การแบ่งโครงสร้างโลกตามลักษณะกายภาพ

        เมื่อเกิดแผ่นดินไหวจะทำให้เกิดคลื่นไหวสะเทือน (Seismic wave) สองแบบ คือ คลื่นพื้นผิว (Surface wave) และคลื่นในตัวกลาง (Body wave) คลื่นพื้นผิวเดินทางไปตามพื้นผิวโลกทำให้อาคาร สิ่งปลูกสร้าง ชำรุด พังทะลาย  ส่วนคลื่นในตัวกลางเดินทางผ่านเข้าไปภายในของโลกผ่านไปยังพื้นผิวโลกที่อยู่ซีกตรงข้าม นักธรณีวิทยาจึงใช้คลื่นในตัวกลางในการสำรวจโครงสร้างภายในของโลก คลื่นในตัวกลางซึ่งมี 2 ประเภท ได้แก่ คลื่นปฐมภูมิ (P wave)  และ คลื่นทุติยภูมิ (S wave) ดังภาพที่ 1

ภาพที่ 1  คลื่นปฐมภูมิ (P wave) และคลื่นทุติยภูมิ (S wave)

[คลิกเพื่อชมภาพเคลื่อนไหว]

• • คลื่นปฐมภูมิ (P wave) เป็นคลื่นตามยาวที่เกิดจากความไหวสะเทือนในตัวกลาง โดยอนุภาคของตัวกลางนั้นเกิดการเคลื่อนไหวแบบอัดขยายในแนวเดียวกับที่คลื่นส่งผ่านไป คลื่นนี้สามารถเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่เป็นของแข็ง ของเหลว และแก๊ส เป็นคลื่นที่สถานีวัดแรงสั่นสะเทือนสามารถรับได้ก่อนชนิดอื่น โดยมีความเร็วประมาณ 6 – 7 กิโลเมตร/วินาที  คลื่นปฐมภูมิทำให้เกิดการอัดหรือขยายตัวของชั้นหิน 

• คลื่นทุติยภูมิ (S wave) เป็นคลื่นตามขวางที่เกิดจากความไหวสะเทือนในตัวกลางโดยอนุภาคของตัวกลางเคลื่อนไหวตั้งฉากกับทิศทางที่คลื่นผ่าน มีทั้งแนวตั้งและแนวนอน คลื่นชนิดนี้ผ่านได้เฉพาะตัวกลางที่เป็นของแข็งเท่านั้น ไม่สามารถเดินทางผ่านของเหลว  คลื่นทุติยภูมิมีความเร็วประมาณ  3 – 4 กิโลเมตร/วินาที  คลื่นทุติยภูมิทำให้ชั้นหินเกิดการคดโค้ง 

ภาพที่ 2  การเดินทางของ P wave (เส้นสีขาว) และ S wave (เส้นสีดำ)

[คลิกเพื่อชมภาพเคลื่อนไหว]

        ขณะที่เกิดแผ่นดินไหวจะเกิดแรงสั่นสะเทือน ทำให้คลื่นไหวสะเทือนเคลื่อนที่ออกจากศูนย์กลางการเกิดแผ่นดินไหวโดยรอบทุกทิศทุกทาง  เนื่องจากวัสดุภายในของโลกมีความหนาแน่นไม่เท่ากัน  และมีสถานะต่างกัน  คลื่นทั้งสองจึงมีความเร็วและทิศทางที่เปลี่ยนแปลงไปดังภาพที่ 2   คลื่นปฐมภูมิ หรือ P wave สามารถเดินทางผ่านศูนย์กลางของโลกไปยังซีกโลกตรงข้ามโดยมีเขตอับคลื่น (Shadow zone) อยู่ระหว่างมุม 103° - 143°  แต่คลื่นทุติยภูมิ หรือ S wave ไม่สามารถเดินทางผ่านของเหลวได้ จึงปรากฏแต่บนซีกโลกเดียวกับจุดเกิดแผ่นดินไหวตั้งแต่เขต 0° - 103° เท่านั้น 

ภาพที่ 3 โครงสร้างโลกแบ่งตามลักษณะทางกายภาพ

        นักธรณีวิทยาแบ่งโครงสร้างภายในของโลกออกเป็น 5 ส่วน โดยพิจารณาจากความเร็วของคลื่น P wave และ S wave ดังนี้ (ภาพที่ 3) 

• 1. ธรณีภาค (Lithosphere)  คือ ประกอบด้วยเปลือกโลกทวีป (Continental crust) และ เปลือกโลกมหาสมุทร (Oceanic crust)  คลื่น P wave และ S wave เคลื่อนที่ช้าลงจนถึงแนวแบ่งเขตโมโฮโรวิซิก (Mohorovicic discontinuity) ซึ่งอยู่ที่ระดับลึกประมาณ 100 กิโลเมตร

  2. ฐานธรณีภาค (Asthenosphere) อยู่ใต้แนวแบ่่งเขตโมโฮโรวิซิกลงไปจนถึงระดับ 700 กิโลเมตร เป็นบริเวณที่คลื่นไหวสะเทือนมีความเร็วเพิ่มขึ้นตามระดับลึก โดยแบ่งออกเป็น 2 เขต ดังนี้ 

     • เขตที่คลื่นไหวสะเทือนมีความเร็วต่ำ (Low velocity zone หรือ LVZ) ที่ระดับลึก 100 - 400 กิโลเมตร  P wave และ S wave มีความเร็วเพิ่มขึ้นอย่างไม่คงที่ เนื่องจากบริเวณนี้เป็นของแข็งเนื้ออ่อน   อุณหภูมิที่สูงมากทำให้แร่บางชนิดเกิดการหลอมละลายเป็นหินหนืด (Magma)  

     • เขตที่มีการเปลี่ยนแปลง (Transitional zone) อยู่บริเวณเนื้อโลกตอนบน (Upper mentle) ระดับลึก 400 - 700 กิโลเมตร   P wave และ S wave มีความเร็วเพิ่มขึ้นมาก ในอัตราไม่สม่ำเสมอ เนื่องจากบริเวณนี้มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของแร่ 

1. เมโซสเฟียร์ (Mesosphere) อยู่บริเวณเนื้อโลกชั้นล่าง (Lower Mantle) ที่ความลึก 700 - 2,900 กิโลเมตร เป็นบริเวณที่คลื่นไหวสะเทือนมีความเร็วสม่ำเสมอ เนื่องจากเป็นของแข็ง 

   1. แก่นชั้นโลกนอก (Outer core) ทึ่ระดับลึก 2,900 - 5,150 กิโลเมตร P wave ลดความเร็วลงฉับพลัน ขณะที่ S wave ไม่ปรากฏ ทั้งนี้เนื่องจากบริเวณนี้เป็นเหล็กหลอมละลาย 

   2. แก่นโลกชั้นใน (Inner core) ที่ระดับลึก 5,150 กิโลเมตร จนถึงความลึก 6,371 กิโลเมตร ที่จุดศูนย์กลางของโลก  P wave ทวีความเร็วขึ้น เนื่องจากความกดดันแรงกดดันภายในทำให้เหล็กเปลี่ยนสถานะเป็นของแข็ง