องค์ประกอบและโครงสร้างของโลกส่วนลึก
โลกมีการแบ่งชั้นเป็นแก่นโลกที่เป็นโลหะ เนื้อโลกที่เป็นซิลิเกต และเปลือกโลกที่บาง ซึ่งเป็นโครงสร้างแบบชั้นที่อนุมานได้จากการรวมข้อมูลคลื่นไหวสะเทือนเข้ากับฟิสิกส์ของพฤติกรรมแร่ธาตุที่ระดับความลึกต่างๆ
Definition
องค์ประกอบและโครงสร้างของโลกส่วนลึกหมายถึงองค์ประกอบทางเคมีและการจัดเรียงตัวทางกายภาพแบบชั้นของภายในโลก ซึ่งประกอบด้วยแก่นโลกที่อุดมด้วยเหล็ก เนื้อโลกที่เป็นซิลิเกต และเปลือกโลก ดังที่อนุมานได้จากแบบจำลองความเร็วคลื่นไหวสะเทือนและความหนาแน่น ร่วมกับฟิสิกส์ของแร่ธาตุและธรณีเคมี
Scope
หัวข้อนี้ครอบคลุมองค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างทางกายภาพของโลกส่วนลึก: ชั้นหลักและขอบเขตระหว่างชั้น แก่นโลกที่ประกอบด้วยเหล็กเป็นหลักพร้อมส่วนที่เป็นของเหลวและของแข็ง เนื้อโลกที่เป็นซิลิเกตและการแบ่งย่อยจากการเปลี่ยนเฟส และเนื้อโลกส่วนล่างสุดที่มีลักษณะเฉพาะทางคลื่นไหวสะเทือน เนื้อหานี้กล่าวถึงแบบจำลองโลกอ้างอิงของความหนาแน่นและความเร็ว ความสัมพันธ์ของ Adams-Williamson และกฎของ Birch ที่เชื่อมโยงความเร็วกับความหนาแน่นและองค์ประกอบ และข้อจำกัดทางธรณีเคมีและจักรวาลเคมีขององค์ประกอบโดยรวม เน้นที่สิ่งที่โลกส่วนลึกประกอบขึ้นและจัดเรียงตัวอย่างไร
Core questions
- ชั้นหลักของโลกและขอบเขตระหว่างชั้นคืออะไร?
- แก่นโลกประกอบด้วยอะไร และทำไมส่วนหนึ่งจึงเป็นของแข็งและอีกส่วนหนึ่งเป็นของเหลว?
- การเปลี่ยนเฟสแบ่งเนื้อโลกออกเป็นส่วนย่อยได้อย่างไร?
- ความเร็วคลื่นไหวสะเทือนและความหนาแน่นถูกนำมาใช้อนุมานองค์ประกอบได้อย่างไร?
Key concepts
- การแบ่งชั้นของเปลือกโลก เนื้อโลก และแก่นโลก
- แก่นโลกชั้นนอกที่เป็นของเหลวและแก่นโลกชั้นในที่เป็นของแข็ง
- เขตเปลี่ยนผ่านของเนื้อโลกและการเปลี่ยนแปลงเฟส
- แบบจำลองโลกอ้างอิงของความหนาแน่นและความเร็ว
- กฎของ Birch และความสัมพันธ์ของ Adams-Williamson
Key theories
- แบบจำลองโลกอ้างอิง
- แบบจำลองเฉลี่ยทรงกลม เช่น PREM รวบรวมความเร็วคลื่นไหวสะเทือน ความหนาแน่น และการลดทอนของคลื่นตามฟังก์ชันของความลึก กำหนดชั้นหลักและทำหน้าที่เป็นพื้นฐานเชิงปริมาณสำหรับการตีความโครงสร้างของโลกส่วนลึก
- กฎของ Birch และองค์ประกอบ
- ความสัมพันธ์เชิงประจักษ์ของ Birch ระหว่างความเร็วคลื่นไหวสะเทือนและความหนาแน่นที่น้ำหนักอะตอมเฉลี่ยคงที่ ช่วยให้คุณสมบัติความยืดหยุ่นที่วัดโดยคลื่นไหวสะเทือนสามารถนำไปใช้เป็นข้อจำกัดเกี่ยวกับองค์ประกอบและสถานะของภายในโลกส่วนลึกได้
Mechanisms
ในช่วงต้นประวัติศาสตร์ของโลก โลกได้เกิดการแบ่งชั้น โดยเหล็กที่มีความหนาแน่นสูงจมลงไปก่อตัวเป็นแก่นโลก ในขณะที่ซิลิเกตที่เบากว่าลอยขึ้นไปก่อตัวเป็นเนื้อโลกและเปลือกโลก ความเร็วคลื่นไหวสะเทือนและการกระโดดของความหนาแน่นเป็นตัวบ่งชี้ขอบเขตระหว่างชั้นเหล่านี้และการเปลี่ยนเฟสที่เกิดจากความดันภายในเนื้อโลก และการจับคู่สิ่งเหล่านี้กับคุณสมบัติความยืดหยุ่นของแร่ธาตุและโลหะที่น่าจะเป็นไปได้ โดยอาศัยกฎของ Birch และองค์ประกอบของอุกกาบาต เป็นตัวกำหนดองค์ประกอบที่เป็นไปได้ของแต่ละชั้น
Clinical relevance
ความรู้เกี่ยวกับองค์ประกอบและโครงสร้างภายในโลกเป็นพื้นฐานของแบบจำลองการพาความร้อนของเนื้อโลก ธรณีไดนาโม และวิวัฒนาการทางความร้อนและเคมีของโลก และเป็นกรอบอ้างอิงสำหรับการระบุตำแหน่งแผ่นดินไหวและการตีความภาพตัดขวางคลื่นไหวสะเทือน (seismic tomography)
History
การศึกษาคลื่นไหวสะเทือนในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ได้เปิดเผยแก่นโลกและเนื้อโลก เลห์มันน์ค้นพบแก่นโลกชั้นในในปี 1936 บุลเลนได้แบ่งภายในโลกออกเป็นชั้นต่างๆ เบิร์ชได้เชื่อมโยงความเร็วกับองค์ประกอบในปี 1952 และแบบจำลองโลกอ้างอิงเบื้องต้น (Preliminary Reference Earth Model) ในปี 1981 ได้สังเคราะห์สิ่งเหล่านี้เข้าเป็นแบบจำลองรัศมีมาตรฐานที่ยังคงใช้อยู่ในปัจจุบัน
Key figures
- Inge Lehmann
- Francis Birch
- Adam Dziewonski
- Keith Bullen
Related topics
Seminal works
- dziewonski1981
- birch1952
- stacey2008
Frequently asked questions
- ชั้นหลักของโลกคืออะไร?
- จากภายนอกเข้าสู่ภายใน โลกมีเปลือกโลกที่เป็นหินบางๆ เนื้อโลกที่เป็นซิลิเกตหนาซึ่งประกอบเป็นส่วนใหญ่ของปริมาตร แก่นโลกชั้นนอกที่เป็นของเหลวที่อุดมด้วยเหล็ก และแก่นโลกชั้นในที่เป็นของแข็ง สิ่งเหล่านี้มีความแตกต่างกันด้วยองค์ประกอบและด้วยความเร็วของคลื่นไหวสะเทือนที่เปลี่ยนแปลงไปเมื่อผ่านขอบเขตระหว่างชั้น
- ทำไมแก่นโลกชั้นนอกจึงเป็นของเหลว แต่แก่นโลกชั้นในเป็นของแข็ง?
- ทั้งสองส่วนส่วนใหญ่เป็นเหล็ก แต่ถึงแม้ว่าอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นตามความลึก ความดันก็เพิ่มขึ้นเร็วกว่ามาก เมื่อลึกพอ ความดันที่สูงมากจะเพิ่มจุดหลอมเหลวของเหล็กให้สูงกว่าอุณหภูมิในบริเวณนั้น ดังนั้นแก่นโลกชั้นในจึงเป็นของแข็ง ในขณะที่แก่นโลกชั้นนอกซึ่งตื้นกว่าเล็กน้อยและมีอุณหภูมิที่เย็นกว่าเมื่อเทียบกับจุดหลอมเหลวของมัน ยังคงเป็นของเหลว