ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจเกี่ยวกับชั้นแมนเทิลของโลก

ชั้นแมนเทิลของโลก  เป็นชั้นหินแข็งร้อนหนาที่อยู่ระหว่างเปลือกโลกและแกนเหล็กหลอมเหลว มันประกอบเป็นส่วนใหญ่ของโลก คิดเป็นสองในสามของมวลของโลก ชั้นแมนเทิลเริ่มต้นที่ความลึกประมาณ 30 กม. และมีความหนาประมาณ 2,900 กม.

ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจเกี่ยวกับธรณีวิทยา

• สารเคลือบจากแร่ธาตุ
• กิจกรรมด้านธรณีวิทยา
• การสำรวจพื้นผิวโลกด้วยคลื่นแผ่นดินไหว
• การสุ่มตัวอย่างการเคลือบแล็ป
• ชั้นของเสื้อคลุมโลกและขอบเขตภายใน

สารเคลือบจากแร่ธาตุ

โลกมีสูตรธาตุเดียวกันกับดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์ดวงอื่น ๆ (ยกเว้นไฮโดรเจนและฮีเลียมซึ่งหลุดพ้นจากแรงโน้มถ่วงของโลก) หากลบเหล็กออกจากแกนโลกออกไป เราสามารถคำนวณได้ว่าเสื้อคลุมโลกเป็นส่วนผสมของแมกนีเซียม ซิลิกอน เหล็ก และออกซิเจน ซึ่งมีองค์ประกอบคร่าวๆ เหมือนกับการ์เนต

อย่างไรก็ตาม ส่วนผสมแร่ธาตุที่มีอยู่ ณ ความลึกที่กำหนดนั้นเป็นเช่นไร ยังคงเป็นคำถามที่ซับซ้อนซึ่งยังไม่มีคำตอบที่ชัดเจน มีประโยชน์ที่เรามีตัวอย่างจากชั้นเนื้อโลก ซึ่งเป็นหินที่นำมาจากการปะทุของภูเขาไฟ จากความลึกประมาณ 300 กิโลเมตรขึ้นไป ตัวอย่างเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าส่วนบนของเสื้อคลุมโลกประกอบด้วยหินเพอริโดไทต์และหินเอกโลไจต์ อย่างไรก็ตามสิ่งที่น่าสนใจที่สุดที่เราได้จากการเคลือบคือเพชร

กิจกรรมด้านธรณีวิทยา

ส่วนบนของเสื้อคลุมโลกถูกกวนอย่างช้าๆ โดยการเคลื่อนไหวของแผ่นเปลือกโลกที่เกิดขึ้นเหนือมัน นี้เกิดจากการดำเนินการสองประเภท ประการแรก คือ การเคลื่อนที่ลงของแผ่นเปลือกโลกที่มุดตัวลงมาและเลื่อนผ่านใต้กันและกัน ประการที่สอง มีการเคลื่อนตัวขึ้นของหินแมนเทิลซึ่งเกิดขึ้นเมื่อแผ่นเปลือกโลกสองแผ่นแยกออกจากกันและแพร่กระจาย อย่างไรก็ตาม กิจกรรมทั้งหมดนี้ไม่ได้ผสมชั้นเนื้อโลกด้านบนให้เข้ากันโดยทั่วถึง และนักธรณีเคมีถือว่าชั้นเนื้อโลกด้านบนเป็นหินประเภทเค้กหินอ่อน

รูปแบบของภูเขาไฟทั่วโลกสะท้อนถึงกิจกรรมของการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลก ยกเว้นบริเวณไม่กี่แห่งของโลกที่เรียกว่าจุดร้อน จุดร้อนอาจเป็นเบาะแสถึงการขึ้นและลงของสสารที่อยู่ลึกลงไปในชั้นแมนเทิลมาก ซึ่งอาจมาจากส่วนล่างสุดของชั้นแมนเทิลก็ได้ หรือบางทีก็ไม่ใช่

การสำรวจพื้นผิวโลกด้วยคลื่นแผ่นดินไหว

เทคนิคที่ทรงพลังที่สุดในปัจจุบันที่มีอยู่ในการสำรวจชั้นแมนเทิลคือการตรวจสอบคลื่นไหวสะเทือนจากแผ่นดินไหวทั่วโลก คลื่นไหวสะเทือนสองประเภทที่แตกต่างกัน คือ คลื่น P (คล้ายกับคลื่นเสียง) และคลื่น S (เช่น คลื่นในเส้นสั่นสะเทือน) โดยตอบสนองต่อคุณสมบัติทางกายภาพของหินที่มันเคลื่อนผ่าน คลื่นเหล่านี้จะสะท้อนออกจากพื้นผิวบางประเภทและหักเห (โค้งงอ) เมื่อไปกระทบพื้นผิวประเภทอื่น เอฟเฟกต์นี้ใช้ในการทำแผนที่ภายในโลก

การสุ่มตัวอย่างการเคลือบแล็ป

แร่และหินจะเปลี่ยนแปลงภายใต้ความกดดันสูง ตัวอย่างเช่น แร่โอลิวีนทั่วไปในเสื้อคลุมโลกจะเปลี่ยนเป็นรูปแบบผลึกที่แตกต่างกันที่ความลึกประมาณ 410 กม. และอีกครั้งที่ความลึก 660 กม.

นักวิทยาศาสตร์ศึกษาพฤติกรรมของแร่ธาตุในสภาวะเนื้อโลกโดยใช้สองวิธี ได้แก่ แบบจำลองคอมพิวเตอร์ที่อิงตามสมการทางธรณีฟิสิกส์ และการทดลองในห้องปฏิบัติการ ด้วยเหตุนี้ การศึกษาชั้นเนื้อโลกสมัยใหม่จึงดำเนินการโดยนักแผ่นดินไหว นักเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ และนักวิจัยในห้องปฏิบัติการ ซึ่งปัจจุบันสามารถสร้างสภาวะต่างๆ ในชั้นเนื้อโลกขึ้นมาใหม่ได้ทุกแห่งโดยใช้เครื่องมือในห้องปฏิบัติการที่มีแรงดันสูง เช่น เซลล์เพชร-ทั่ง

ชั้นของเสื้อคลุมโลกและขอบเขตภายใน

การวิจัยหนึ่งศตวรรษช่วยให้เราเติมช่องว่างบางส่วนในเสื้อคลุมได้ สารเคลือบนี้ประกอบด้วยสามชั้นหลัก ชั้นเนื้อโลกตอนบนทอดยาวจากฐานเปลือกโลก (โมโฮ) ไปจนถึงความลึก 660 กม. เขตเปลี่ยนผ่านอยู่ระหว่าง 410 ถึง 660 กม. ที่ความลึกนี้ จะเกิดการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพครั้งใหญ่กับแร่ธาตุ

ชั้นแมนเทิลตอนล่างมีความยาวตั้งแต่ 660 กม. ลงมาเหลือประมาณ 2,700 กม. ณ จุดนี้ คลื่นไหวสะเทือนได้รับผลกระทบอย่างรุนแรงจนนักวิจัยส่วนใหญ่เชื่อว่าหินด้านล่างมีองค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกัน ไม่ใช่แค่เฉพาะองค์ประกอบเชิงผลึกเท่านั้น ชั้นที่ถกเถียงกันที่ด้านล่างของเสื้อคลุมโลกนี้มีความหนาประมาณ 200 กม. และมีชื่อแปลกๆ ว่า “D-double-prime”