Geo101 ธรณีวิทยาเบื้องต้น 2 โลก โครงสร้าง และองค์ประกอบ (Earth: Structure and Composition)

ธรณีวิทยาเบื้องต้น  2 โลก โครงสร้าง และองค์ประกอบ (Earth: Structure and Composition)

สนใจดูเรื่องราวธรณีวิทยาคลิกที่นี่

ธรณีวิทยาเบื้องต้น (Introduction to Geology)

บทที่ 2 โลก โครงสร้าง และองค์ประกอบ (Earth: Structure and Composition)

2.1 โครงสร้างภายในของโลก แก่นโลก เนื้อโลก และเปลือกโลก (Internal Structure of the Earth: Core, Mantle, and Crust)

โลกเป็นดาวเคราะห์ที่มีโครงสร้างภายในที่ซับซ้อนและแบ่งออกเป็นชั้นต่าง ๆ โครงสร้างภายในแบ่งเป็นชั้น ๆ คล้ายหัวหอม แต่ละชั้นมีองค์ประกอบและคุณสมบัติที่แตกต่างกัน ได้แก่

- เปลือกโลก (Crust) เป็นชั้นนอกสุดที่เราอาศัยอยู่ มีความหนาเฉลี่ยประมาณ 35 กิโลเมตร แต่บางบริเวณอาจหนาถึง 70 กิโลเมตร (ใต้ทวีป) หรือบางเพียง 5 กิโลเมตร (ใต้ทะเล) เปลือกโลกเป็นชั้นที่บางที่สุดและอยู่ชั้นนอกสุดของโลก มีความหนาประมาณ 5-70 กิโลเมตร โดยมีความหนาที่แตกต่างกันระหว่างเปลือกโลกมหาสมุทร (Oceanic Crust) ที่บางและหนาแน่นกว่า และเปลือกโลกทวีป (Continental Crust) ที่หนาและเบากว่า เปลือกโลกประกอบด้วยหินซิลิเกตและแร่ต่าง ๆ ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของทรัพยากรธรรมชาติ เช่น แร่ธาตุ และน้ำมัน เปลือกโลกประกอบด้วยหินแข็งหลายชนิด ส่วนใหญ่เป็นหินแกรนิต (ใต้ทวีป) และหินบะซอลต์ (ใต้ทะเล)

- เนื้อโลก (Mantle) เป็นชั้นที่อยู่ถัดจากเปลือกโลก เนื้อโลกเป็นชั้นที่หนาที่สุดของโลก มีความหนาประมาณ 2,900 กิโลเมตร องค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นหินอัลตราเมฟิกที่มีความหนาแน่นสูง อุณหภูมิและความดันในชั้นเนื้อโลกสูงมาก ทำให้หินบางส่วนอยู่ในสถานะหลอมเหลว เรียกว่า แมกมา (Magma)  ประกอบด้วยหินซิลิเกตซึ่งมีองค์ประกอบหลักเป็นธาตุซิลิกอน (Silicon) และออกซิเจน (Oxygen) ชั้นนี้มีลักษณะกึ่งของแข็งและสามารถเคลื่อนที่ได้ช้าๆ ซึ่งเป็นแหล่งที่มาของการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก (Plate Tectonics)

- แก่นโลก (Core): เป็นชั้นในสุดของโลก มีรัศมีประมาณ 3,480 กิโลเมตร แก่นโลกแบ่งออกเป็นสองส่วน คือ แก่นใน (Inner Core) และแก่นนอก (Outer Core) แก่นในประกอบด้วยโลหะหนักเช่น เหล็กและนิกเกิล ซึ่งมีสภาพเป็นของแข็ง เนื่องจากแรงดันที่สูงมาก ส่วนแก่นนอกประกอบด้วยโลหะในสถานะเหลว ที่มีการไหลเวียนซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กโลก แก่นโลกเป็นศูนย์กลางของโลกและมีอุณหภูมิสูงถึงประมาณ 5,000-6,000 องศาเซลเซียส แบ่งออกเป็น 2 ส่วน คือ 

แก่นโลกชั้นนอก (Outer Core): มีสถานะเป็นของเหลว ประกอบด้วยเหล็กและนิกเกิลหลอมเหลว การเคลื่อนที่ของโลหะเหลวในแก่นโลกชั้นนอกทำให้เกิดสนามแม่เหล็กโลก

แก่นโลกชั้นใน (Inner Core): มีสถานะเป็นของแข็ง ประกอบด้วยเหล็กและนิกเกิลเป็นส่วนใหญ่ มีอุณหภูมิและความดันสูงมาก

.

2.2 องค์ประกอบทางเคมีของโลก ธาตุและแร่ (Chemical Composition of the Earth: Elements and Minerals)

โลกประกอบด้วยธาตุต่าง ๆ มากมาย ธาตุที่มีมากที่สุด 8 ชนิดแรกในเปลือกโลก ได้แก่ ออกซิเจน (O), ซิลิกอน (Si), อะลูมิเนียม (Al), เหล็ก (Fe), แคลเซียม (Ca), โซเดียม (Na), โพแทสเซียม (K) และแมกนีเซียม (Mg) ธาตุเหล่านี้รวมตัวกันเป็นสารประกอบที่เรียกว่า "แร่" แร่เป็นสารอนินทรีย์ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ มีโครงสร้างผลึกและสูตรเคมีที่แน่นอน ตัวอย่างแร่ที่พบได้ทั่วไป ได้แก่ ควอตซ์ เฟลด์สปาร์ ไมกา แคลไซต์ และโอลิวีน แร่หลายชนิดรวมตัวกันเป็น "หิน" ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักของเปลือกโลก ธาตุที่พบมากที่สุดในเปลือกโลก ได้แก่:

- ธาตุออกซิเจน (Oxygen) ออกซิเจนเป็นธาตุที่พบมากที่สุดในเปลือกโลก โดยประกอบไปด้วย 46.6% ของน้ำหนักทั้งหมด ออกซิเจนมีบทบาทสำคัญในการสร้างแร่ซิลิเกตซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักของหินในเปลือกโลก

- ธาตุซิลิกอน (Silicon) ซิลิกอนเป็นธาตุที่พบมากเป็นอันดับสองในเปลือกโลก มีปริมาณ 27.7% ของน้ำหนักทั้งหมด ซิลิกอนร่วมกับออกซิเจนสร้างแร่ซิลิเกตซึ่งเป็นแร่หลักในหินเปลือกโลก

- แร่ (Minerals) คือ สารประกอบทางเคมีที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติและมีโครงสร้างผลึกเฉพาะตัว แร่มีความสำคัญทั้งในด้านการศึกษาธรณีวิทยาและการใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรม ตัวอย่างเช่น ควอตซ์ (Quartz) ซึ่งเป็นแร่ซิลิเกตที่มีความแข็งและใช้ในการผลิตแก้วและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

.

2.3 เปลือกโลก มหาสมุทร และบรรยากาศ (Crust, Oceans, and Atmosphere)

โลกมีระบบที่เชื่อมโยงกันระหว่างเปลือกโลก มหาสมุทร และบรรยากาศ ซึ่งแต่ละส่วนมีบทบาทที่สำคัญดังนี้

- เปลือกโลก (Crust) เปลือกโลกเป็นชั้นที่อยู่บนสุดของโลก ประกอบด้วยทวีปและพื้นมหาสมุทร และเป็นฐานรากสำหรับสิ่งมีชีวิตและระบบนิเวศต่าง ๆ การเคลื่อนที่ของเปลือกโลกทำให้เกิดการแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลกและเป็นสาเหตุของการเกิดแผ่นดินไหว ภูเขาไฟ และการเกิดเทือกเขา

- มหาสมุทร (Oceans) มหาสมุทรครอบคลุมประมาณ 71% ของพื้นผิวโลก และเป็นแหล่งน้ำที่สำคัญที่สุดในโลก เป็นแหล่งน้ำขนาดใหญ่ที่สำคัญต่อสิ่งมีชีวิตและระบบภูมิอากาศม หาสมุทรมีบทบาทสำคัญในการควบคุมภูมิอากาศของโลก และเป็นแหล่งกำเนิดของกระบวนการทางธรณีวิทยา เช่น การเกิดภูเขาไฟใต้ทะเล และการสะสมตัวของตะกอนในเขตมหาสมุทร

- บรรยากาศ (Atmosphere) บรรยากาศเป็นชั้นก๊าซที่ห่อหุ้มโลกและประกอบด้วยไนโตรเจน (Nitrogen) ประมาณ 78% และออกซิเจน (Oxygen) ประมาณ 21% บรรยากาศทำหน้าที่ปกป้องโลกจากรังสีอัลตราไวโอเลต (UV) และรักษาอุณหภูมิของโลกให้เหมาะสมสำหรับการดำรงชีวิต เป็นชั้นของก๊าซที่ห่อหุ้มโลก ประกอบด้วยก๊าซไนโตรเจน ออกซิเจน อาร์กอน คาร์บอนไดออกไซด์ และอื่น ๆ บรรยากาศช่วยกรองรังสีที่เป็นอันตรายจากดวงอาทิตย์ และรักษาอุณหภูมิของโลกให้อยู่ในระดับที่เหมาะสมต่อสิ่งมีชีวิต

2.4 วัฏจักรธรณี (Geological Cycle)

วัฏจักรธรณี (Geological Cycle) คือ กระบวนการที่วัสดุในโลกมีการเคลื่อนที่และเปลี่ยนแปลงสถานะระหว่างชั้นต่าง ๆ ของโลก วัฏจักรนี้รวมถึงการเกิด การผุพัง การกัดเซาะ การสะสมตัวของตะกอน และการเปลี่ยนแปลงของหิน กระบวนการเหล่านี้เป็นวงจรที่ไม่สิ้นสุดและมีความสำคัญในการสร้างและเปลี่ยนแปลงพื้นผิวโลก เป็นกระบวนการทางธรณีวิทยาที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องและสัมพันธ์กัน ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของโลกทั้งภายในและภายนอก วัฏจักรธรณีประกอบด้วย 3 วัฏจักรหลัก ได้แก่

- วัฏจักรของหิน (Rock Cycle): เกี่ยวข้องกับการเกิด การเปลี่ยนแปลง และการทำลายของหิน

- วัฏจักรของน้ำ (Hydrologic Cycle): เกี่ยวข้องกับการหมุนเวียนของน้ำในระบบต่าง ๆ ของโลก เช่น มหาสมุทร บรรยากาศ และบนพื้นผิวโลก

- วัฏจักรธรณีแปรสัณฐาน (Tectonic Cycle): เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก การเกิดแผ่นดินไหว ภูเขาไฟระเบิด และการสร้างเทือกเขา

การเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก (Plate Tectonics) การเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกเป็นกระบวนการที่สำคัญในวัฏจักรธรณี ซึ่งเป็นสาเหตุของการเกิดแผ่นดินไหว ภูเขาไฟ และการเกิดเทือกเขา การเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกยังมีผลต่อการกระจายตัวของทวีปและมหาสมุทรตลอดประวัติศาสตร์โลก

2.5 วัฏจักรของหิน กระบวนการเปลี่ยนแปลงของหิน (Rock Cycle: Processes of Rock Transformation)

วัฏจักรของหิน (Rock Cycle) เป็นกระบวนการที่หินเปลี่ยนแปลงจากชนิดหนึ่งไปยังชนิดหนึ่งตามสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน หินแบ่งออกเป็นสามชนิดหลัก ได้แก่ หินอัคนี (Igneous Rocks), หินตะกอน (Sedimentary Rocks), และหินแปร (Metamorphic Rocks) วัฏจักรนี้เป็นตัวกำหนดลักษณะและการกระจายของหินในเปลือกโลก วัฏจักรของหิน อธิบายถึงกระบวนการที่หินเปลี่ยนแปลงจากหินชนิดหนึ่งไปเป็นอีกชนิดหนึ่งอย่างต่อเนื่อง หิน 3 ประเภทหลัก ได้แก่

- หินอัคนี (Igneous Rocks) เกิดจากการเย็นตัวและแข็งตัวของแมกมา (ใต้ผิวโลก) หรือลาวา (บนผิวโลก) เกิดจากการเย็นตัวและการตกผลึกของแมกมา (Magma) หินอัคนีมีสองประเภทคือ หินอัคนีแทรกซอน (Intrusive Igneous Rocks) ซึ่งเกิดจากการเย็นตัวของแมกมาใต้พื้นผิวโลก และหินอัคนีพุ (Extrusive Igneous Rocks) ซึ่งเกิดจากการเย็นตัวของลาวาที่พ่นออกมาจากภูเขาไฟ

- หินตะกอน (Sedimentary Rocks) เกิดจากการสะสมตัวของตะกอนที่มีต้นกำเนิดจากการผุพังและการกัดเซาะของหินอื่น ๆ หินตะกอนมีชั้นที่เรียงตัวกันและมักจะพบฟอสซิล (Fossils) อยู่ในชั้นหินเหล่านี้เกิดจากการทับถมและแข็งตัวของตะกอน ซึ่งอาจเป็นเศษหิน แร่ ซากสิ่งมีชีวิต หรือสารเคมีที่ตกตะกอนจากสารละลาย

- หินแปร (Metamorphic Rocks) เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของหินอัคนีหรือหินตะกอนเมื่อได้รับแรงดันและอุณหภูมิสูงในระหว่างกระบวนการที่เรียกว่า เมตาโมร์ฟิซึม (Metamorphism) ซึ่งทำให้โครงสร้างผลึกและองค์ประกอบทางเคมีของหินเปลี่ยนไป หินแปรมักมีลักษณะเป็นชั้นหรือแถบสีที่ชัดเจน เช่น หินชนวน (Slate) และหินอ่อน (Marble) เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของหินเดิม (หินอัคนี หินตะกอน หรือหินแปรอื่น ๆ) ภายใต้อุณหภูมิและความดันสูง แต่ไม่ถึงจุดหลอมเหลว

กระบวนการเปลี่ยนแปลงของหินในวัฏจักรของหิน ได้แก่

• การหลอมเหลว (Melting): หินถูกหลอมเหลวกลายเป็นแมกมา
• การเย็นตัวและแข็งตัว (Cooling and Crystallization): แมกมาเย็นตัวและแข็งตัวกลายเป็นหินอัคนี
• การผุพังและการกร่อน (Weathering and Erosion): หินถูกทำลายและแตกออกเป็นชิ้นเล็ก ๆ เรียกว่า ตะกอน
• การพัดพาและทับถม (Transportation and Deposition): ตะกอนถูกพัดพาไปสะสมตัวในที่ต่าง ๆ
• การแข็งตัว (Lithification): ตะกอนถูกบีบอัดและเชื่อมประสานกันกลายเป็นหินตะกอน
• การแปรสภาพ (Metamorphism): หินถูกเปลี่ยนแปลงภายใต้อุณหภูมิและความดันสูง กลายเป็นหินแปร

วัฏจักรของหิน เป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง ไม่มีจุดเริ่มต้นหรือจุดสิ้นสุด หินแต่ละชนิดสามารถเปลี่ยนแปลงไปเป็นหินชนิดอื่นได้ ขึ้นอยู่กับสภาวะแวดล้อมและกระบวนการที่เกิดขึ้น

.

ในบทนี้เราได้ศึกษาถึง โครงสร้างภายในของโลกและองค์ประกอบทางเคมีของโลก ตั้งแต่แก่นโลก เนื้อโลก และเปลือกโลก รวมถึงการทำความเข้าใจถึงองค์ประกอบทางเคมีที่สำคัญ ธาตุและแร่ที่ประกอบขึ้นเป็นหินและเปลือกโลก นอกจากนี้ เรายังได้ทำความเข้าใจถึงความสำคัญของมหาสมุทรและบรรยากาศ ที่มีต่อระบบธรณีวิทยาของโลก รวมถึงกระบวนการต่างๆ ในวัฏจักรธรณีและวัฏจักรของหิน ที่มีบทบาทสำคัญในการเปลี่ยนแปลงและกำหนดลักษณะของพื้นผิวโลกที่เราเห็นในปัจจุบัน วัฏจักรเหล่านี้เป็นกระบวนการที่ไม่มีที่สิ้นสุด และทำให้โลกเป็นระบบที่มีความซับซ้อนและมีความสัมพันธ์กันในทุกๆ ส่วน การเข้าใจโครงสร้างและกระบวนการเหล่านี้ จะช่วยให้เราเข้าใจถึงการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในโลก และผลกระทบที่มีต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อมต่างๆ