เราศึกษาใจกลางโลกได้อย่างไร? : คอลัมน์ฟิสิกส์ธรรมดาสาระมันส์

ที่มาคอลัมน์ฟิสิกส์ธรรมดาสาระมันส์ผู้เขียนอาจวรงค์ จันทมาศเผยแพร่วันที่ 10 กันยายน 2560

โลกของเราเป็นดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างจากดวงอาทิตย์เป็นลำดับสาม ถัดจากดาวพุธและดาวศุกร์ มีสัณฐานเป็นทรงกลมเส้นผ่านศูนย์กลาง 12,742 กิโลเมตร และมีมวล 5.9×10(ยกกำลัง24) กิโลกรัม

องค์ประกอบหลักของโลกเราคือหินและเหล็ก มองในภาพรวมแล้วคล้ายๆ กับดาวพุธดาวศุกร์ และดาวอังคาร นักดาราศาสตร์จึงเรียกดาวเคราะห์ทั้งสี่รวมๆ ว่าดาวเคราะห์หิน (rocky planet) โดยโลกของเราเป็นดาวเคราะห์หินที่มีขนาดใหญ่ที่สุด รองลงมาคือ ดาวศุกร์ ดาวอังคาร และดาวพุธตามลำดับ

นักวิทยาศาสตร์ไม่ได้สนใจศึกษาเพียงเหล่าดาวเคราะห์หิน แต่ยังสนใจดวงจันทร์และดาวเคราะห์น้อยที่มีองค์ประกอบเป็นหิน เพื่อให้เห็นภาพรวมวัตถุประเภทหินเหล่านี้ทั้งหมด

แน่นอนว่าวัตถุเหล่านี้มีทั้งความเหมือนและจุดที่แตกต่างกันอย่างน่าสนใจมากมาย

การศึกษาโลกของเราจึงไม่ได้เป็นเพียงการทำความเข้าใจดาวเคราะห์ที่เป็นบ้านของเราเท่านั้น แต่ยังเป็นการเปรียบเทียบเพื่อให้เข้าใจวัตถุประเภทหินในระบบสุริยะของเราอีกด้วย

โลกเรามีองค์ประกอบหลักๆ เป็นหินและเหล็ก นักวิทยาศาสตร์ศึกษาองค์ประกอบทางเคมีเปลือกโลกพบว่าหินส่วนมากมีธาตุออกซิเจน (47% โดยมวล) และซิลิกอน (28% โดยมวล) เป็นองค์ประกอบหลัก โดยธาตุทั้งสองรวมกันในรูปสารซิลิเกต (Silicate) ตัวอย่างสารซิลิเกตที่ค่อนข้างบริสุทธิ์ก็คือ ทราย เพราะทรายมีองค์ประกอบกอบทางเคมีเป็น SiO2 ส่วนธาตุอื่นๆ ก็มีการรวมตัวกับออกซิเจนและและซิลิกอนกลายเป็นซิลิเกตรูปแบบอื่นๆ

การระบุองค์ประกอบของเปลือกโลกนั้นสามารถทำได้ด้วยการเก็บตัวอย่างโดยตรงได้เลย แต่การระบุองค์ประกอบและโครงสร้างภายในโลกนั้นยากกว่ากันมาก

หลายคนอาจคิดว่าทำไมนักวิทยาศาสตร์ไม่ขุดเจาะหลุมลึกๆ ให้ถึงใจกลางโลกไปเลย จะได้สิ้นข้อสงสัย
ปัญหาคือ ยิ่งขุดลงไปลึก ก็ยิ่งพบกับอุณหภูมิและความดันที่สูงทำให้การขุดเข้าไปทำการศึกษาเป็นเรื่องยากมาก ที่ผ่านมามนุษย์เราขุดเจาะผิวโลกได้ลึกที่สุดราวๆ 12 กิโลเมตรกว่าๆ เมื่อเทียบกับรัศมีของโลกที่มีค่าราวๆ 6,400 กิโลเมตรแล้ว ระยะที่ขุดได้ลึกที่สุดก็เหมือนรอยข่วนเท่านั้นเอง

พูดง่ายๆ ว่าหากโลกเป็นผลแอปเปิล หลุมที่ลึกที่สุดที่มนุษย์เราขุดได้ยังไม่ทะลุเปลือกของแอปเปิลเลย!
นักวิทยาศาสตร์จึงใช้วิธีศึกษาโครงสร้างและองค์ประกอบภายในของโลกด้วยวิธีหลักๆ 2 วิธีนั่นคือ
1.การศึกษาจากความหนาแน่น

โลกเรามีความหนาแน่นเฉลี่ย 5.5 กิโลกรัมต่อลิตร (หาจากมวลและปริมาตรที่กล่าวไปแล้วข้างต้น) ซึ่งมีค่ามากกว่าซิลิเกตที่มีความหนาแน่นเพียง 3 กิโลกรัมต่อลิตร

ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงสรุปได้ว่าภายใต้เปลือกโลกลงไปมีความหนาแน่นมากกว่า 5.5 กิโลกรัมต่อลิตร (เพื่อให้รวมความหนาแน่นแล้วเฉลี่ยออกมาได้เป็น 5.5 กิโลกรัมต่อลิตร)

หากดูตามตารางองค์ประกอบของเปลือกโลกแล้วจะพบว่ามีเพียงธาตุเดียวที่มีความหนาแน่นมากกว่า 5.5 กิโลกรัมต่อลิตร นั่นคือ เหล็ก (Iron)

จากข้อมูลความหนาแน่นทำให้นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ได้คร่าวๆ ว่ามีโอกาสสูงที่เหล็กจะเป็นองค์ประกอบของโครงสร้างภายในโลก แต่การระบุให้ชัดเจนจำเป็นต้องศึกษาลงลึกมากกว่านี้ซึ่งจะอธิบายให้ฟังในอาทิตย์หน้าครับ

Related posts

Leave a Comment