประมาณ ส่ วนธาตุที่มีปริ มาณเกิน 1% ไดแก่ นิกเกิล แคลเซียม อลมิเนียม และกามะถน ้ ู ํ ั ู่ ่(ซัลเฟอร์ ) ที่เหลือมีปริมาณอยระหวาง 0.1 - 1.0% มีท้ งหมด 7 ธาตุ คือ โซเดียม โพแทสเซียม ัโครเมียม โคบอลต์ ฟอสฟอรัส แมงกานีส และไทเทเนียม
    • ตารางที่ 1.2 ผลการคํานวณส่ วนประกอบมวลรวมของโลก(จาก Ganapathy and Anders, 1974) ธาตุ โลหะ ทรอยไลต์ ซิลิเกต รวม เหล็ก 24.58 3.37 6.68 34.63 นิกเกิล 2.39 2.39 โคบอลต์ 0.13 0.13 ซัลเฟอร์ 1.93 1.93 ออกซิเจน 29.53 29.53 ซิลิกอน 15.20 15.20 แมกนี เซี ยม 12.70 12.70 แคลเซี ยม 1.13 1.13 อะลูมิเนี ยม 1.09 1.09 โซเดียม 0.57 0.57 โครเมียม 0.26 0.26 แมงกานีส 0.22 0.22 ฟอสฟอรัส 0.10 0.10 โพแทสเซี ยม 0.07 0.07 ไทเทเนี ยม 0.05 0.05 รวม 27.10 5.30 67.60 100.00
    • ้่ จึงเห็นไดวาโลกของเราประกอบข้ ึนดวยธาตุ 14 - 15 ธาตุ หลัก ้เท่านั้น ที่เหลือเป็ นธาตุที่มีปริ มาณน้อยมาก คือตํ่ากว่า 0.1% ทั้งหมดนี้เป็ นองค์ประกอบของชั้นเนื้อโลกกับชั้นแก่นโลกถึง 99% เน่ืองจากมวลของเปลือกโลกน้อยมาก เมื่อเทียบกับเนื้อโลกและแก่นโลกรวมกัน(ตารางท่ี 1.3) องค์ประกอบรวมเหล่านี้ สามารถคํานวณแยก เป็ นส่ วนๆ ตามโครงสร้างของโลกไดเ้ ป็นองคประกอบช้ นเน้ือโลก (ตารางท่ี 1.4) ์ ัองค์ประกอบเปลือกโลก (ตารางท่ี 1.5) ส่ วนแก่นโลกนั้นหาได้โดยเอาองคประกอบของเปลือกโลกและเน้ือโลก หกลบออกจากองคประกอบ ์ ั ์รวมน้ นเอง ซ่ ึ งสรุปองคประกอบส่วนต่าง ๆ ของโลกไดดงน้ ี ั ์ ้ ั
    • 1.2.1 องค์ ประกอบของแก่นโลก แนวคิดที่วาแก่นโลกเป็นโลหะผสมระหวาง นิกเกิลกบเหลก (Ni - Fe ่ ่ ั ็Metallic Alloy) น้ นยงคงเป็นที่ยอมรับกนถึงปัจจุบน แต่คงไม่ใช่นิกเกิลกบเหลก ั ั ั ั ั ็บริสุทธ์ ิลวนๆ เนื่องจากแก่นโลก ช้ นนอกมีธรรมชาติเหมือนจะเป็นของไหล ้ ั(Fluid) เนื่องจากคลื่นทุติยภูมิไม่สามารถเดินทางผานได้ ถาเป็นนิกเกิลและเหลก ่ ้ ็ล้วน ๆ ทั้งหมดความหนาแน่นรวมของโลกจะมีค่าสู งมากเกินไป ดังนั้นจึงควรจะมีธาตุเบากว่านี้มาประกอบกันอยูบาง โดยธาตุที่น่าเป็ นไปได้มีอยู่ 2 ตว คือ ่ ้ ักํามะถันกับออกซิเจน ซึ่งบางกลุ่มก็เชื่อว่าน่าจะเป็ นออกซิเจนมากกว่ากํามะถันแต่ปัจจุบนเราพบมลทินของกามะถนในอุกกาบาตไดบ่อยกวาออกซิเจน โดยพบ ั ํ ั ้ ่ในอุกกาบาตชนิด ซี - 1 คอนไดรต์ (C1 Chondrite Meteorite) เป็ นปริ มาณถึง ํประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์โดยนํ้าหนัก ซึ่งปริ มาณ 10 เปอร์เซ็นต์กามะถันดังกล่าวนี้ถารวมกนกบโลหะผสมนิกเกิล เหลก แลวจะทาใหค่าความหนาแน่นของแก่น ้ ั ั ็ ้ ํ ้โลก และความหนาแน่นรวมถูกต้องใกล้เคียงพอดี
    • 1.2.2 องค์ ประกอบของเนือโลก ้ จากแนวคิดที่วาส่วนของแก่นโลกเป็นโลหะผสมน้ น องคประกอบของช้ นเน้ือโลก ่ ั ์ ั(ตารางที่ 1.4) จึงเชื่อวา น่าจะตองเบากวา จึงควรประกอบข้ ึนดวยองคประกอบซิลิเกต ่ ้ ่ ้ ์(Silicate Composition) เป็ นหลัก จากผลการวเิ คราะห์ทางคลื่นไหวสะเทือน เราทราบวาช้ นเน้ือโลกส่วนบนคอนขางจะมี ่ ั ่ ้ความแปรปรวนทางองคประกอบอยางมากไม่เป็นเน้ือหน่ ึ งเดียวกน ดงน้ นองคประกอบซิลิ ์ ่ ั ั ั ์เกตดงกล่าวของช้ นเน้ือโลกเป็นอยางไรกนแน่ ตองอาศยหลกฐานจากหลาย ๆ ทางเขามา ั ั ่ ั ้ ั ั ้อธิบายในธรรมชาติเราพบวสดุที่เชื่อวามีกาเนิดมาจากส่วนลึกใตเ้ ปลือกโลกหลายอยางเช่น ั ่ ํ ่โนดูล์ (Nodules) ของหิ นอื่น ๆ ในสายแร่คิมเบอร์ ไลต์ (Kimberlite pipe) หรือพบหินแปลกปลอม (Xenolith) ในหิ นบะซอลต์ (Basalt) เป็ นต้น หิ นแปลกปลอมเหล่านี้ มักเป็ นหิ นอัคนีสีเข้มจัด (Ultrabasic rocks) ได้แก่ เพริ โดไทต์ (Peridotite) เลอร์โซไลต์ (Lherzolite)ไพรอกซี ไนต์ (Pyroxenite) และ เอโคลไจต์ (Eclogite) เป็นตน วสดุปลอมปนหรือหิน ้ ัเหล่าน้ ีมกประกอบไปดวยแร่โอลิวน (Olivine) ไพรอกซี น (Pyroxene) การ์ เนต (Garnet) ั ้ ีและอาจจะมีแร่นิล (Spinel) แร่แอมฟิโบล (Amphiboles) ประกอบอยบางส่วน ู่
    • ที่สาคัญก็คือแร่ ประกอบหิ นแปลกปลอมเหล่านี้พบว่ามีเสถียรภาพภายใต้ ํอุณหภูมิ ความดัน สูงถึง 1,300 องศาเซลเซียส ที่ความดัน 41 กิโลบาร์ (Kbars)หรื อประมาณที่ความลึก 135 กิโลเมตร ซ่ ึ งอยในช่วงของช้ นเน้ือโลกส่วนบนที่ ู่ ั ่ช่วงโซนคลื่นความเร็ วตํ่าพอดี และแร่ เหล่านี้ยงพบว่ามีคาความหนาแน่นลงตัว ัเหมาะเจาะกับผลทางธรณี ฟิสิ กส์ที่กล่าวมาแล้ว คือมีค่าประมาณ 3.33 ถึง 3.40กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร สิ่ งที่น่าสนใจอีกประการก็คือ ที่ระดับลึก 100 - 150 กิโลเมตร นั้น เราพบช่วงความเร็ วตํ่าของคลื่นไหวสะเทือน ซึ่งเชื่อว่าเกิดจากการหลอมตัวบางส่ วน(Partially Melting) ประมาณ 1 เปอร์เซนต์ จากวัสดุที่มีองค์ประกอบซิลิเกต ้ ้ ั ัเขมขนกลายเป็นหินหนืด เมื่อรวมตวกนมากข้ ึน อาจจะยกตวแทรกตดช้ นหิน ั ั ัเปลือกโลกขึ้นมาเป็ นลาวาของหินบะซอลต์ วสดุที่หลอมตวไม่หมดหรือหลอม ั ัไม่ได้อาจถูกอุมขึ้นมาด้วย ้
    • ตารางที่ 1.3 มวล ปริ มาตร และอื่นๆ ของชั้นโครงสร้างโลก ช่วงชั้นต่างๆ โครงสร้าง/ช่วงช้ัน ความลก ึ ความหนา ปริมาตร ความหนาแน่นเฉลย ่ี มวล สั ดส่ วนมวล คุณลักษณ์ ถึงผิวสัมผัส เฉลี่ย (1020 เมตร3) (กรัม /ลกบาศก์เซนตเิ มตร) ู (1023 กโลกรัม) ิ (%) (กโลเมตร) ิ (กโลเมตร) ิช้ น ั 0.000051 0.00008บรรยากาศ 3.75 0.0138 1.02 0.0141 0.0240ชั้นนํ้า A 17 0.1021 2.80 0.286 0.48 ไม่เป็นเน้ื อเดียวกน ั5-33*ช้ นเปลือก ัโลก B ไม่เป็นเน้ื อเดียวกน ั984 C 2883 9.00 4.50 40.16 67.10 ช่วงคาบเกี่ยว2898413 D น่าจะเป็ นเนื้ อเดียวกัน ชั้นแมนเทิล E ั ของเหลวเน้ื อเดียวกน 6371 F 3473 1.76 11.00 19.36 32.40 ช่วงคาบเกี่ยวจุดศูนย์กลาง5121 G (รัศมี) แก่นในของแข็ง4892ชั้นแก่นโลก รวม 6371 10.83 5.52 59.76 100.00 * ความหนาเปลือกทวีปเฉลี่ย 33 กิโลเมตร และเปลือกสมุทรเฉลี่ย 5 กิโลเมตร
    • ตารางท่ี 1.4 ผลคานวณร้อยละขององคประกอบช้ นเน้ือโลก ํ ์ ัสารประกอบ จากอุกกาบาต แบบจําลองไพโรไลต์ จากหินเลอร์ โซไลต์ 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
    • ส่วนท่ีระดบลึก 400 - 900 ถึง 1,000 กิโลเมตร ซ่ ึ งเป็นช่วงชั้นท ัรานซิชน พบว่าเป็ นช่วงที่มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง (Transform ัStructure Zone) ของออร์โธรอมบิก โอลิวน ไปเป็ นโครงสร้างแบบ ีกลุ่มแร่ นิล ช้ นเน้ือโลกส่วนล่าง ระดบต่อจากทรานซิชนไปถึงระดับ 2,900 ั ั ักิโลเมตร พบวาองคประกอบค่อนขางเป็นเน้ือหน่ ึงเดียวกน ซ่ ึ ง ่ ์ ้ ัประกอบด้วยธาตุเหล็กในปริ มาณที่มากขึ้นกว่าชั้นเนื้อโลกส่ วนบนและเป็ นของผสมระหว่างแร่ ที่มีองค์ประกอบเป็ นเหล็ก - แมกนีเซี ยมซิลิเกต (Mg - Fe) SiO3 กับเหล็ก - แมกนีเซียมออกไซด์ (Mg - Fe)Oและยังคงพบว่ามีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของแร่ ตามความลึกเช่นเดียวกบชั้นทรานซิชน ั ั่
    • 1.2.3 องค์ประกอบของเปลือกโลกเปลือกโลกเป็นส่วนเดียวท่ีเราศึกษาไดจากวธีตรง ซ่ ึ งผลการวเิ คราะห์ ้ ิหิ นทัวโลกพบว่ามีองคประกอบทางเคมีของส่วนเปลือกทวปกบเปลือก ่ ์ ี ัสมุทร (ตารางท่ี 1.5) เป็นหินซิลิเกตทวไป (Normal Silicate Rocks) ั่โดยส่ วนเปลือกทวีปมีองค์ประกอบซิ ลิเกตที่มากด้วยซิ ลิกอน (Si) กบัอลูมิเนียม (Al) ซ่ ึ งเป็นองคประกอบแบบหินแกรนิต จึงเรียกเปลือก ์ ่ทวีปนี้วา “ไซอล” (SIAL) หรื อ “เปลือกโลกส่ วนที่มีองค์ประกอบแบบ ัหิ นแกรนิต” นนเอง ั่
    • ตารางท่ี 1.5 ผลคานวณร้อยละขององคประกอบของช้ นเปลือกโลก ํ ์ ัสารประก องค์ ประกอบ เปลือก เปลือก รวม * เปลือก เปลือก รวม * เปลือกทวีป เปลือกทวีป อบ รวม * สมุทร ทวีป สมุทร ทวีปออกไซด์ ( and (Poldervaart , 1955) (Ronov and Yaroshevskly , ( 1964) (Goldschm , 1924) 1976) idt, 1954) 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 (เหล็ก 3.6 รวม) 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 K2 O 3.1 1.0 2.3 1.9 0.3 2.1 1.7 2.5 3.4 H2 O 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)
    • ส่วนเปลือกสมุทรมีองคประกอบซิลิเกตของพวกเหลกแมกนีเซียม (Mg) กบ อลมิเนียม ์ ็ ั ู และซิลิกอน จึงเรียกเปลือกสมุทรวา “ไซมา” (SIMA) ช้ นเปลือกสมุทรน้ ีแผตวต่อเนื่อง ่ ั ่ ั ั ี ั ั ่ ์ ่ไปจนถึงช้ นรองรับเปลือกทวป ซ่ ึ งเดิมทีมกเชื่อกนวามีองคประกอบอยางหิ นบะซอลต์ จึง ่เรี ยกว่า “เปลือกโลกมีองคประกอบอยางหิ นบะซอลต์” (Basaltic Crust) มีความถ่วงจําเพาะ ์3.0 แต่ปัจจุบนส่วนที่รองรับเปลือกทวปน้ ีเชื่อวาน่าจะมีองคประกอบคลายหินเพริโดไทต์ ั ี ่ ์ ้(Peridotitic Composition) ซึ่ งมี ความถ่วงจําเพาะ 3.3 จึงสรุปโครงสร้างภายในของโลกไดดงภาพที่ 1.6 และภาพที่ 1.7 ซึ่ งสามารถจําแนก ้ ัตามคุณสมบัติทางวัสดุได้กว้างๆ 2 ส่วนคือ 1. ช้ นธรณีภาค (Lithosphere) คือส่ วนที่มีคุณสมบัติเป็ นของแข็งมีความแกร่ ง (rigid ัsolid)นบรวมเอาส่วนเปลือกโลกถึงบางส่วนของช้ นเน้ือโลกส่วนบน ในระดบจากผิวโลก ั ั ัถึงลึกไม่เกิน 100 กิโลเมตร 2. ชั้นฐานธรณี ภาค (Asthenosphere) นบจากระดบประมาณ 100 กิโลเมตร ต่อจากช้ น ั ั ั ธรณีภาคลงไป มีสมบติพลาสติกมากข้ ึน พร้อมที่จะไหลได้ องคประกอบหลกของ ั ์ ัโลก ท้ งสองส่วนน้ ี มีบทบาทอยางยงต่อการเคลื่อนที่ของมวลเปลือกโลกขนาดใหญ่ ซ่ ึ งจะ ั ่ ิ่ได้กล่าวถึงในหัวข้อต่อไป
    • ภาพที่ 1.6 แสดงโครงสร้างช่วงชั้นหลัก ๆ ของโลกคือ ชั้นธรณี ภาค และชั้นฐานธรณี ภาค(จาก Tarbuck and Lutgens, 1993)
    • ภาพที่ 1.7 แสดงโครงสร้างภายในของโลกที่ได้จากผลการศึกษาทั้งหมด (จาก Tarbuck and Lutgens,1993)