โครงสร้างของโลก

Question: โลกมีมวลเท่าไหร่?


โครงสร้างภายในของโลกแบ่งเป็นชั้นในเปลือกทรงกลมคล้ายหัวหอม ชั้นเหล่านี้สามารถนิยามโดยคุณสมบัติทางเคมีหรือวิทยากระแส (rheology) ของมัน โลกมีเปลือกแข็งซิลิเกตชั้นนอก เนื้อโลกที่หนืดมาก แก่นนอกที่เหลวซึ่งหนืดน้อยกว่าเนื้อโลกมาก และแก่นในแข็ง ความเข้าใจโครงสร้างภายในของโลกอาศัยการสังเกตภูมิลักษณ์และการวัดความลึกของมหาสมุทร (bathymetry) การสังเกตหินในหินโผล่ ตัวอย่างซึ่งถูกนำสู่พื้นผิวจากชั้นที่ลึกกว่าโดยกิจกรรมภูเขาไฟ การวิเคราะห์คลื่นแผ่นดินไหวซึ่งผ่านโลก การวัดสนามความโน้มถ่วงของโลกและการทดลองกับของแข็งผลึกที่ลักษณะเฉพาะความดันและอุณหภูมิของภายในชั้นลึกของโลก
มวลของโลก
แรงกระทำโดยแรงโน้มถ่วงของโลกสามารถนำมาใช้ในการคำนวณหามวลของโลกและการประมาณค่าปริมาตรของโลกได้, ดังนั้นความหนาแน่น (density) เฉลี่ยของโลกก็จะสามารถคำนวณได้ นักดาราศาสตร์ยังสามารถคำนวณหามวลของโลกได้จากวงโคจรและผลกระทบต่อวัตถุที่วางอยู่บนดาวเคราะห์ในระยะใกล้เคียงได้
โครงสร้างของโลก

โครงสร้างของโลกสามารถกำหนดนิยามได้ในสองแนวทางคือ: โดยคุณสมบัติเชิงทางกล เช่น วิทยาศาสตร์การไหล (rheology) หรือ คุณสมบัติทางเคมี  คุณสมบัติโครงสร้างภายในของโลกในทางกายภาพนั้น, ก็สามารถแบ่งออกได้เป็น 5 ชั้น ได้แก่ ชั้นธรณีภาค (lithosphere), ชั้นฐานธรณีภาค (asthenosphere), ชั้นเนื้อโลกมัชฌิมภาค (mesospheric mantle) [2] [3], แกนโลกชั้นนอก (outer core) และ แกนโลกชั้นใน (inner core) ในทางเคมี, โครงสร้างภายในของโลกแบ่งออกเป็น 5 ชั้นที่สำคัญ, สามารถแบ่งออกได้เป็น เปลือกโลก (crust), เนื้อโลกตอนบน (upper mantle), เนื้อโลกตอนล่าง (lower mantle), แกนโลกชั้นนอก, และแกนโลกชั้นใน องค์ประกอบทางธรณีวิทยาในระดับชั้นต่าง ๆ ของโลก [4] อยู่ที่ระดับความลึกภายใต้พื้นผิวลงไปดังต่อไปนี้:

โครงสร้างแต่ละชั้นของโลกได้รับการคาดการณ์โดยทางอ้อมโดยใช้เวลาในการเดินทางของการหักเหและการสะท้อนของคลื่นแผ่นดินไหวที่ถูกสร้างขึ้นจากการเกิดแผ่นดินไหว  แกนโลกนั้นจะไม่อนุญาตให้คลื่นเฉือน (shear wave) เคลื่อนที่ผ่านมันไปได้ในขณะที่ความเร็วของการเดินทาง (ความเร็วของคลื่นไหวสะเทือน (seismic velocity)) จะมีความเร็วแตกต่างกันในระดับชั้นอื่น ๆ  การเปลี่ยนแปลงความเร็วของคลื่นไหวสะเทือนระหว่างชั้นที่แตกต่างกันจะทำให้เกิดการหักเหของทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่นอันเนื่องมาจากกฎของสเนลล์ (Snell's law) เหมือนการเบี่ยงเบนทิศทางของแสงขณะที่มันผ่านปริซึม  ในทำนองเดียวกันการสะท้อนจะเกิดจากการเพิ่มขึ้นอย่างมากในความเร็วของคลื่นไหวสะเทือนและมีความคล้ายคลึงกับแสงสะท้อนจากกระจก
แกนโลก

ความหนาแน่นเฉลี่ยของโลกคือ 5,515kg/m3 เนื่องจากความหนาแน่นเฉลี่ยของพื้นผิวของโลกมีค่าเพียงประมาณ 3,000kg/m3 เราจึงสรุปว่าจะต้องมีวัตถุที่มีความหนาแน่นอยู่ภายในแกนของโลก  การตรวจวัดคลื่นไหวสะเทือนแสดงให้เห็นว่าแกนโลกจะแบ่งออกเป็นสองส่วน ได้แก่ ส่วนที่เป็น "ของแข็ง" จะอยู่ตรงแกนโลกชั้นในที่มีรัศมีประมาณ 1,220 กิโลเมตร [5] และส่วนที่เป็นของเหลว จะอยู่บริเวณแกนโลกชั้นนอกที่ขยายขอบเขตอาณาบริเวณเป็นรัศมีเกินกว่าประมาณ 3,400 กม  มีความหนาแน่นอยู่ระหว่าง 9,900 และ 12,200kg/m3 ในแกนชั้นนอกและ 12,600-13,000kg/m3 ในแกนชั้นใน [6]
แกนโลกชั้นในถูกค้นพบในปี 1936 โดย อิงเง ลีแมน [7] (Inge Lehmann) และเชื่อกันว่าโดยทั่วไปจะมีองค์ประกอบหลักเป็นเหล็กและนิกเกิลเป็นบางส่วน  มันไม่จำเป็นต้องเป็นของแข็ง, แต่, เพราะมันสามารถที่จะหันเห (deflect) ทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่นแผ่นดินไหวได้, มันจึงต้องประพฤติตัวเป็นของแข็งได้ในบางสมัย หลักฐานที่ได้รับจากการทดลองได้จากในช่วงเวลาวิกฤตของแบบจำลองผลึกของแกนโลก [8]
แมนเทิล

ชั้นแมนเทิลหรือเนื้อโลก (Earth's mantle) แผ่ขยายไปถึงระดับความลึกประมาณ 2,890 กม. ทำให้มันเป็นชั้นที่มีความหนามากที่สุดในภายในโครงสร้างของโลก
ดูเพิ่ม

Rain-out model
Mohorovičić discontinuity, boundary crust and mantle.
Core-mantle boundary
Hollow Earth
Lehmann discontinuity
Receiver function
Geological history of Earth
Scale height
Solid Earth
อ้างอิง

ดูเพิ่ม
Kruglinski, Susan. "Journey to the Center of the Earth." Discover.
Lehmann, I. (1936) Inner Earth, Bur. Cent. Seismol. Int. 14, 3–31
Schneider, David (October 1996) A Spinning Crystal Ball, Scientific American
Wegener, Alfred (1915) "The Origin of Continents and Oceans"