องค์ประกอบทางเคมีของเสื้อคลุมและแกนโลก เสื้อคลุมดินชั้นบนเสื้อคลุม

เสื้อคลุมของโลกเป็นส่วนหนึ่งของธรณีสเฟียร์ที่ตั้งอยู่ระหว่างเปลือกโลกและแกนกลาง ประกอบด้วยสสารทั้งหมดของโลกเป็นจำนวนมาก การศึกษาเสื้อคลุมมีความสำคัญไม่เพียงแต่จากมุมมองของการทำความเข้าใจเสื้อคลุมชั้นในเท่านั้นยังสามารถทำให้กระจ่างเกี่ยวกับการก่อตัวของดาวเคราะห์ ให้การเข้าถึงสารประกอบและหินที่หายาก ช่วยให้เข้าใจกลไกของแผ่นดินไหว ฯลฯ อย่างไรก็ตาม การรับข้อมูลเกี่ยวกับองค์ประกอบและคุณสมบัติของเสื้อคลุมไม่ใช่เรื่องง่าย ผู้คนยังไม่รู้วิธีเจาะบ่อน้ำลึกขนาดนี้ เสื้อคลุมของโลกได้รับการศึกษาโดยใช้คลื่นไหวสะเทือนเป็นส่วนใหญ่ และด้วยการสร้างแบบจำลองในห้องปฏิบัติการ

โครงสร้างของโลก: แมนเทิล แกนกลาง และเปลือกโลก

ตามความคิดสมัยใหม่ โครงสร้างภายในโลกของเราแบ่งออกเป็นหลายชั้น ชั้นบนคือเปลือกโลก ตามด้วยเสื้อคลุมและแกนโลก เปลือกโลกเป็นเปลือกแข็งแบ่งออกเป็นมหาสมุทรและทวีป เสื้อคลุมของโลกถูกแยกออกจากมันโดยขอบเขตที่เรียกว่า Mohorovicic (ตั้งชื่อตามนักแผ่นดินไหววิทยาชาวโครเอเชียที่สร้างตำแหน่งของมัน) ซึ่งมีลักษณะเฉพาะด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้นอย่างกะทันหันของคลื่นไหวสะเทือนตามยาว

เสื้อคลุมประกอบด้วยมวลประมาณ 67% ของมวลโลก ตามข้อมูลที่ทันสมัย ​​สามารถแบ่งออกเป็นสองชั้น: บนและล่าง ในตอนแรกชั้น Golitsyn หรือเสื้อคลุมชั้นกลางก็มีความโดดเด่นเช่นกันซึ่งเป็นโซนการเปลี่ยนแปลงจากบนลงล่าง โดยทั่วไปเสื้อคลุมยาวที่ความลึก 30 ถึง 2900 กม.

แกนกลางของดาวเคราะห์ตามที่นักวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ส่วนใหญ่ประกอบด้วยโลหะผสมเหล็กและนิกเกิล มันยังแบ่งออกเป็นสองส่วน แกนในเป็นของแข็งรัศมีประมาณ 1300 กม. ภายนอก - ของเหลวมีรัศมี 2200 กม. ระหว่างส่วนเหล่านี้ โซนการเปลี่ยนแปลงจะแตกต่างออกไป

เปลือกโลก

เปลือกโลกและเสื้อคลุมส่วนบนของโลกรวมกันเป็นหนึ่งโดยแนวคิดของ "ธรณีภาค" เป็นเปลือกแข็งที่มีพื้นที่มั่นคงและเคลื่อนที่ได้ เปลือกแข็งของดาวเคราะห์ประกอบด้วยซึ่งเคลื่อนที่ผ่านชั้นบรรยากาศแอสเธโนสเฟียร์ตามที่คาดไว้ ซึ่งเป็นชั้นพลาสติกที่ค่อนข้างเป็นพลาสติก อาจเป็นของเหลวที่มีความหนืดและให้ความร้อนสูง เป็นส่วนหนึ่งของเสื้อคลุมด้านบน ควรสังเกตว่าการมีอยู่ของแอสเธโนสเฟียร์ในฐานะเปลือกหนืดต่อเนื่องไม่ได้รับการยืนยันจากการศึกษาเกี่ยวกับแผ่นดินไหว การศึกษาโครงสร้างของดาวเคราะห์ทำให้เราสามารถระบุชั้นที่คล้ายกันหลายชั้นที่อยู่ในแนวตั้งได้ ในแนวนอน เห็นได้ชัดว่า asthenosphere ถูกขัดจังหวะอย่างต่อเนื่อง

วิธีการศึกษาเสื้อคลุม

ชั้นที่อยู่ด้านล่างเปลือกโลกไม่สามารถเข้าถึงได้เพื่อการศึกษา ความลึกมหาศาล อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง และความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้นเป็นปัญหาร้ายแรงในการรับข้อมูลเกี่ยวกับองค์ประกอบของเสื้อคลุมและแกนกลาง อย่างไรก็ตาม ยังสามารถจินตนาการถึงโครงสร้างของดาวเคราะห์ได้ เมื่อศึกษาเสื้อคลุม ข้อมูลธรณีฟิสิกส์กลายเป็นแหล่งข้อมูลหลัก ความเร็วของคลื่นไหวสะเทือน คุณลักษณะของการนำไฟฟ้า และความโน้มถ่วงทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับองค์ประกอบและลักษณะอื่นๆ ของชั้นที่อยู่ข้างใต้ได้

นอกจากนี้ สามารถรับข้อมูลบางส่วนได้จากเศษหินปกคลุม อย่างหลังรวมถึงเพชรซึ่งสามารถบอกอะไรได้มากมายเกี่ยวกับเสื้อคลุมด้านล่าง หินปกคลุมยังพบได้ในเปลือกโลก การศึกษาของพวกเขาช่วยให้เข้าใจองค์ประกอบของเสื้อคลุม อย่างไรก็ตาม พวกมันจะไม่แทนที่ตัวอย่างที่ได้รับโดยตรงจากชั้นลึก เนื่องจากผลของกระบวนการต่างๆ ที่เกิดขึ้นในเปลือกโลก องค์ประกอบของพวกมันจึงแตกต่างจากของเสื้อคลุม

เสื้อคลุมของโลก: องค์ประกอบ

แหล่งข้อมูลอื่นเกี่ยวกับลักษณะของเสื้อคลุมคืออุกกาบาต ตามแนวคิดสมัยใหม่ chondrites (กลุ่มอุกกาบาตที่พบมากที่สุดในโลก) มีองค์ประกอบใกล้เคียงกับเสื้อคลุมของโลก

สันนิษฐานว่ามีองค์ประกอบที่อยู่ในสถานะของแข็งหรือเข้าสู่สารประกอบที่เป็นของแข็งระหว่างการก่อตัวของดาวเคราะห์ เหล่านี้รวมถึงซิลิกอน เหล็ก แมกนีเซียม ออกซิเจน และอื่นๆ ในเสื้อคลุมจะรวมกับรูปแบบซิลิเกต แมกนีเซียมซิลิเกตอยู่ที่ชั้นบน ปริมาณของเหล็กซิลิเกตจะเพิ่มขึ้นตามความลึก ในเสื้อคลุมด้านล่าง สารประกอบเหล่านี้จะสลายตัวเป็นออกไซด์ (SiO 2 , MgO, FeO)

สิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับนักวิทยาศาสตร์คือหินที่ไม่พบในเปลือกโลก สันนิษฐานว่ามีสารประกอบดังกล่าวจำนวนมาก (กรอสปิไดต์ คาร์บอเนต และอื่นๆ) ในเสื้อคลุม

เลเยอร์

ให้เราอาศัยรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับขอบเขตของชั้นเสื้อคลุม ตามที่นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าส่วนบนของพวกเขามีระยะทางประมาณ 30 ถึง 400 กม. จากนั้นจะมีเขตเปลี่ยนผ่านซึ่งลึกลงไปอีก 250 กม. เลเยอร์ถัดไปคือด้านล่าง ขอบเขตของมันตั้งอยู่ที่ความลึกประมาณ 2,900 กม. และติดต่อกับแกนนอกของโลก

ความดันและอุณหภูมิ

เมื่อคุณเข้าไปลึกเข้าไปในโลก อุณหภูมิก็จะสูงขึ้น เสื้อคลุมของโลกอยู่ภายใต้ความกดดันที่สูงมาก ในเขตแอสเทโนสเฟียร์ ผลกระทบของอุณหภูมิมีมากกว่า ดังนั้นในที่นี้สารจึงอยู่ในสถานะอสัณฐานหรือกึ่งหลอมเหลวที่เรียกว่า ยิ่งอยู่ภายใต้ความกดดัน จะกลายเป็นของแข็ง

การศึกษาเสื้อคลุมและขอบเขต Mohorovicic

เสื้อคลุมของโลกหลอกหลอนนักวิทยาศาสตร์มาเป็นเวลานาน ในห้องปฏิบัติการ มีการทดลองกับหินที่อาจเป็นส่วนหนึ่งของชั้นบนและชั้นล่าง ทำให้เราเข้าใจองค์ประกอบและคุณสมบัติของเสื้อคลุม ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่นจึงพบว่าชั้นล่างประกอบด้วย จำนวนมากของซิลิคอน. ชั้นบนมีน้ำสำรอง มันมาจากเปลือกโลกและยังแทรกซึมจากที่นี่ไปยังพื้นผิว

สิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษคือพื้นผิว Mohorovichic ซึ่งไม่เข้าใจธรรมชาติอย่างสมบูรณ์ การศึกษาเกี่ยวกับคลื่นไหวสะเทือนชี้ให้เห็นว่าที่ระดับ 410 กม. ใต้พื้นผิวมีการเปลี่ยนแปลงของหินที่แปรสภาพ (กลายเป็นความหนาแน่นมากขึ้น) ซึ่งแสดงออกด้วยความเร็วของคลื่นที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว สันนิษฐานว่าหินบะซอลต์ในบริเวณนั้นถูกแปรสภาพเป็นหินอุกกาบาต ในกรณีนี้ ความหนาแน่นของเสื้อคลุมจะเพิ่มขึ้นประมาณ 30% มีอีกเวอร์ชันหนึ่งซึ่งสาเหตุของการเปลี่ยนแปลงความเร็วของคลื่นไหวสะเทือนนั้นอยู่ที่การเปลี่ยนแปลงในองค์ประกอบของหิน

ชิคิว ฮักเคน

ในปี 2548 เรือ Chikyu ที่ติดตั้งอุปกรณ์พิเศษถูกสร้างขึ้นในญี่ปุ่น ภารกิจของเขาคือทำบันทึกลึกลงไปที่ด้านล่าง มหาสมุทรแปซิฟิก. นักวิทยาศาสตร์เสนอให้เก็บตัวอย่างหินของเสื้อคลุมบนและขอบของ Mohorovichic เพื่อให้ได้คำตอบสำหรับคำถามมากมายที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างของดาวเคราะห์ การดำเนินโครงการมีกำหนดในปี 2563

ควรสังเกตว่านักวิทยาศาสตร์ไม่เพียงแต่หันความสนใจไปที่ลำไส้ในมหาสมุทรเท่านั้น จากการศึกษาพบว่าความหนาของเปลือกโลกที่ก้นทะเลนั้นน้อยกว่าในทวีปมาก ความแตกต่างมีนัยสำคัญ: ภายใต้เสาน้ำในมหาสมุทร จำเป็นต้องเอาชนะหินหนืดเพียง 5 กม. ในบางพื้นที่ ในขณะที่บนบก ตัวเลขนี้จะเพิ่มขึ้นเป็น 30 กม.

ตอนนี้เรือทำงานได้แล้ว: ได้รับตัวอย่างตะเข็บถ่านหินลึกแล้ว การดำเนินการตามเป้าหมายหลักของโครงการจะทำให้เข้าใจวิธีการจัดเรียงเสื้อคลุมของโลก สารและองค์ประกอบใดบ้างที่ประกอบเป็นเขตการเปลี่ยนแปลง และเพื่อค้นหาขีดจำกัดล่างของการแพร่กระจายของชีวิตบนโลก

ความเข้าใจของเราเกี่ยวกับโครงสร้างของโลกยังห่างไกลจากความสมบูรณ์ สาเหตุของสิ่งนี้คือความยากลำบากในการเจาะเข้าไปในลำไส้ อย่างไรก็ตามความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีไม่หยุดนิ่ง ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ชี้ให้เห็นว่าในอนาคตอันใกล้นี้เราจะรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับลักษณะของเสื้อคลุม

มีองค์ประกอบพิเศษแตกต่างจากองค์ประกอบของเปลือกโลกที่ปกคลุม ข้อมูลเกี่ยวกับองค์ประกอบทางเคมีของเสื้อคลุมได้มาจากการวิเคราะห์หินอัคนีที่ลึกที่สุดที่เข้าสู่ขอบฟ้าบนของโลกอันเป็นผลมาจากการยกตัวของเปลือกโลกอันทรงพลังด้วยการกำจัดวัสดุปกคลุม หินเหล่านี้รวมถึงหิน ultrabasic - dunites, peridotites ที่เกิดขึ้นในระบบภูเขา โขดหินของหมู่เกาะเซนต์ปอลตอนกลาง มหาสมุทรแอตแลนติกตามข้อมูลทางธรณีวิทยาทั้งหมด อ้างถึงวัสดุปกคลุม วัสดุปกคลุมยังรวมถึงเศษหินที่เก็บรวบรวมโดยการสำรวจสมุทรศาสตร์ของสหภาพโซเวียตจากด้านล่าง มหาสมุทรอินเดียในสันเขามหาสมุทรอินเดีย ในส่วนที่เกี่ยวกับองค์ประกอบทางแร่วิทยาของเสื้อคลุม การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญสามารถคาดหวังได้ที่นี่ โดยเริ่มจากขอบฟ้าด้านบนและลงท้ายด้วยฐานของเสื้อคลุม เนื่องจากแรงดันที่เพิ่มขึ้น แมนเทิลส่วนบนประกอบด้วยซิลิเกตเป็นส่วนใหญ่ (โอลิวีน ไพรอกซีน โกเมน) ซึ่งมีความเสถียรและอยู่ภายใต้แรงกดดันที่ค่อนข้างต่ำ เสื้อคลุมด้านล่างประกอบด้วยแร่ธาตุที่มีความหนาแน่นสูง

ส่วนประกอบที่พบบ่อยที่สุดของเสื้อคลุมคือซิลิกอนออกไซด์ในองค์ประกอบของซิลิเกต แต่ที่ความดันสูง ซิลิกาสามารถเข้าสู่การดัดแปลงแบบโพลิมอร์ฟิกที่มีความหนาแน่นมากขึ้น - สติโชไวท์ แร่นี้ได้รับโดยนักวิจัยชาวโซเวียต Stishov และตั้งชื่อตามเขา หากควอตซ์ธรรมดามีความหนาแน่น 2.533 r/cm 3 แล้ว stishovite ซึ่งเกิดขึ้นจากควอตซ์ที่ความดัน 150,000 บาร์จะมีความหนาแน่น 4.25 g/cm 3

นอกจากนี้ การดัดแปลงแร่ที่มีความหนาแน่นมากขึ้นของสารประกอบอื่น ๆ ก็มีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นในเสื้อคลุมด้านล่างเช่นกัน จากที่กล่าวมาข้างต้น สามารถสันนิษฐานได้อย่างสมเหตุสมผลว่าด้วยแรงดันที่เพิ่มขึ้น ธาตุเหล็กแมกนีเซียมซิลิเกตตามปกติของโอลิวีนและไพรอกซีเนสจะสลายตัวเป็นออกไซด์ ซึ่งแต่ละตัวมีความหนาแน่นสูงกว่าซิลิเกต ซึ่งกลายเป็นความเสถียรในเสื้อคลุมชั้นบน

แมนเทิลส่วนบนประกอบด้วยซิลิเกตที่เป็นเฟอร์รูจินัส-แม็กนีเซียนเป็นส่วนใหญ่ (โอลิวีน, ไพร็อกซีน) อะลูมิโนซิลิเกตบางชนิดสามารถเปลี่ยนเป็นแร่ธาตุที่มีความหนาแน่นมากขึ้น เช่น โกเมน ภายใต้ทวีปและมหาสมุทร เสื้อคลุมชั้นบนมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันและอาจมีองค์ประกอบต่างกัน เราสามารถสรุปได้ว่าในพื้นที่ของทวีปเสื้อคลุมมีความแตกต่างกันมากขึ้นและมี SiO 2 น้อยกว่าเนื่องจากความเข้มข้นของส่วนประกอบนี้ในเปลือกโลกอะลูมิโนซิลิเกต ภายใต้มหาสมุทร เสื้อคลุมมีความแตกต่างกันน้อยกว่า ในเสื้อคลุมด้านบน อาจเกิดการดัดแปลงโพลิมอร์ฟิคหนาแน่นขึ้นของโอลิวีนที่มีโครงสร้างนิล ฯลฯ

ชั้นเฉพาะกาลของเสื้อคลุมมีลักษณะเฉพาะด้วยการเพิ่มความเร็วคลื่นไหวสะเทือนที่มีความลึกเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องซึ่งบ่งบอกถึงการปรากฏตัวของการดัดแปลงหลายรูปแบบที่มีความหนาแน่นมากขึ้น เห็นได้ชัดว่า FeO, MgO, GaO, SiO 2 ออกไซด์ปรากฏในรูปแบบของ wustite, periclase, มะนาวและ stishovite จำนวนของพวกมันเพิ่มขึ้นตามความลึก ในขณะที่ปริมาณของซิลิเกตธรรมดาลดลง และต่ำกว่า 1,000 กม. พวกมันประกอบเป็นเศษส่วนที่ไม่มีนัยสำคัญ

เสื้อคลุมด้านล่างภายในระดับความลึก 1,000-2900 กม. เกือบทั้งหมดประกอบด้วยแร่ธาตุหนาแน่น - ออกไซด์ซึ่งเห็นได้จากความหนาแน่นสูงในช่วง 4.08-5.7 g/cm 3 . ภายใต้อิทธิพลของแรงดันที่เพิ่มขึ้น ออกไซด์ที่มีความหนาแน่นสูงจะถูกบีบอัด และเพิ่มความหนาแน่นของพวกมันต่อไป เนื้อหาของธาตุเหล็กอาจเพิ่มขึ้นในเสื้อคลุมด้านล่าง

แกนโลก. คำถามเกี่ยวกับองค์ประกอบและลักษณะทางกายภาพของแกนกลางของโลกเป็นหนึ่งในปัญหาที่น่าตื่นเต้นและลึกลับที่สุดของธรณีฟิสิกส์และธรณีเคมี เมื่อไม่นานมานี้มีการตรัสรู้เล็กน้อยในการแก้ปัญหานี้

แกนกลางอันกว้างใหญ่ของโลก ซึ่งครอบครองพื้นที่ส่วนในลึกกว่า 2900 กม. ประกอบด้วยแกนนอกขนาดใหญ่และแกนในขนาดเล็ก จากข้อมูลแผ่นดินไหว แกนนอกมีคุณสมบัติของของเหลว ไม่ส่งคลื่นไหวสะเทือนตามขวาง การขาดแรงยึดเหนี่ยวระหว่างแกนกลางและเสื้อคลุมด้านล่าง, ธรรมชาติของกระแสน้ำในเสื้อคลุมและเปลือกโลก, ลักษณะเฉพาะของการเคลื่อนที่ของแกนหมุนของโลกในอวกาศ, ธรรมชาติของเส้นทางของคลื่นไหวสะเทือนที่ลึกกว่า 2900 กม. ว่าแกนโลกชั้นนอกเป็นของเหลว

ผู้เขียนบางคนสันนิษฐานว่าองค์ประกอบของแกนกลางสำหรับแบบจำลองที่เป็นเนื้อเดียวกันทางเคมีของโลกนั้นเป็นซิลิเกต และภายใต้อิทธิพลของความดันสูง ซิลิเกตผ่านเข้าสู่สถานะ "โลหะ" เพื่อให้ได้โครงสร้างอะตอมที่มีอิเล็กตรอนภายนอกอยู่ทั่วไป อย่างไรก็ตาม ข้อมูลทางธรณีฟิสิกส์ที่ระบุไว้ข้างต้นขัดแย้งกับสมมติฐานของสถานะ "โลหะ" ของวัสดุซิลิเกตในแกนโลก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การขาดการประสานกันระหว่างแกนกลางและเสื้อคลุมไม่สามารถเข้ากันได้กับแกนแข็ง "ที่เป็นโลหะ" ซึ่งสันนิษฐานไว้ในสมมติฐาน Lodochnikov-Ramsay ข้อมูลทางอ้อมที่สำคัญมากเกี่ยวกับแกนกลางของโลกได้มาจากการทดลองกับซิลิเกตภายใต้ความกดอากาศสูง ในกรณีนี้ความดันถึง 5 ล้านตู้เอทีเอ็ม ในขณะเดียวกัน ในใจกลางของโลก ความดันอยู่ที่ 3 ล้าน atm. และที่ขอบเขตของแกนกลาง - ประมาณ 1 ล้าน atm ดังนั้น จากการทดลองจึงเป็นไปได้ที่จะปิดกั้นแรงกดดันที่มีอยู่ในส่วนลึกของโลก ในกรณีนี้ สำหรับซิลิเกต จะสังเกตได้เฉพาะการบีบอัดเชิงเส้นโดยไม่มีการกระโดดและเปลี่ยนสถานะเป็น "โลหะ" นอกจากนี้ ที่แรงดันสูงและภายในความลึก 2900-6370 กม. ซิลิเกตไม่สามารถอยู่ในสถานะของเหลวได้ เช่น ออกไซด์ จุดหลอมเหลวของพวกมันจะเพิ่มขึ้นตามแรงดันที่เพิ่มขึ้น

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาได้ผลลัพธ์ที่น่าสนใจมากเกี่ยวกับผลกระทบของแรงกดดันที่สูงมากต่อจุดหลอมเหลวของโลหะ ปรากฎว่าโลหะจำนวนหนึ่งที่แรงดันสูง (300,000 atm. ขึ้นไป) เข้าสู่สถานะของเหลวที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ จากการคำนวณบางอย่างโลหะผสมของเหล็กที่มีส่วนผสมของนิกเกิลและซิลิกอน (76% Fe, 10% Ni, 14% Si) ที่ความลึก 2900 กม. ภายใต้อิทธิพลของแรงดันสูงควรอยู่ในสถานะของเหลวแล้วที่ อุณหภูมิ 1,000 ° C แต่อุณหภูมิที่ระดับความลึกเหล่านี้ตามการประมาณการที่อนุรักษ์นิยมที่สุดของนักธรณีฟิสิกส์ควรสูงกว่านี้มาก

ดังนั้นในแง่ของธรณีฟิสิกส์สมัยใหม่และข้อมูลฟิสิกส์ความดันสูง ตลอดจนข้อมูลคอสโมเคมีที่บ่งชี้บทบาทนำของเหล็กในฐานะโลหะที่มีปริมาณมากที่สุดในอวกาศ จึงควรสันนิษฐานว่าแกนโลกส่วนใหญ่ประกอบด้วยเหล็กเหลวที่มี ส่วนผสมของนิกเกิล อย่างไรก็ตาม การคำนวณของนักธรณีฟิสิกส์ชาวอเมริกัน เอฟ. เบิร์ช แสดงให้เห็นว่าความหนาแน่นของแกนโลกต่ำกว่าโลหะผสมเหล็กนิกเกิล 10% ที่อุณหภูมิและความดันที่มีอยู่ในแกนกลาง ตามมาด้วยแกนโลหะของโลกต้องมีปอดบางชนิดเป็นจำนวนมาก (10-20%) จากองค์ประกอบที่เบาที่สุดและพบได้บ่อยที่สุด ซิลิกอน (Si) และกำมะถัน (S) มีแนวโน้มมากที่สุด | การมีอยู่อย่างใดอย่างหนึ่งสามารถอธิบายคุณสมบัติทางกายภาพที่สังเกตได้ของแกนโลก ดังนั้นคำถามที่ว่าส่วนผสมของแกนโลกคืออะไร - ซิลิกอนหรือกำมะถันกลายเป็นที่ถกเถียงกันและเชื่อมโยงกับวิธีที่โลกของเราก่อตัวขึ้นในทางปฏิบัติ

A. Ridgwood ในปี 1958 สันนิษฐานว่าแกนโลกประกอบด้วยซิลิกอนเป็นธาตุแสง โดยโต้แย้งข้อสันนิษฐานนี้จากข้อเท็จจริงที่ว่าธาตุซิลิกอนในปริมาณร้อยละน้ำหนักหลาย ๆ ถูกพบในเฟสโลหะของอุกกาบาต chondrite ที่ลดลงบางส่วน (enstatite) อย่างไรก็ตาม ไม่มีข้อโต้แย้งอื่นใดที่สนับสนุนการมีซิลิกอนในแกนโลก

สมมติฐานที่ว่าแกนโลกมีกำมะถันตามมาจากการเปรียบเทียบการกระจายตัวของมันในวัสดุคอนไดรต์ของอุกกาบาตและเสื้อคลุมของโลก ดังนั้น การเปรียบเทียบอัตราส่วนอะตอมเบื้องต้นของธาตุที่ระเหยได้บางชนิดในส่วนผสมของเปลือกโลกและเสื้อคลุมและในคอนไดรต์ แสดงว่าขาดกำมะถันอย่างเห็นได้ชัด ในวัสดุของเสื้อคลุมและเปลือกโลก ความเข้มข้นของกำมะถันคือสามลำดับความสำคัญต่ำกว่าในวัสดุเฉลี่ย ระบบสุริยะซึ่งนำ chondrites ไป

ความเป็นไปได้ของการสูญเสียกำมะถันที่อุณหภูมิสูงของโลกดึกดำบรรพ์นั้นถูกขจัดออกไป เนื่องจากองค์ประกอบอื่นที่มีความผันผวนมากกว่ากำมะถัน (เช่น H2 ในรูปของ H2O) พบว่ามีความบกพร่องน้อยกว่ามาก จะสูญเสียไปในระดับสูงกว่ามาก ขอบเขต. นอกจากนี้ เมื่อก๊าซสุริยะเย็นตัวลง กำมะถันจะจับกับเหล็กและกลายเป็นธาตุที่ระเหยง่าย

ในเรื่องนี้มีความเป็นไปได้ค่อนข้างมากที่กำมะถันจำนวนมากจะเข้าสู่แกนโลก ควรสังเกตว่า จุดหลอมเหลวของระบบ Fe-FeS มีค่าเท่ากัน จุดหลอมเหลวของระบบ Fe-FeS นั้นต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของเหล็กหรือเสื้อคลุมซิลิเกตมาก ดังนั้นที่ความดัน 60 kbar จุดหลอมเหลวของระบบ (ยูเทคติก) Fe-FeS จะอยู่ที่ 990 ° C ในขณะที่ธาตุเหล็กบริสุทธิ์ - 1610 °และเสื้อคลุมไพโรไลต์ - 1310 ดังนั้นด้วยอุณหภูมิในลำไส้ที่เพิ่มขึ้น ของโลกที่เป็นเนื้อเดียวกันในขั้นต้น เหล็กหลอมที่อุดมด้วยกำมะถัน จะก่อตัวเป็นลำดับแรก และเนื่องจากความหนืดต่ำและความหนาแน่นสูง จะระบายออกสู่ส่วนกลางของดาวเคราะห์ได้ง่าย เกิดเป็นแกนเฟอร์รูจินัส-กำมะถัน ดังนั้นการปรากฏตัวของกำมะถันในสภาพแวดล้อมของเหล็กนิกเกิลจึงทำหน้าที่เป็นฟลักซ์ทำให้จุดหลอมเหลวโดยรวมลดลง สมมติฐานของการมีอยู่ของกำมะถันจำนวนมากในแกนโลกนั้นน่าสนใจมาก และไม่ขัดแย้งกับข้อมูลทั้งหมดที่ทราบเกี่ยวกับธรณีเคมีและคอสโมเคมี

ดังนั้น แนวคิดสมัยใหม่เกี่ยวกับธรรมชาติของภายในดาวเคราะห์ของเราจึงสอดคล้องกับโลกที่มีความแตกต่างทางเคมี ซึ่งถูกแบ่งออกเป็นสองส่วนที่แตกต่างกัน: เสื้อคลุมซิลิเกต-ออกไซด์ที่เป็นของแข็งอันทรงพลังและของเหลวซึ่งส่วนใหญ่เป็นแกนกลางที่เป็นโลหะ เปลือกโลกเป็นเปลือกแข็งส่วนบนที่เบาที่สุด ซึ่งประกอบด้วยอะลูมิโนซิลิเกตและมีโครงสร้างที่ซับซ้อนที่สุด

โดยสรุปข้างต้น เราสามารถสรุปได้ดังต่อไปนี้

1. โลกมีโครงสร้างเป็นชั้นๆ ประกอบด้วยสองในสามของเปลือกแข็งซิลิเกต-ออกไซด์ - เสื้อคลุมและหนึ่งในสามของแกนของเหลวที่เป็นโลหะ
2. คุณสมบัติหลักของโลกบ่งชี้ว่าแกนกลางอยู่ในสถานะของเหลวและมีเพียงเหล็กจากโลหะทั่วไปส่วนใหญ่ที่มีส่วนผสมของธาตุแสงบางชนิด (ส่วนใหญ่น่าจะเป็นกำมะถัน) เท่านั้นที่สามารถให้คุณสมบัติเหล่านี้ได้
3. ในขอบฟ้าด้านบน โลกมีโครงสร้างที่ไม่สมมาตร ครอบคลุมเปลือกโลกและเสื้อคลุมด้านบน ซีกโลกมหาสมุทรภายในเสื้อคลุมชั้นบนมีความแตกต่างกันน้อยกว่าซีกโลกตรงข้ามของทวีป

งานของทฤษฎีจักรวาลวิทยาใดๆ เกี่ยวกับต้นกำเนิดของโลกคือการอธิบายลักษณะพื้นฐานเหล่านี้ของธรรมชาติและองค์ประกอบภายในของมัน

> โลกทำมาจากอะไร?

ภายใน โครงสร้างของโลก. ศึกษาโครงสร้างของดาวเคราะห์: เปลือกโลก แกนกลาง เสื้อคลุม องค์ประกอบทางเคมีของโลก ประวัติการวิจัย ธรณีวิทยา

โลกเป็นมากกว่าที่เราเห็นจากจุดชมวิวของเรา หากสามารถผ่าครึ่งได้ คุณจะต้องแปลกใจมาก เรารีบเร่งในการค้นหาโลกใหม่ แต่เรายังไม่รู้อะไรเกี่ยวกับโลกของเรามากนัก

แต่วิทยาแผ่นดินไหวสามารถเปิดโครงสร้างของโลกและแสดงชั้นต่างๆ ได้ แต่ละคนมีคุณสมบัติคุณสมบัติและองค์ประกอบของตัวเอง และทั้งหมดนี้ส่งผลต่อกระบวนการของโลก โลกทำมาจากอะไร?

ทฤษฎีสมัยใหม่

พื้นที่ชั้นในของดาวเคราะห์นั้นแตกต่างกัน นั่นคือโครงสร้าง (เช่นเดียวกับส่วนที่เหลือของดาวเคราะห์) ถูกแสดงด้วยชั้น ลบหนึ่งและคุณจะถูกนำไปถัดไป และแต่ละคนจะมีอุณหภูมิและองค์ประกอบทางเคมีของตัวเอง

ความเข้าใจของเราเกี่ยวกับชั้นต่างๆ ของดาวเคราะห์นั้นขึ้นอยู่กับผลการตรวจสอบคลื่นไหวสะเทือน รองรับการศึกษาคลื่นเสียงที่เกิดจากแผ่นดินไหว ตลอดจนการวิเคราะห์ว่าการเคลื่อนตัวผ่านชั้นต่างๆ นั้นช้าลงอย่างไร การเปลี่ยนแปลงความเร็วแผ่นดินไหวนำไปสู่การหักเห

ใช้ร่วมกับการเปลี่ยนแปลงในสนามโน้มถ่วงและสนามแม่เหล็ก และการทดลองกับของแข็งผลึกที่จำลองความดันและอุณหภูมิภายในดาวเคราะห์

การวิจัย

แม้แต่ในสมัยโบราณ มนุษย์พยายามหาองค์ประกอบของโลก ความพยายามครั้งแรกไม่เกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์ด้วยซ้ำ สิ่งเหล่านี้ค่อนข้างเป็นตำนานและตำนานที่เกี่ยวข้องกับการแทรกแซงจากสวรรค์ อย่างไรก็ตาม มีหลายทฤษฎีที่หมุนเวียนในหมู่ประชากร

คุณอาจเคยได้ยินเรื่องโลกแบน ความคิดเห็นนี้เป็นเรื่องธรรมดาในวัฒนธรรมเมโสโปเตเมีย ดาวเคราะห์ถูกพรรณนาว่าเป็นจานแบนไถนามหาสมุทร ชาวมายายังถือว่ามันแบน แต่ที่มุมมีจากัวร์สี่ตัวที่ถือท้องฟ้า ชาวเปอร์เซียเห็นภูเขาจักรวาลในขณะที่ชาวจีนเห็นว่าเป็นลูกบาศก์สี่ด้าน

ในศตวรรษที่ 6 ก่อนคริสต์ศักราช อี ชาวกรีกมีแนวโน้มที่จะมีรูปร่างกลมและในศตวรรษที่ 3 ก่อนคริสต์ศักราช อี แนวคิดเรื่องโลกทรงกลมกำลังจมอยู่ใต้พื้นและเป็นฐานหลักฐานแรก ในเวลาเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์เริ่มสัมผัสกับการวิจัยทางธรณีวิทยา และนักปรัชญาก็เริ่มพิจารณาแร่ธาตุและโลหะ

แต่การเปลี่ยนแปลงที่แท้จริงเกิดขึ้นในศตวรรษที่ 16 และ 17 เท่านั้น Edmund Halley เสนอทฤษฎี "Void Earth" ในปี 1692 เขาเชื่อว่ามีโพรงอยู่ภายในนั่นคือแกนกลางที่มีความหนา 800 กม.

ระหว่างทรงกลมเหล่านี้มีช่องว่างอากาศ เพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบจากการเสียดสี ทรงกลมด้านในจะต้องยึดอยู่กับที่ด้วยแรงโน้มถ่วง แบบจำลองแสดงเปลือกที่มีศูนย์กลางสองอันรอบนิวเคลียส เส้นผ่านศูนย์กลางตรงกับดาวพุธ ดาวศุกร์ และดาวอังคาร

Halley ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของดวงจันทร์และโลกที่ Isaac Newton เสนอในปี 1687 ต่อไป นักวิทยาศาสตร์ตัดสินใจพิจารณาความน่าเชื่อถือของพระคัมภีร์ เป็นสิ่งสำคัญสำหรับนักวิจัยในการคำนวณอายุที่แท้จริงของโลกและค้นหาหลักฐานการเกิดน้ำท่วม ที่นี่พวกเขาเริ่มพิจารณาฟอสซิลและพัฒนาระบบสำหรับการจำแนกการออกเดทของชั้น

ในปี ค.ศ. 1774 อับราฮัม เวอร์เนอร์ ได้นำเสนอระบบโดยละเอียดสำหรับการระบุแร่ธาตุบางชนิดตามลักษณะภายนอกของแร่ธาตุดังกล่าวในงานเขียนของเขา

ในปี ค.ศ. 1741 ตำแหน่งแรกในธรณีวิทยาปรากฏขึ้นที่พิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติของฝรั่งเศส 10 ปีผ่านไป คำว่า "ธรณีวิทยา" ก็ถูกนำมาใช้

ในปี ค.ศ. 1770 การวิเคราะห์ทางเคมีมาก่อนในการวิจัย ภารกิจสำคัญประการหนึ่ง คือ ศึกษาสถานที่เกิดอุทกภัยในอดีต (อุทกภัย) ในยุค 1780 มีพวกที่เชื่อว่าชั้นต่างๆ ถูกสร้างขึ้นไม่ใช่เพราะน้ำ แต่เกิดจากไฟ ผู้ติดตามถูกเรียกว่าพลูโตนิสต์ พวกเขาเชื่อว่าดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นเนื่องจากการแข็งตัวของมวลหลอมเหลว และทั้งหมดนี้เกิดขึ้นช้ามาก นี่แสดงให้เห็นว่าดาวเคราะห์ดวงนี้มีอายุมากกว่าที่พระคัมภีร์กล่าวไว้มาก

ในศตวรรษที่ 19 ธรณีวิทยาได้รับอิทธิพลอย่างมากจากการปฏิวัติอุตสาหกรรม เช่นเดียวกับแนวความคิดของคอลัมน์ stratigraphic - การก่อตัวของหินถูกจัดเรียงตามลำดับที่ปรากฏในเวลา นักวิทยาศาสตร์เริ่มตระหนักว่าอายุของฟอสซิลสามารถคำนวณได้ทางธรณีวิทยา

นักวิจัยได้มีโอกาสเดินทางเพื่อขยายขอบเขตอันไกลโพ้นและเปรียบเทียบสิ่งที่ค้นพบในสถานที่ต่างๆ หนึ่งในผู้โชคดีเหล่านี้คือ Charles Darwin ซึ่งคัดเลือกโดยกัปตันเรือ Beagle

ซากดึกดำบรรพ์ขนาดยักษ์ที่เขาพบทำให้เขาเป็นนักธรณีวิทยา และทฤษฎีของเขาเกี่ยวกับสาเหตุของการสูญพันธุ์นำไปสู่งานที่สำคัญที่สุดคือ On the Origin of Species ซึ่งเขียนขึ้นในปี 1859

นักวิทยาศาสตร์ได้เพิ่มพูนความรู้และสร้างแผนที่ทางธรณีวิทยาของโลก พวกเขาคำนวณอายุของโลกเป็นล้านแล้ว ไม่ใช่ในพัน แต่การพัฒนาเทคโนโลยีได้ช่วยเปลี่ยนส่วนที่เหลือของความคิดแบบดันทุรัง

ในศตวรรษที่ 20 การออกเดทแบบเรดิโอเมตริกปรากฏขึ้น จากนั้นพวกเขาก็คิดว่าอายุของดาวเคราะห์ถึง 2 พันล้านปี ในปี 1912 Alfred Wegener เสนอทฤษฎีการเคลื่อนตัวของทวีป นั่นคือเมื่อทวีปทั้งหมดเป็นหนึ่งเดียว ภายหลังได้รับการยืนยันโดยการวิเคราะห์ทางธรณีวิทยาของกลุ่มตัวอย่าง

ทฤษฎีการแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลกเกิดขึ้นจากการศึกษาพื้นมหาสมุทร ข้อมูลธรณีฟิสิกส์แสดงการเคลื่อนที่ด้านข้างของทวีป และเปลือกโลกในมหาสมุทรมีอายุน้อยกว่าทวีป

ในศตวรรษที่ 20 แผ่นดินไหววิทยา การศึกษาแผ่นดินไหว และการเคลื่อนตัวของคลื่นผ่านพื้นโลก ได้รับการพัฒนาอย่างแข็งขัน นี่คือสิ่งที่ช่วยให้เข้าใจองค์ประกอบและเข้าถึงแกนกลาง

ในปี 1926 Harold Jeffis ระบุว่าแกนโลกเป็นของเหลว และในปี 1937 Inge Lehmann ได้ขยายทฤษฎีนี้โดยเพิ่มว่ามีของแข็งอยู่ภายในแกนของเหลว

ชั้นดิน

โลกสามารถแบ่งออกทางกลไกหรือทางเคมีได้ วิธีแรกศึกษาสถานะของเหลว เปลือกโลก แอสเธโนสเฟียร์ และ มีโซสเฟียร์ แกนกลางชั้นนอกและชั้นในปรากฏขึ้นที่นี่ แต่วิธีทางเคมีซึ่งค้นพบเปลือกโลก เสื้อคลุม และแกนกลาง ได้รับความนิยมอย่างมาก

แกนในเป็นของแข็ง แกนนอกเป็นของเหลว เสื้อคลุมด้านล่างอยู่ภายใต้แรงกดดันอย่างแรง ดังนั้นจึงมีความหนืดต่ำกว่าชั้นบน ความแตกต่างทั้งหมดเกิดจากกระบวนการที่มาพร้อมกับการพัฒนาของดาวเคราะห์ในช่วง 4.5 พันล้านปี มาดูโครงสร้างภายในของโลกกันดีกว่า

เห่า

นี่คือชั้นนอก เย็น และแช่แข็ง มีระยะทาง 570 กม. และเป็นเพียง 1% ของปริมาตรของดาวเคราะห์

ส่วนที่แคบกว่าคือเปลือกโลกมหาสมุทรที่อยู่ใต้แอ่งมหาสมุทร (5-10 กม.) และส่วนที่หนาแน่นกว่าคือเปลือกทวีป ด้านบนของเสื้อคลุมและ เปลือกโลก- ธรณีภาคครอบคลุม 200 กม. หินส่วนใหญ่ก่อตัวขึ้นเมื่อ 100 ล้านปีก่อน

เสื้อคลุมส่วนบน

มันครอบครอง 84% ​​ของปริมาตรและปรากฏเป็นของแข็งเป็นส่วนใหญ่ แต่บางครั้งก็ทำตัวเหมือนของเหลวหนืด เริ่มจาก "พื้นผิว Mohorovicic" - 7-35 กม. และลึกถึง 410 กม.

การเคลื่อนที่ในเสื้อคลุมสะท้อนให้เห็นการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก กระบวนการนี้ขับเคลื่อนด้วยความร้อนจากส่วนลึก นี่คือสิ่งที่นำไปสู่แผ่นดินไหวและการก่อตัวของเทือกเขา

อุณหภูมิเพิ่มขึ้น 500-900 องศาเซลเซียส ชั้นที่ความลึก 410-660 กม. ถือเป็นเขตเปลี่ยนผ่าน

เสื้อคลุมล่าง

อุณหภูมิที่ความลึก 660-2891 กม. สามารถสูงถึง 4000 ° C แต่แรงดันที่นี่แรงเกินไป ความหนืดและการหลอมจึงมีจำกัด ไม่ค่อยมีใครรู้จักเกี่ยวกับชั้นนี้ แต่เชื่อกันว่าเป็นเนื้อเดียวกันจากแผ่นดินไหว

แกนนอก

นี่คือเปลือกของเหลวที่มีความหนา 2300 กม. และในรัศมีครอบคลุม 3400 กม. ที่นี่ความหนาแน่นสูงขึ้นมาก - 9900-12200 กก. / ม. 3 เชื่อกันว่าแกนกลางประกอบด้วยเหล็ก 80% รวมทั้งนิกเกิลและองค์ประกอบแสงอื่นๆ ไม่มีแรงกดทับ จึงไม่แข็งตัว แม้ว่าองค์ประกอบจะคล้ายกับแกนในก็ตาม อุณหภูมิ - 4030 ° C

ในแกนของเหลวเนื่องจากอุณหภูมิและความปั่นป่วน ไดนาโมถูกสร้างขึ้นที่ส่งผลต่อสนามแม่เหล็ก

แกนใน

องค์ประกอบใดบ้างที่ประกอบเป็นแกนกลางของโลก มันถูกแทนด้วยเหล็กและนิกเกิลและในรัศมีครอบคลุม 1220 กม. ความหนาแน่น - 1260-13000 กก. / ลบ.ม. 3 ซึ่งบ่งบอกถึงการปรากฏตัวขององค์ประกอบหนัก (แพลตตินัม, ทอง, แพลเลเดียม, ทังสเตนและเงิน)

อุณหภูมิที่นี่สูงขึ้นถึง 5400 องศาเซลเซียส ทำไมโลหะที่เป็นของแข็งยังคงเป็นของเหลว? เนื่องจากจุดหลอมเหลวสูงมาก เช่นเดียวกับความดัน ภายในไม่ได้เชื่อมต่ออย่างแน่นหนากับเสื้อคลุมแข็ง ดังนั้นจึงเชื่อว่ามันหมุนได้เร็วกว่าตัวดาวเคราะห์เอง

นอกจากนี้ยังมีความเห็นว่าแกนในยังมีชั้นคั่นด้วยเขตการเปลี่ยนแปลงที่มีความหนา 250-400 กม. ชั้นต่ำสุดสามารถขยายเส้นผ่านศูนย์กลาง 1180 กม. นักวิทยาศาสตร์เป็นพยานถึงการเปลี่ยนแปลงเนื่องจากแกนกลางขยายได้ 1 มม. ต่อปี

อย่างที่คุณเห็น โลกของเราเป็นสถานที่ที่น่าอัศจรรย์และเต็มไปด้วยความลึกลับ มันยังคงแฝงความร้อนที่สะสมมาหลายพันล้านปีมาแล้ว และนี่ไม่ใช่ศพ แต่เป็นวัตถุที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา

เสื้อคลุมของโลกคือธรณีสเฟียร์ที่ตั้งอยู่ระหว่างเปลือกโลกและแกนกลางของโลก เสื้อคลุมประกอบด้วย 83% ของปริมาตรและ 67% ของมวลรวมของโลก มีหลายชั้น - เสื้อคลุมบนและล่าง ไม่มีขอบเขตที่ชัดเจนระหว่างพวกเขา นอกจากนี้ เสื้อคลุมส่วนบนยังถูกแบ่งย่อยออกเป็นธรณีสเฟียร์อีกหลายแห่ง เสื้อคลุมมีความลึกหลากหลาย และด้วยแรงดันที่เพิ่มขึ้นในสาร การเปลี่ยนเฟสจึงเกิดขึ้น ซึ่งแร่ธาตุจะมีโครงสร้างที่หนาแน่นมากขึ้น

ตามแนวคิดทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ องค์ประกอบของเสื้อคลุมของโลกถือว่าคล้ายกับอุกกาบาตที่มีหิน เสื้อคลุมส่วนใหญ่ประกอบด้วย องค์ประกอบทางเคมีซึ่งอยู่ในสถานะของแข็งหรือในสารประกอบเคมีที่เป็นของแข็งระหว่างการก่อตัวของโลก: ซิลิกอน เหล็ก ออกซิเจน แมกนีเซียม ฯลฯ

เสื้อคลุมชั้นบนเป็นธรณีสัณฐานที่ตั้งอยู่ระหว่างเปลือกโลกกับเสื้อคลุมด้านล่างของโลก จากด้านบน มันถูกแยกออกจากเปลือกโลกโดยพื้นผิว Mohorovichic ขอบล่างของเสื้อคลุมด้านบนไม่ชัดเจน อยู่ที่ระดับความลึกประมาณ 900 กม. แมนเทิลส่วนบนมีบทบาทสำคัญในกระบวนการแปรสัณฐาน แมกมาติก และการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในเปลือกโลก ในการก่อตัวของแร่ธาตุ ฯลฯ

พื้นผิว พื้นผิว - ชั้นของเสื้อคลุมด้านบนที่ตั้งอยู่บนแอสเทอโนสเฟียร์ เมื่อรวมกับเปลือกโลกก็ก่อตัวเป็นธรณีภาค เป็นแท่นแข็งซึ่งในกระบวนการของการพัฒนาทางธรณีวิทยา เปลือกโลกเกิดขึ้น สันนิษฐานว่าธรณีสัณฐานนี้มีความหนืดลดลง ดังนั้นจึงมีการเคลื่อนไหวช้า (กระแสน้ำ) ภายใต้อิทธิพลของโครงสร้างที่อยู่ข้างใต้ ด้วยเหตุนี้เองที่ทำให้การเคลื่อนไหวของแผ่นเปลือกโลกมีความเกี่ยวข้อง นอกจากนี้ ซับสเตรตทั้งหมดอยู่ในสถานะ isostasy ซึ่งเป็นตัวกำหนดความสมดุลซึ่งกันและกันของเพลต: เมื่อบางส่วนจม บางส่วนจะลอยขึ้น

แอสทีโนสเฟียร์ ความเร็วคลื่นไหวสะเทือนในเสื้อคลุมเพิ่มขึ้นตามความลึก แต่เริ่มจากความลึก 80–100 กม. ภายใต้ทวีปและประมาณ 50 กม. ใต้มหาสมุทร พวกมันลดลงประมาณ 100 กม. จากนั้นพวกมันก็เริ่มสูงขึ้นและที่ความลึกประมาณ 400 กม. พวกมันจะกลับสู่ค่าปกติซึ่งสอดคล้องกับ เส้นโค้งทั่วไปบนกราฟความเร็วในส่วนนี้ เสื้อคลุม การลดลงของความเร็วของคลื่นตามขวางนั้นสังเกตได้ชัดเจนเป็นพิเศษ บริเวณที่มีความเร็วคลื่นไหวสะเทือนต่ำนี้เรียกว่าชั้นแอสเทโนสเฟียร์หรือชั้นกูเทนแบร์ก

เนื่องจากอุณหภูมิและความดันสูง สารจึงไม่ละลาย แต่จะผ่านเข้าสู่สภาวะอสัณฐาน มีข้อสันนิษฐานอื่น: เฉพาะผลึกที่หลอมละลายได้มากที่สุดเท่านั้นที่ละลายในชั้นกูเทนแบร์ก เพื่อให้ของเหลวแต่ละหยดกระจายอยู่ในของแข็งในสารทั่วไป จากสมมติฐานทั้งสอง พบว่าแอสทีโนสเฟียร์มีลักษณะความหนืดลดลง และนี่เป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับการอธิบายกระบวนการต่างๆ ที่เกิดขึ้นบนโลก

ความจริงก็คือหินที่อยู่ภายใต้ความกดอากาศสูงและอุณหภูมิสูงจะค่อยๆ ไหลออกมาและยังคงแข็งอยู่ เหมือนกับธารน้ำแข็งที่ไหลมาจากภูเขา เห็นได้ชัดว่าการไหลของวัสดุภายใต้แรงกดที่ไม่สม่ำเสมอเกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศแอสเทโนสเฟียร์ เป็นที่เชื่อกันว่า isostasy เกิดขึ้นเนื่องจากการไหลของวัสดุในชั้น Gutenberg

เมื่อวัดความเร็วการแพร่กระจายของคลื่นไหวสะเทือน สังเกตว่าคลื่นยืดหยุ่นตามขวางผ่านเปลือกโลกและเสื้อคลุมทั้งหมดอย่างอิสระ แต่เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าพวกมันไม่ผ่านของเหลว สิ่งนี้บ่งชี้ว่าทั้งเปลือกโลกและเสื้อคลุมไม่มีชั้นของเหลวที่ต่อเนื่องกัน ความแข็งของเสื้อคลุมด้านบนยังได้รับการยืนยันจากข้อเท็จจริงที่ว่ามีศูนย์กลางแผ่นดินไหวอยู่ในนั้น (เช่นเดียวกับในเปลือกโลก) - ในบางพื้นที่สูงถึงความลึก 700 กม. ไม่มีแผ่นดินไหวลึก

ชั้น Golitsyn ส่วนที่เหลือของเสื้อคลุมชั้นบนใต้แอสทีโนสเฟียร์เรียกว่าชั้นโกลิทซิน ในชั้น Golitsyn ความเร็วของคลื่นไหวสะเทือนจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วโดยเฉพาะกับความลึก นี่คือคำอธิบายโดยข้อเท็จจริงที่ว่าภายใต้อิทธิพลของความดันสูงมาก ซิลิเกตจะได้ผลึกรูปแบบอื่น โดยมีอะตอมที่หนาแน่นกว่า สิ่งนี้นำไปสู่ความเร็วของคลื่นไหวสะเทือนที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก ในเวลาเดียวกันความหนาแน่นก็ควรเพิ่มขึ้นด้วยดังนั้นในเลเยอร์ Golitsyn จะถือว่าความหนาแน่นพร้อมความลึกเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

เลเยอร์ Golitsyn ทำหน้าที่เป็นส่วนต่อประสานระหว่างเสื้อคลุมด้านบนและด้านล่างและตั้งอยู่ที่ความลึกประมาณ 670 กม.

เสื้อคลุมด้านล่างเป็นส่วนหนึ่งของเสื้อคลุมที่อยู่ใต้ชั้นบรรยากาศแอสทีโนสเฟียร์และเกิดขึ้นที่ระดับความลึก 670-2900 กม. ในเสื้อคลุมด้านล่าง ความเร็วของคลื่นไหวสะเทือนจะเพิ่มขึ้นตามความลึกเช่นเดียวกับที่ควรเพิ่มขึ้นเนื่องจากแรงดัน การเพิ่มความหนาแน่นเกิดขึ้นเนื่องจากการบีบอัดแบบยืดหยุ่นภายใต้แรงกดดันเท่านั้น เสื้อคลุมด้านล่างคิดเป็น 47% ของปริมาตรของโลกและ 41% ของมวลของโลก ตามข้อมูลแผ่นดินไหว เลเยอร์ D" และ D" มีความโดดเด่น

ชั้นเสื้อคลุม D" เป็นลักษณะการเพิ่มขึ้นของความเร็วของการแกว่งของแผ่นดินไหว (ความเร็วของคลื่นยืดหยุ่นตามขวางถึง 10.75-13.68 km / s) เมื่อถึงทางเลี้ยว 660 กม. ความเร็วของคลื่นไหวสะเทือนจะต่ำผิดปกติและ มีความไม่สม่ำเสมอในแนวนอนและแนวตั้งซึ่งเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงในองค์ประกอบเสื้อคลุม (การเปลี่ยนแปลงของแร่ ringwoodtite และ majorite เป็น perovskite, magnesiowustite และ ออกไซด์ phases) นักวิจัยส่วนใหญ่ยอมรับว่าเสื้อคลุมด้านล่างประกอบด้วยเปอร์โตสไคต์ 70%

การเพิ่มความหนาแน่นด้วยความลึกซึ่งเริ่มต้นจาก 670 กม. บางครั้งเกี่ยวข้องกับการเพิ่มขึ้นของปริมาณธาตุเหล็กเช่น อนุญาตให้เปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีของเสื้อคลุมได้ ค่าความหนืดสูงสุด (ความแข็งแรง ปัจจัยด้านคุณภาพ) ของเสื้อคลุมมีการระบุไว้ที่ความลึกหรือไม่ 2,000 กม.

ขอบเขตของส่วน ขอบเขตอย่างมากระหว่างเลเยอร์ D" และ D" แสดงด้วยความชัดเจนที่แตกต่างกัน ในบางพื้นที่การเปลี่ยนแปลงจะค่อยๆ ในบางพื้นที่ที่อยู่ต่ำกว่าขอบเขตนี้ ความเร็วของแผ่นดินไหวจะเพิ่มขึ้น ส่วนพื้นที่อื่นๆ ลดลง

ชั้นเสื้อคลุม D" ลักษณะเด่นของชั้นนี้คือ anisotropy เด่นชัด เป็นที่ประจักษ์โดยความไม่สม่ำเสมอของหลังคา, ความหนาแปรผันตามลำดับ, การแปรผันที่สำคัญของความเร็วแผ่นดินไหวในทิศทางแนวตั้งและแนวนอน, และการปรากฏตัวของต่ำมาก เขตความเร็วที่ฐานของชั้น

สิ่งสำคัญอย่างยิ่งคือการค้นพบที่ฐานของชั้นของโซนความเร็วแผ่นดินไหวต่ำซึ่งมีความหนา 20-30 กม. สันนิษฐานว่าสสารในที่นี้อยู่ในสถานะหลอมละลายบางส่วนที่มีนัยสำคัญ ซึ่งกำหนดความเป็นไปได้ของมวลเข้มข้นและการถ่ายเทความร้อนระหว่างเสื้อคลุมและแกนโลก เหล็กหลอมเหลวจากเสื้อคลุมจะไหลเข้าสู่แกนกลาง ในขณะที่พลังงานความร้อนจำนวนมากถูกปล่อยออกมาและเสื้อคลุมจะคลายตัว ชั้นเสื้อคลุม D" ประกอบด้วย 75% ของวัสดุหลังเพอรอฟสไกต์ ซึ่งมีความเสถียรในสภาวะทางอุณหพลศาสตร์ที่หลากหลาย และอธิบายคุณสมบัติของชั้น D ได้ดี"

การถ่ายเทความร้อนและมวลไม่เพียงดำเนินการโดยตรงตามแนวเขตแกนเสื้อคลุม (2900 กม.) แต่ยังรวมถึงปริมาตรทั้งหมดของชั้น D "ซึ่งในอีกด้านหนึ่งเป็นสถานที่กำเนิดของการขึ้นขนาดใหญ่ การไหลของสสารเสื้อคลุมที่ร้อนและคลายตัว และในทางกลับกัน เป็นสถานที่ฝังศพของแผ่นพื้นโลกที่จมอยู่ใต้ธรณีภาคของมหาสมุทร

และแกนเหล็กหลอมเหลว มันครอบครองพื้นที่ส่วนใหญ่ของโลก คิดเป็นสองในสามของมวลโลก เสื้อคลุมเริ่มต้นที่ความลึกประมาณ 30 กิโลเมตรและถึง 2900 กิโลเมตร

โครงสร้างโลก

โลกมีองค์ประกอบขององค์ประกอบเช่นเดียวกับ (ไม่รวมไฮโดรเจนและฮีเลียมซึ่งหลุดรอดไปได้เนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก) เราสามารถคำนวณได้ว่าแมนเทิลเป็นส่วนผสมของแมกนีเซียม ซิลิกอน เหล็ก และออกซิเจน ซึ่งไม่ต่างจากธาตุเหล็กในแกนกลาง ซึ่งสอดคล้องกับองค์ประกอบของแร่ธาตุคร่าวๆ

แต่สิ่งที่ส่วนผสมของแร่ธาตุมีอยู่ในระดับความลึกที่กำหนดนั้นเป็นปัญหาที่ซับซ้อนซึ่งไม่สามารถพิสูจน์ได้อย่างชัดเจน เราสามารถเก็บตัวอย่างจากเสื้อคลุม ชิ้นส่วนของหินที่เกิดจากการระเบิดของภูเขาไฟ จากระดับความลึกประมาณ 300 กิโลเมตร และบางครั้งก็ลึกกว่านั้นมาก พวกเขาแสดงให้เห็นว่าส่วนบนสุดของเสื้อคลุมประกอบด้วยเพอริโดไทต์และเอโคลไคต์ สิ่งที่น่าสนใจที่สุดที่เราได้รับจากเสื้อคลุมคือเพชร

กิจกรรมในเสื้อคลุม

ส่วนบนของเสื้อคลุมจะค่อยๆ ขยับโดยการเคลื่อนไหวของแผ่นเปลือกโลกที่เคลื่อนผ่าน เกิดจากสองกิจกรรม อย่างแรกคือมีการเคลื่อนที่ลงของเพลตที่เคลื่อนที่ได้ซึ่งเลื่อนอยู่ใต้กันและกัน ประการที่สอง มีการเคลื่อนตัวขึ้นไปของเสื้อคลุมหิน เมื่อสอง แผ่นเปลือกโลกแยกย้ายกันไป อย่างไรก็ตาม การกระทำทั้งหมดนี้ไม่ได้ผสมผสานเสื้อคลุมด้านบนอย่างสมบูรณ์ และนักธรณีเคมีถือว่าเสื้อคลุมด้านบนเป็นเค้กหินอ่อนที่มีลักษณะเป็นหิน

รูปแบบของภูเขาไฟในโลกสะท้อนถึงการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลก ยกเว้นบางพื้นที่ของโลกที่เรียกว่าจุดร้อน ฮอตสปอตอาจเป็นกุญแจสำคัญในการเพิ่มขึ้นและลดลงของวัสดุในเสื้อคลุมลึกมาก อาจมาจากรากฐานของมันเอง วันนี้มีการอภิปรายทางวิทยาศาสตร์อย่างกระฉับกระเฉงเกี่ยวกับจุดร้อนของโลก

สำรวจเสื้อคลุมด้วยคลื่นไหวสะเทือน

วิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการศึกษาเสื้อคลุมคือการตรวจสอบคลื่นไหวสะเทือนจากแผ่นดินไหวทั่วโลก สอง ประเภทต่างๆคลื่นไหวสะเทือน: คลื่น P (คล้ายกับคลื่นเสียง) และคลื่น S (เช่น คลื่นจากเชือกที่เขย่า) สอดคล้องกับคุณสมบัติทางกายภาพของหินที่ผ่าน คลื่นไหวสะเทือนสะท้อนพื้นผิวบางประเภทและหักเห (โค้ง) พื้นผิวประเภทอื่นเมื่อกระทบ นักวิทยาศาสตร์ใช้เอฟเฟกต์เหล่านี้เพื่อกำหนดพื้นผิวภายในของโลก

เครื่องมือของเราดีพอที่จะมองเห็นเสื้อคลุมของโลกว่าแพทย์ใช้อัลตราซาวนด์ของผู้ป่วยอย่างไร หลังจากรวบรวมข้อมูลแผ่นดินไหวมานานนับศตวรรษ เราก็สามารถสร้างแผนที่ที่น่าประทับใจของเสื้อคลุมได้

การจำลองเสื้อคลุมในห้องปฏิบัติการ

แร่และหินเปลี่ยนแปลงภายใต้ความกดอากาศสูง ตัวอย่างเช่น แร่ปกคลุมทั่วๆ ไปอย่างโอลีวีน แปรสภาพเป็นผลึกรูปแบบต่างๆ ที่ระดับความลึกประมาณ 410 กิโลเมตร และอีกครั้งที่ 660 กิโลเมตร

การศึกษาพฤติกรรมของแร่ธาตุในเสื้อคลุมเกิดขึ้นได้ 2 วิธีคือ การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์โดยใช้สมการทางฟิสิกส์ของแร่ธาตุและการทดลองในห้องปฏิบัติการ ดังนั้น, การวิจัยสมัยใหม่เสื้อคลุมดำเนินการโดยนักแผ่นดินไหววิทยา โปรแกรมเมอร์ และนักวิจัยในห้องปฏิบัติการ ซึ่งขณะนี้สามารถสร้างสภาวะที่ใดก็ได้ในเสื้อคลุมโดยใช้อุปกรณ์ห้องปฏิบัติการแรงดันสูง เช่น เซลล์ทั่งเพชร

ชั้นของเสื้อคลุมและขอบเขตภายใน

การวิจัยนับศตวรรษได้เติมเต็มช่องว่างในความรู้เกี่ยวกับเสื้อคลุม มีสามชั้นหลัก เสื้อคลุมด้านบนขยายจากฐานของเปลือกโลก (Mohorovic) ถึงความลึก 660 กิโลเมตร เขตเปลี่ยนผ่านตั้งอยู่ระหว่าง 410 ถึง 660 กิโลเมตร ซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพที่สำคัญในแร่ธาตุ

เสื้อคลุมด้านล่างขยายจาก 660 เป็นประมาณ 2700 กิโลเมตร ที่นี่คลื่นไหวสะเทือนจะถูกปิดเสียงอย่างรุนแรง และนักวิจัยส่วนใหญ่เชื่อว่าหินที่อยู่ข้างใต้มีองค์ประกอบทางเคมีต่างกัน ไม่ใช่แค่ในผลึกศาสตร์เท่านั้น และชั้นพิพาทสุดท้ายที่ด้านล่างของเสื้อคลุมมีความหนาประมาณ 200 กิโลเมตรและเป็นขอบเขตระหว่างแกนกลางกับเสื้อคลุม

ทำไมเสื้อคลุมของโลกถึงมีความพิเศษ?

เนื่องจากเสื้อคลุมเป็นส่วนหลักของโลก ประวัติของมันจึงมีความสำคัญขั้นพื้นฐานสำหรับ เสื้อคลุมก่อตัวขึ้นในระหว่างการกำเนิดของโลก เหมือนกับมหาสมุทรของแมกมาเหลวบนแกนเหล็ก เมื่อมันแข็งตัว ธาตุที่ไม่เข้ากับแร่ธาตุพื้นฐานจะสะสมเป็นเกล็ดบนเปลือกโลก จากนั้นเสื้อคลุมก็เริ่มหมุนเวียนอย่างช้าๆซึ่งดำเนินต่อไปในช่วง 4 พันล้านปีที่ผ่านมา เสื้อคลุมด้านบนเริ่มเย็นลงเพราะถูกกวนและให้ความชุ่มชื้นโดยการเคลื่อนที่ของเปลือกโลกของแผ่นพื้นผิว

ในเวลาเดียวกัน เราได้เรียนรู้มากมายเกี่ยวกับโครงสร้างของผู้อื่น (ดาวพุธ ดาวศุกร์ และดาวอังคาร) เมื่อเทียบกับพวกเขา โลกมีเสื้อคลุมที่หล่อลื่นและเคลื่อนไหวได้ซึ่งมีความพิเศษเนื่องจากองค์ประกอบเดียวกันที่ทำให้พื้นผิวของมันโดดเด่น: น้ำ