โครงสร้างของโลก (Structure of the Earth) - เนชั่นแนล จีโอกราฟฟิก ฉบับภาษาไทย

โครงสร้างของโลก (Structure of the Earth)

โครงสร้างของโลก

หลังการถือกำเนิดเมื่อกว่า 4,500 ล้านปีที่แล้ว โลก (Earth) ผ่านการปะทะและหลอมรวมกันของสสาร กลุ่มก๊าซ และธาตุต่างๆ มากมาย จากเศษซากการกำเนิดของดวงอาทิตย์ในระบบสุริยะ จนมีมวล ขนาดและรูปร่างอย่างที่เราเห็นอยู่ในปัจจุบัน แต่ความเคลื่อนไหวและการเปลี่ยนแปลงภายในดาวเคราะห์หินดวงนี้ไม่เคยหยุดนิ่ง

การเปลี่ยนแปลงที่ก่อให้เกิดทั้งประโยชน์และอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต ดังนั้น โครงสร้างของโลก และองค์ประกอบภายใน จึงยังคงเป็นหัวข้อสำคัญ สำหรับนักวิทยาศาสตร์ในการศึกษาและทำความเข้าใจต่อดาวเคราะห์ดวงเดียวในจักรวาล ณ ขณะนี้ ที่มีปัจจัยสมบูรณ์ต่อการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิต

การศึกษาโครงสร้างโลก

มนุษย์ทำการศึกษาโครงสร้างภายในของโลกผ่านการสังเกต การเก็บหลักฐาน และการทดลองทางวิทยาศาสตร์มากมาย เช่น  การศึกษาผ่านหินแปลกปลอม (Xenolith) ซึ่งถูกนำพาขึ้นมาบนผิวโลกพร้อมกับลาวา จากการปะทุ หรือการระเบิดของภูเขาไฟ การขุดเจาะและการสำรวจใต้พิภพ และภายใต้พื้นดินที่ลึกลงไปนี้ องค์ประกอบบางส่วนของโลกยังคงเป็นหินหลอมเหลวอยู่ รวมถึงการศึกษาหินอุกกาบาต (Meteorite) ซึ่งเป็นวัตถุที่เหลือจากการกำเนิดของระบบสุริยะ ทำให้นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่าส่วนหนึ่งของวัตถุก่อกำเนิดนี้ ทำให้โลกของเรามีเหล็ก (Fe) และนิกเกิล (Ni) เป็นองค์ประกอบหลัก

อ่านเพิ่มเติมเรื่อง ดาวฤกษ์

นอกจากนี้ นักวิทยาศาสตร์ยังได้นำคลื่นไหวสะท้อน (Seismic waves) เพื่อศึกษาโครงสร้างภายในของโลก คลื่นไหวสะท้อน คือ คลื่นกลที่เกิดจากแรงสั่นสะเทือนของแผ่นดินไหว รวมถึงแรงสั่นสะเทือนจากการระเบิด การเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลก และแรงสั่นสะเทือนที่มนุษย์สร้างขึ้น โดยที่คลื่นไหวสะท้อนนี้ สามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ

คลื่นไหวสะเทือน, การศึกษาโครงสร้่างของโลก, โครงสร้างของโลก
ภาพแสดงทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่นที่เดินทางผ่านชั้นต่างๆ ของเปลือกโลก

1) คลื่นในตัวกลาง (Body wave) คือ คลื่นที่สามารถเคลื่อนที่ผ่านตัวกลาง หรือ คลื่นที่สามารถเดินทางผ่านเข้าไปในเนื้อโลกได้ในทุกทิศทาง ประกอบไปด้วย

  • คลื่นปฐมภูมิ (Primary wave: P wave) คือ คลื่นตามยาวที่สามารถเคลื่อนผ่านตัวกลางได้ทุกสถานะ ทั้งตัวกลางที่เป็นของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ คลื่นปฐมภูมิเป็นคลื่นไหวสะท้อนที่มีความเร็วสูงสุด (ราว 7 กิโลเมตร/วินาที) ส่งผลให้สถานีวัดแรงสั่นสะเทือนสามารถตรวจรับได้ก่อนคลื่นชนิดอื่น
  • คลื่นทุติยภูมิ (Secondary wave: S wave) คือ คลื่นตามขวางที่สามารถเคลื่อนที่ผ่านได้เฉพาะตัวกลางที่เป็นของแข็ง มีความเร็วต่ำ (ราว 4 กิโลเมตร/วินาที)

2) คลื่นพื้นผิว (Surface wave) เป็นคลื่นที่เคลื่อนที่บนพื้นผิวโลกเท่านั้น และเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่ต่ำกว่าคลื่นในตัวกลาง

ทั้งนี้ การศึกษาโครงสร้างของโลกนั้น ใช้คุณสมบัติของคลื่นในตัวกลางเป็นหลัก ซึ่งเมื่อคลื่นเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางต่างชนิดกันที่มีความหนาแน่นต่างกัน จะทำให้คลื่นเกิดการเปลี่ยนแปลง ทั้งอัตราเร็ว การหักเหและการสะท้อน ดังนั้น หากโลกเป็นเนื้อเดียวกันทั้งหมด คลื่นจะมีความเร็วคงที่และเป็นเส้นตรง แต่จากการใช้คลื่นไหวสะท้อนสำรวจโครงสร้างของโลก คลื่นไม่ได้เคลื่อนที่เป็นเส้นตรง และมีบางพื้นที่ที่ไม่สามารถรับคลื่นทั้ง 2 นี้ได้ หรือ ที่เรียกว่า “เขตอับคลื่น” (Shadow zone) ซึ่งเป็นผลจากการสะท้อนและหักเหของคลื่น ทำให้นักวิทยาศาสตร์ได้ข้อสรุปว่า โลกไม่ได้เป็นเนื้อเดียวกันและไม่ได้เป็นของแข็งทั้งหมด

โครงสร้าของโลก
โครงส้างของโลกชั้นต่างๆ

การแบ่งชั้นโครงสร้างของโลก

จากการศึกษาหลักฐานทางธรณีวิทยาและผลของคลื่นไหวสะท้อน ทำให้นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าโลกสามารถแบ่งโครงสร้างออกเป็นชั้น ตามคุณสมบัติทางกายภาพและองค์ประกอบทางเคมี รวมถึงองค์ประกอบของธาตุและสารประกอบ ซึ่งแยกอยู่ในแต่ละชั้นใต้ผิวโลกตามความหนาแน่นที่แตกต่างกัน โดยมีธาตุที่หนักกว่าจมอยู่ลึกลงไปในแก่นโลก เช่น เหล็ก (Fe) และนิกเกิล (Ni) ส่วนธาตุที่เบากว่า เช่น ออกซิเจน (O) ซิลิคอน (Si) และแมกนีเซียม (Mg) กลายเป็นองค์ประกอบหลักในพื้นผิวชั้นนอกของโลก นักวิทยาศาสตร์จึงใช้องค์ประกอบนี้ แบ่งโครงสร้างภายในของโลกออกเป็น 3 ชั้นหลัก ได้แก่

1. เปลือกโลก (Crust) คือ พื้นผิวด้านนอกสุด มีความหนาราว 5 ถึง 70 กิโลเมตร ตามลักษณะภูมิประเทศ เช่น พื้นที่ราบ และเทือกเขาสูง เปลือกโลกเป็นชั้นที่บางที่สุดในชั้นโครงสร้างของโลก มีองค์ประกอบหลัก คือ ซิลิคอน (Si) และอะลูมิเนียม (Al) โดยเปลือกโลกนั้น ประกอบไปด้วย เปลือกโลกทวีป (Continental crust) และเปลือกโลกมหาสมุทร (Oceanic crust) หรือ ส่วนพื้นผิวโลกที่อยู่ใต้ท้องทะเล ซึ่งมีความหนาเพียง 5 ถึง 10 กิโลเมตร แต่เปลือกโลกมหาสมุทรมีความหนาแน่นมากกว่าเปลือกโลกทวีป ส่งผลให้เมื่อเปลือกโลกทั้ง 2 ชนกัน เปลือกโลกมหาสมุทรจะจมลง

โครงสร้างของโลก, ชั้นเปลือกโลก, ธรณี

2. เนื้อโลก (Mantle) คือ ชั้นใต้เปลือกโลกจนถึงที่ระดับความลึก 2,900 กิโลเมตร มีองค์ประกอบหลักเป็น ซิลิคอน (Si) แมกนีเซียม (Mg) และเหล็ก (Fe) โดยระหว่างเนื้อโลก มีชั้นการเปลี่ยนแปลง (Transition Zone) แทรกอยู่ ซึ่งทำให้เนื้อโลกแยกออกเป็น 2 ส่วน ได้แก่

  • เนื้อโลกชั้นบน (Upper mantle) แบ่งออกเป็น 2 ส่วนย่อย คือ หินเนื้อแข็งในเนื้อโลกชั้นบนตอนบน ซึ่งเป็นฐานรองรับเปลือกโลกส่วนทวีป ที่เรียกรวมกันว่า ธรณีภาค (Lithosphere) แต่มีหินหลอมเหลวหรือหินหนืด (Magma) ในเนื้อโลกชั้นบนตอนล่าง ที่เรียกกันว่า ฐานธรณีภาค (Asthenosphere)
  • เนื้อโลกชั้นล่าง (Lower mantle) มีสถานะเป็นของแข็ง หรือที่เรียกว่า มัชฌิมภาค (Mesosphere) ที่ระดับความลึก 700 ถึง 2,900 กิโลเมตร

อ่านเพิ่มเติมเรื่อง องค์ประกอบหลักของโลก

3. แก่นโลก (Core) คือ โครงสร้างโลกชั้นในสุดอยู่ที่ระดับความลึก 2,900 กิโลเมตร จนถึงใจกลางโลก หรือ แก่นโลกชั้นใน (Inner core) โดยมีเหล็ก (Fe) และนิกเกิล (Ni) เป็นองค์ประกอบหลัก แก่นโลกมีรัศมีประมาณ 3,485 กิโลเมตร และมีอุณหภูมิราว 6,000 องศาเซลเซียส ซึ่งสามารถหลอมเหล็ก (Fe) และนิกเกิล (Ni) เป็นของเหลวได้ แต่ด้วยแรงดันมหาศาล ทำให้ใจกลางของโลกเป็นของแข็ง โดยมีเหล็ก (Fe) ในสถานะของเหลวเคลื่อนที่ล้อมรอบในบริเวณแก่นโลกชั้นนอก (Outer core) ซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่าด้วยการพาความร้อน และการเคลื่อนที่นี้ ยังก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กโลก (Magnetic field) อีกด้วย


ข้อมูลอ้างอิง


เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ : ระบบสุริยะจักรวาลระบบสุริยะ, จักรวาล, ดาราศาสตร์, ดาว, ดวงดาว

เรื่องแนะนำ

ฤๅดาวเคราะห์น้อยจะเป็นจุดกำเนิดของชีวิต?

นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าดาวเคราะห์น้อยมีส่วนช่วยให้ชีวิตบนโลกถือกำเนิดขึ้น นอกจากนั้นการศึกษาดาวเคราะห์น้อยยังช่วยขยายองค์ความรู้ที่เรามีต่อชีวิตนอกโลก

เหตุใดนิวตันจึงเชื่อว่า ดาวหางเป็นเหตุของน้ำท่วมโลก

แม้จะมีน้ำบนโลกและมีฝนตกลงมาทั้งวันทั้งคืนสี่สิบเก้าวัน ก็ยังไม่เพียงพอที่จะทำให้เกิดน้ำท่วมครั้งใหญ่ได้ ฉะนั้นแล้วต้องมีคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์อื่นๆสำหรับเรื่องราวอุทกภัยครั้งยิ่งใหญ่นี้

เลเซอร์ : เทคโนโลยีเพื่อภาพคมชัดจากเบื้องบน

เลเซอร์ : เทคโนโลยีเพื่อภาพคมชัดจากเบื้องบน ภาพถ่ายดาวเทียมช่วยให้เราเห็นโลกจากเบื้องบน แต่เทคโนโลยีที่อยู่ใกล้โลกอย่าง เลเซอร์ กลับช่วยให้เรามองเห็นรายละเอียดได้มากกว่า และนี่คือที่มาของนวัตกรรมเพื่อเมืองที่อาศัยเลเซอร์ในการสร้างภาพ เทคโนโลยีสำรวจทางอากาศที่เรียกว่าไลดาร์ (LIDAR ย่อมาจาก Light Detection and Ranging) ทำงานโดยการยิงแสงเลเซอร์จากเครื่องบิน เฮลิคอปเตอร์ หรือโดรน จากนั้นเครื่องมือจะรับข้อมูลที่สะท้อนกลับจากพื้นผิวเบื้องล่าง ในอดีต ความละเอียดสูงสุดที่ได้จากไลดาร์อยู่ที่ราว 50 จุดต่อตารางเมตร แต่ทีมนักวิจัยที่มหาวิทยาลัยนิวยอร์กสามารถเพิ่มความละเอียดได้ถึง 335 จุดต่อตารางเมตร ส่งผลให้ได้ภาพจากเบื้องบนโดยเฉพาะพื้นที่ในเขตเมืองที่มีรายละเอียดมากกว่าที่ผ่านมา  ถึงขนาดเห็นรอยแตก ขอบถนน และรายละเอียดด้านหน้าของตึกรามบ้านช่อง ไลดาร์ไม่เพียงให้ภาพมุมสูง แต่ยังเผยภาพรูปทรงเรขาคณิตความละเอียดสูงของเมืองที่ดูราวกับเคลื่อนไหว ความลาดชันน้อยๆ บนทางเท้าสามารถบอกได้ว่า น้ำที่ท่วมขังจะไหลไปทางใด และอนุภาคที่รวมตัวกันเป็นกระจุกอาจหมายถึงมลพิษทางอากาศ ภาพจากไลดาร์ที่เห็นนี้มาจากย่านใจกลางเมืองดับลิน เมืองหลวงของไอร์แลนด์ “สมมุติว่าคุณทำงานด้านสาธารณสุขและรู้ว่า ย่านใดย่านหนึ่งของเมืองมีคนป่วยด้วยโรคหอบหืดมาก” เดบรา เลเฟอร์ อาจารย์ด้านสารสนเทศเขตเมืองที่มหาวิทยาลัยนิวยอร์ก บอกและเสริมว่า คุณสามารถมองหาบริเวณที่รถบรรทุกจอดติดเครื่องยนต์อยู่ มลพิษเหล่านั้นไปไหน เราจะสามารถเปลี่ยนพืชพรรณบนหลังคาอาคารต่างๆ  ปรับเปลี่ยนเส้นทางการไหลของน้ำ ไปจนถึงถนนที่รถบรรทุกใช้งาน แม้การรวบรวมข้อมูลจากทางอากาศจะมีค่าใช้จ่ายสูง แต่เครื่องสแกนไลดาร์ที่ใช้การยิงเลเซอร์สามารถติดตั้งกับอากาศยานที่ใช้งานในภารกิจอื่นๆ ได้ เช่น เฮลิคอปเตอร์ตำรวจหรือหน่วยแพทย์ฉุกเฉิน เป็นต้น […]

นักวิทยาศาสตร์พยายามหาข้อมูล การรักษาโควิด-19

สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ทราบและไม่ทราบเกี่ยวกับ การรักษาโควิด-19 บุคลากรชั้นนำทางการแพทย์หกท่านอธิบายว่า เรารู้ข้อมูลเพียงบางส่วนเกี่ยว การรักษาโควิด-19 ทั้งในโรงพยาบาลและการรักษาตัวที่บ้าน การศึกษาทางการแพทย์เกี่ยวกับโควิด-19 อยู่ในจุดที่สุ่มเสี่ยงมาก เพราะยังเกิดความสับสนเกี่ยวกับเรื่องพื้นฐาน เช่น วิธีการดูแลผู้ป่วยติดเชื้อที่รักษาตัวที่บ้าน หรือผู้ป่วยที่หายแล้วต้องปฏิบัติตัวอย่างไร เพื่อเป็นแนวทางความรู้ เนชั่นแนล จีโอกราฟฟิก ได้ติดต่อไปยังบุคลากรทางการแพทย์และนักวิจัย ที่อยู่ในสหรัฐอเมริกาและแคนาดา เพื่อขอคำแนะนำสำหรับการดูแลตัวเองที่บ้าน รวมไปถึงข้อมูลทางการแพทย์ที่จำเป็นสำหรับต่อสู้กับโรคระบาดนี้ เราจะต่อสู้กับโรคโควิด-19 อย่างไร เรื่องดีก็คือ ประมาณร้อยละ 80 ของผู้ติดเชื้อโควิด-19 แสดงอาการเจ็บป่วยเล็กน้อยถึงปานกลาง ซึ่งไม่จำเป็นต้องไปรักษาที่โรงพยาบาล แพทย์แนะนำว่า ผู้ป่วยกลุ่มนี้ ให้แยกตัว ดื่มน้ำอย่างเพียงพอ รับประทานอาหารที่มีประโยชน์ และรักษาตามอาการ สำหรับการดูแลคนไข้ที่มีอาการไข้ร่วมกับอาการอื่นๆ แพทย์แนะนำให้ใช้ยาอะเซตามิโนเฟน (acetaminophen) หรือที่รู้จักแพร่หลายในชื่อพาราเซตามอล (paracetamol) และหลีกเลี่ยงการใช้ยาไอบูโพรเฟน (ibuprofen) ด้วยเหตุผลที่ว่า การใช้ยาในกลุ่มไอบูโพรเฟน คนไข้อาจได้รับผลข้างเคียงจากการใช้ยา เช่น ไตวาย ระคายเคืองกระเพาะอาหาร และมีเลือดออกในทางเดินอาหาร อ่านเพิ่มเติม: ข้อเท็จจริงเกี่ยวโควิด-19  “ผมยังไม่ทราบสาเหตุว่า ทำไมไอบรูโพเฟนจึงกลายเป็นปัญหาสำหรับการรักษาโรคโควิด-19” สแตนลีย์ เพิร์ลแมน ผู้เชี่ยวชาญเรื่องโคโรนาไวรัส นักภูมิคุ้มกันวิทยา […]