โครงสร้างของโลก

โครงสร้างภายในของโลกแบ่งเป็นชั้นในเปลือกทรงกลมคล้ายหัวหอม ชั้นเหล่านี้สามารถนิยามโดยคุณสมบัติทางเคมีหรือวิทยากระแส (rheology) ของมัน โลกมีเปลือกแข็งซิลิเกตชั้นนอก เนื้อโลกที่หนืดมาก แก่นนอกที่เหลวซึ่งหนืดน้อยกว่าเนื้อโลกมาก และแก่นในแข็ง ความเข้าใจโครงสร้างภายในของโลกอาศัยการสังเกตุภูมิลักษณ์และการวัดความลึกของมหาสมุทร (bathymetry) การสังเกตหินในหินโผล่ ตัวอย่างซึ่งถูกนำสู่พื้นผิวจากชั้นที่ลึกกว่าโดยกิจกรรมภูเขาไฟ การวิเคราะห์คลื่นแผ่นดินไหวซึ่งผ่านโลก การวัดสนามความโน้มถ่วงของโลกและการทดลองกับของแข็งผลึกที่ลักษณะเฉพาะความดันและอุณหภูมิของภายในชั้นลึกของโลก

มวลของโลก

แรงกระทำโดยแรงโน้มถ่วงของโลกสามารถนำมาใช้ในการคำนวณหามวลของโลกและการประมาณค่าปริมาตรของโลกได้ ดังนั้นความหนาแน่น (density) เฉลี่ยของโลกก็จะสามารถคำนวณได้ นักดาราศาสตร์ยังสามารถคำนวณหามวลของโลกได้จากวงโคจรและผลกระทบต่อวัตถุที่วางอยู่บนดาวเคราะห์ในระยะใกล้เคียงได้

โครงสร้างของโลก

การแจกแจงค่าความหนาแน่นตามแนวรัศมีของโลกตามแบบจำลองโลกอ้างอิงเบื้องต้น (preliminary reference earth model) (PREM)^[1]

แรงโน้มถ่วงของโลกตามแบบจำลองโลกอ้างอิงเบื้องต้น (PREM) ^[1] การเปรียบเทียบการประมาณค่าของการใช้ค่าความหนาแน่นคงที่และความหนาแน่นเชิงเส้นสำหรับภายในของโลก

มุมมองแผนผังโครงสร้างภายในของโลก 1. เปลือกทวีป – 2. เปลือกมหาสมุทร – 3. แมนเทิลด้านบน – 4. แมนเทิลด้านล่าง – 5. แก่นชั้นนอก – 6. แก่นชั้นใน – A: ความไม่ต่อเนื่องของโมโฮโลวิคซิค (Mohorovičić discontinuity) – B: ความไม่ต่อเนื่องของกูเทนเบิร์ก (Gutenberg Discontinuity) – C: ความไม่ต่อเนื่องของเลห์แมนน์-บัลเลน (Lehmann–Bullen discontinuity)

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

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

แก่นโลก

ความหนาแน่นเฉลี่ยของโลกคือ 5,515 kg/m³ เนื่องจากความหนาแน่นเฉลี่ยของพื้นผิวของโลกมีค่าเพียงประมาณ 3,000 kg/m³ เราจึงสรุปว่าจะต้องมีวัตถุที่มีความหนาแน่นอยู่ภายในแก่นของโลก การตรวจวัดคลื่นไหวสะเทือนแสดงให้เห็นว่าแก่นโลกจะแบ่งออกเป็นสองส่วน ได้แก่ ส่วนที่เป็น "ของแข็ง" จะอยู่ตรงแก่นโลกชั้นในที่มีรัศมีประมาณ 1,220 กิโลเมตร ^[5] และส่วนที่เป็นของเหลว จะอยู่บริเวณแก่นโลกชั้นนอกที่ขยายขอบเขตอาณาบริเวณเป็นรัศมีเกินกว่าประมาณ 3,400 กม มีความหนาแน่นอยู่ระหว่าง 9,900 และ 12,200 kg/m³ ในแก่นชั้นนอกและ 12,600-13,000 kg/m³ ในแก่นชั้นใน ^[6]

แก่นโลกชั้นในถูกค้นพบในปี 1936 โดย อิงเง ลีแมน ^[7] (Inge Lehmann) และเชื่อกันว่าโดยทั่วไปจะมีองค์ประกอบหลักเป็นเหล็กและนิกเกิลเป็นบางส่วน มันไม่จำเป็นต้องเป็นของแข็งแต่เพราะมันสามารถที่จะหันเห (deflect) ทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่นแผ่นดินไหวได้ มันจึงต้องประพฤติตัวเป็นของแข็งได้ในบางสมัย หลักฐานที่ได้รับจากการทดลองได้จากในช่วงเวลาวิกฤตของแบบจำลองผลึกของแก่นโลก ^[8]

แมนเทิล

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