โครงสร้างโลก (Earth's Structure (2)

โครงสร้างโลก
(Earth's Structure)

โครงสร้างของโลก

หลังการถือกำเนิดเมื่อกว่า 4,500 ล้านปีที่
แล้ว โลก (Earth) ผ่านการปะทะและหลอม
รวมกันของสสาร กลุ่มก๊าซ และธาตุต่างๆ
มากมายจากเศษซากการกำเนิดของดวง
อาทิตย์ในระบบสุริยะ จนมีมวล ขนาดและรูป
ร่างอย่างที่เราเห็นอยู่ในปัจจุบันแต่ความ
เคลื่อนไหวและการเปลี่ยนแปลงภายในดาว
เคราะห์หินดวงนี้ไม่เคยหยุดนิ่ง

การเปลี่ยนแปลงที่ก่อให้เกิดทั้งประโยชน์และ
อันตรายต่อสิ่งมีชีวิต ดังนั้น โครงสร้างของโลก
และองค์ประกอบภายใน จึงยังคงเป็นหัวข้อ
สำคัญ สำหรับนักวิทยาศาสตร์ในการศึกษาและ
ทำความเข้าใจต่อดาวเคราะห์ดวงเดียวใน
จักรวาล ณ ขณะนี้ ที่มีปัจจัยสมบูรณ์ต่อการ
ดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิต

การศึกษาโครงสร้างโลก

มนุษย์ทำการศึกษาโครงสร้างภายในของโลก
ผ่านการสังเกต การเก็บหลักฐาน และการ
ทดลองทางวิทยาศาสตร์มากมาย เช่น การศึกษา
ผ่านหินแปลกปลอม (Xenolith) ซึ่งถูกนำพาขึ้น
มาบนผิวโลกพร้อมกับลาวา จากการปะทุ หรือ
การระเบิดของภูเขาไฟ การขุดเจาะและการ
สำรวจใต้พิภพ และภายใต้พื้นดินที่ลึกลงไปนี้
องค์ประกอบบางส่วนของโลกยังคงเป็นหิน
หลอมเหลวอยู่ รวมถึงการศึกษาหินอุกกาบาต
(Meteorite) ซึ่งเป็นวัตถุที่เหลือจากการกำเนิด
ของระบบสุริยะ ทำให้นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐาน
ว่าส่วนหนึ่งของวัตถุก่อกำเนิดนี้ ทำให้โลกของ
เรามีเหล็ก (Fe) และนิกเกิล (Ni) เป็นองค์
ประกอบหลัก

คลื่นไหวสะเทือน

นักวิทยาศาสตร์ยังได้นำคลื่นไหวสะท้อน
(Seismic waves) เพื่อศึกษาโครงสร้างภายใน
ของโลก คลื่นไหวสะท้อน คือ คลื่นกลที่เกิดจาก
แรงสั่นสะเทือนของแผ่นดินไหว รวมถึงแรงสั่น
สะเทือนจากการระเบิด การเคลื่อนตัวของแผ่น
เปลือกโลก และแรงสั่นสะเทือนที่มนุษย์สร้างขึ้น
โดยที่คลื่นไหวสะท้อนนี้ สามารถแบ่งออกเป็น 2
ประเภท

1) คลื่นในตัวกลาง (Body wave) คือ คลื่นที่สามารถ
เคลื่อนที่ผ่านตัวกลาง หรือ คลื่นที่สามารถเดินทาง
ผ่านเข้าไปในเนื้อโลกได้ในทุกทิศทาง ประกอบไป
ด้วย

คลื่นปฐมภูมิ (Primary wave: P wave) คือ คลื่น
ตามยาวที่สามารถเคลื่อนผ่านตัวกลางได้ทุกสถานะ
ทั้งตัวกลางที่เป็นของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ คลื่น
ปฐมภูมิเป็นคลื่นไหวสะท้อนที่มีความเร็วสูงสุด (ราว 7
กิโลเมตร/วินาที) ส่งผลให้สถานีวัดแรงสั่นสะเทือน
สามารถตรวจรับได้ก่อนคลื่นชนิดอื่น
คลื่นทุติยภูมิ (Secondary wave: S wave) คือ คลื่น
ตามขวางที่สามารถเคลื่อนที่ผ่านได้เฉพาะตัวกลางที่
เป็นของแข็ง มีความเร็วต่ำ (ราว 4 กิโลเมตร/วินาที)

2)คลื่นพื้นผิว (Surface wave) เป็นคลื่นที่
เคลื่อนที่บนพื้นผิวโลกเท่านั้น และเคลื่อนที่ด้วย
ความเร็วที่ต่ำกว่าคลื่นในตัวกลาง

ทั้งนี้ การศึกษาโครงสร้างของโลกนั้น ใช้คุณสมบัติ
ของคลื่นในตัวกลางเป็นหลักซึ่งเมื่อคลื่นเคลื่อนที่
ผ่านตัวกลางต่างชนิดกันที่มีความหนาแน่นต่างกัน
จะทำให้คลื่นเกิดการเปลี่ยนแปลง ทั้งอัตราเร็ว การ
หักเหและการสะท้อนดังนั้นหากโลกเป็นเนื้อเดียวกัน
ทั้งหมด คลื่นจะมีความเร็วคงที่และเป็นเส้นตรง แต่
จากการใช้คลื่นไหวสะท้อนสำรวจโครงสร้างของโลก
คลื่นไม่ได้เคลื่อนที่เป็นเส้นตรง และมีบางพื้นที่ที่ไม่
สามารถรับคลื่นทั้ง 2 นี้ได้ หรือ ที่เรียกว่า “เขตอับ
คลื่น” (Shadow zone) ซึ่งเป็นผลจากการสะท้อน
และหักเหของคลื่น ทำให้นักวิทยาศาสตร์ได้ข้อสรุป
ว่า โลกไม่ได้เป็นเนื้อเดียวกันและไม่ได้เป็นของแข็ง
ทั้งหมด

การแบ่งชั้นโครงสร้างของโลก

จากการศึกษาหลักฐานทางธรณีวิทยาและผลของคลื่น
ไหวสะท้อน ทำให้นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าโลกสามารถ
แบ่งโครงสร้างออกเป็นชั้น ตามคุณสมบัติทางกายภาพ
และองค์ประกอบทางเคมี รวมถึงองค์ประกอบของธาตุ
และสารประกอบ ซึ่งแยกอยู่ในแต่ละชั้นใต้ผิวโลกตาม
ความหนาแน่นที่แตกต่างกัน โดยมีธาตุที่หนักกว่าจมอยู่
ลึกลงไปในแก่นโลก เช่น เหล็ก (Fe) และนิกเกิล (Ni) ส่วน
ธาตุที่เบากว่า เช่น ออกซิเจน (O) ซิลิคอน (Si) และ
แมกนีเซียม (Mg) กลายเป็นองค์ประกอบหลักในพื้นผิว
ชั้นนอกของโลก นักวิทยาศาสตร์จึงใช้องค์ประกอบนี้ แบ่ง
โครงสร้างภายในของโลกออกเป็น 3 ชั้นหลัก

1. เปลือกโลก (Crust) คือ พื้นผิวด้านนอกสุด มี
ความหนาราว 5 ถึง 70 กิโลเมตร ตามลักษณะ
ภูมิประเทศ เช่น พื้นที่ราบ และเทือกเขาสูง เปลือก
โลกเป็นชั้นที่บางที่สุดในชั้นโครงสร้างของโลก มี
องค์ประกอบหลัก คือ ซิลิคอน (Si) และอะลูมิเนียม
(Al) โดยเปลือกโลกนั้น ประกอบไปด้วย เปลือก
โลกทวีป (Continental crust) และเปลือกโลก
มหาสมุทร (Oceanic crust) หรือ ส่วนพื้นผิวโลกที่
อยู่ใต้ท้องทะเล ซึ่งมีความหนาเพียง 5 ถึง 10
กิโลเมตร แต่เปลือกโลกมหาสมุทรมีความหนา
แน่นมากกว่าเปลือกโลกทวีป ส่งผลให้เมื่อเปลือก
โลกทั้ง 2 ชนกัน เปลือกโลกมหาสมุทรจะจมลง

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

เนื้อโลกชั้นบน (Upper mantle) แบ่งออกเป็น 2 ส่วน
ย่อย คือ หินเนื้อแข็งในเนื้อโลกชั้นบนตอนบน ซึ่งเป็น
ฐานรองรับเปลือกโลกส่วนทวีป ที่เรียกรวมกันว่า ธรณีภาค
(Lithosphere) แต่มีหินหลอมเหลวหรือหินหนืด
(Magma) ในเนื้อโลกชั้นบนตอนล่าง ที่เรียกกันว่า ฐาน
ธรณีภาค (Asthenosphere)
เนื้อโลกชั้นล่าง (Lower mantle) มีสถานะเป็นของแข็ง
หรือที่เรียกว่า มัชฌิมภาค (Mesosphere) ที่ระดับความ
ลึก 700 ถึง 2,900 กิโลเมตร

3. แก่นโลก (Core) คือ โครงสร้างโลกชั้นในสุดอยู่
ที่ระดับความลึก 2,900 กิโลเมตร จนถึงใจกลาง
โลก หรือ แก่นโลกชั้นใน (Inner core) โดยมี
เหล็ก (Fe) และนิกเกิล (Ni) เป็นองค์ประกอบหลัก
แก่นโลกมีรัศมีประมาณ 3,485 กิโลเมตร และมี
อุณหภูมิราว 6,000 องศาเซลเซียส ซึ่งสามารถ
หลอมเหล็ก (Fe) และนิกเกิล (Ni) เป็นของเหลวได้
แต่ด้วยแรงดันมหาศาล ทำให้ใจกลางของโลกเป็น
ของแข็ง โดยมีเหล็ก (Fe) ในสถานะของเหลว
เคลื่อนที่ล้อมรอบในบริเวณแก่นโลกชั้นนอก
(Outer core) ซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่าด้วยการพา
ความร้อน และการเคลื่อนที่นี้ ยังก่อให้เกิดสนาม
แม่เหล็กโลก (Magnetic field) อีกด้วย

การแบ่งโครงสร้างโลกตามองค์
ประกอบเคมี

การแบ่งโครงสร้างโลกตาม

สมบัติเชิงกล




เปลือกโลก เนื้อโลก และแก่นโลก และ
โครงสร้างโลกตามสมบัติเชิงกล จะแบ่งได้เป็น
5 ชั้น ได้แก่ ธรณีภาค ฐานธรณีภาค มัชฌิม
ภาค แก่นโลกชั้นนอก และแก่นโลกชั้นใน โดย
หากเปรียบเทียบการ แบ่งชั้นโครงสร้างโลก
ตามเกณฑ์ทั้งสองแบบได้ดังรูปด้านล่าง ส่วน
ของเปลือกโลกและเนื้อโลกตอน

จัดทำโดย



นางสาวอรทัย ต๊ะสุ เลขที่41



ชั้นมัธยมศึกษาปีที่5/1



เสนอ



คุณครู พงศกร วงษ์กิจ

แม้ว่าโลกของเราจะเป็นเพียงดาวเคราะห์ดวงเล็ก ๆ ดวงหนึ่งในจักรวาล แต่
ขนาดรัศมีประมาณ 6,370 กิโลเมตรของโลก ก็ทำให้การขุดเจาะลงไปลึก
ถึงใจกลางโลกเพื่อศึกษาโครงสร้างและองค์ประกอบต่าง ๆ ของโลกนั้นเป็น
เรื่องที่ยากยิ่ง อย่างไรก็ตาม มนุษย์ยังไม่ละความพยายามที่จะศึกษา
โครงสร้างและองค์ประกอบของโลกในชั้นลึก จึงมีการประยุกต์ความรู้ทาง
ฟิสิกส์เพื่อนำมาสำรวจโลกในระดับที่ลึกลงไป โดยใช้คลื่นไหวสะเทือน
ประกอบกับความรู้ในเรื่องคุณสมบัติของคลื่นที่มีการหักเหและสะท้อนใน
ตัวกลางคุณสมบัติต่าง ๆ กัน ทำให้เราคาดคะเนได้ว่าโครงสร้างของโลก
ของเรานั้นแบ่งเป็น 3 ชั้น ได้แก่ แก่นโลก (Core) เนื้อโลก (Mantle) และ
เปลือกโลก (Crust)