ساختمان درونی زمین

بررسی‌های تاریخی نشان داده‌اند که انسان از زمان‌های قدیم مشتاق شناسایی ساختمان داخلی کره زمین بوده است. از آنجا که دسترسی مستقیم به قسمت‌های داخلی زمین امکان‌پذیر نیست و حتی با وجود تکنولوژی عصر حاضر نیز تنها 0.5 درصد از شعاع زمین با حفاری قابل دستیابی است، لذا روش‌های غیرمستقیم همواره الهام‌بخش انسان در کسب اطلاعات از قسمت‌های داخلی بوده‌است. از آن جمله می‌توان آتشفشان‌ها، که مواد مذاب درونی را به سطح می‌آورند، چشمه‌های آب گرم و بسیاری پدیده‌های غیر مستقیم دیگر را ذکر کرد. در نتیجه توسعه علم ژئوفیزیک (علمی که به بررسی و حل مسائل زمین از دیدگاه فیزیکی می‌پردازد) در سال‌های اخیر اطلاعات با ارزشی از ترکیب و ساختمان قسمت‌های درونی زمین بدست آمده است. روش‌های ژئوفیزیکی بسیار متنوع هستند. از میان تمام این روش‌ها، بررسی نحوه حرکت امواج زلزله بزرگ‌ترین آگاهی را در مورد جنس و ساختمان قسمت‌های درونی زمین را در اختیار گذاشته است. از روی تجزیه و تحلیل امواج لرزه‌ای می‌توان به اطلاعات زیادی در رابطه با درون زمین دست یافت. هر زمین‌لرزه انواع مختلفی از امواج را تولید می‌کند که از این میان دو نوع که از درون پیکر زمین عبور می‌کنند برای منظور فعلی ما حائز بیشترین اهمیت هستند. این دو نوع موج حتی اگر محیط عبورشان یکسان باشد با سرعت‌های متفاوت حرکت می‌کنند. موج سریع‌تر موجی است که به وسیله ارتعاش در جهت انتشار موج منتقل می‌شود (مشابه امواج صوتی در فضا). این امواج اولین امواجی هستند که به وسیله لرزه‌نگارها در فاصله قابل ملاحظه‌ای از کانون زلزله ثبت شده و به آن‌ها امواج اولیه یا امواج p می‌گویند. امواج کندتر آن‌هایی هستند که از طریق ارتعاش عمود بر جهت انتشار انتقال می‌یابند (مشابه امواج نور) و به امواج ثانویه، امواج برشی، یا امواج S شهرت دارند. سرعت امواج S و P بسته به چگالی و ضرایب ثابت الاستیکی موادی که این امواج از آن‌ها عبور می‌کنند تغییر کرده و همچنین می‌توانند در سطح ناپیوستگی‌ها منعکس یا شکسته شوند. از روی مقایسه زمان ورود امواج S و P یک شوک واحد به ایستگاه‌های مختلف، می‌توان جداول مربوط به زمان عبور را تهیه کرده و از روی آن سرعت این دو موج را به عنوان تابعی از عمق، محاسبه نمود. همانگونه که در تصویر زیر نشان داده شده، درون زمین به وضوح ناهمگن است، زیرا خواص الاستیکی مواد در اعماق مختلف متفاوت است. این ناهمگنی تصادفی نبوده و به صورت مناطقی مشاهده می‌گردد که به وسیله ناپیوستگی‌های تیز و تدریجی از یکدیگر جدا می‌شوند. دو ناپیوستگی اصلی رده اول به وسیله تمام ژئوفیزیست‌ها تشخیص داده شده است. ناپیوستگی رده اول ناپیوستگی است که شکستگی ناگهانی در منحنی سرعت-عمق ایجاد می‌کند.

بر این اساس، زمین به 3 بخش تقسیم می‌شود که عبارتند از:

1. پوسته زمین، که از سطح شروع شده و تا اولین ناپیوستگی (ناپیوستگی موهورو ویچیک) ادامه دارد.
2. جبه، که از قاعده پوسته شروع شده و تا دومین ناپیوستگی (ناپیوستگی ویچرت - گوتنبرک) ادامه دارد.
3. هسته، که از ناپیوستگی ویچرت-گوتنبرک شروع شده و تا مرکز زمین ادامه می‌یابد.

از بین رفتن امواج S در قاعده جبه بخصوص حائز اهمیت است و نشان می‌دهد که مواد سازنده هسته زمین رفتاری مانند یک مایع دارد. ناپیوستگی رده دوم نیز در پوسته، جبه زمین و هسته تشخیص داده شده است که بر اثر افزایش یا کاهش سرعت امواج مشخص شده است که باعث ایجاد شکست در منحنی امواج شده است. برای آگاهی از نحوه تشخیص مرز بین گوشته و هسته ورود امواج S و P که توسط یک زمین لرزه ایجاد شده‌اند، مورد بررسی قرار گرفته‌اند. در فاصله میان زاویه‌ای صفر تا 103 درجه از مرکز زمین‌لرزه امواج P قبل از امواج S به لرزه‌نگارها می‌رسد، چون سرعت آن‌ها بیشتر است. بین 103 تا 142 درجه هیچ یک از امواج S و P به طور مستقیم از کانون زلزله دریافت نمی‌شود و ظاهراً به نظر می‌رسد که این بخش به دلیل وجود سپری در داخل زمین، که جلوی امواج را می‌گیرد، ایجاد شده است. از 143 درجه به بعد امواج P بار دیگر ظاهر می‌شوند، بدون آنکه اثری از امواج S باشد. منطقه بین 103 تا 143 درجه را منطقه سایه موج P و فاصله بین 103 تا 180 درجه را منطقه سایه موج S می‌نامند. در عمق 2900 کیلومتری بین گوشته و هسته، مرزی وجود دارد که باعث شکست امواج P می‌شود. لذا موج P وارد شده به هسته هیچگاه در فاصله بین 103 تا 143 درجه ثبت نمی‌شوند و باعث ایجاد منطقه سایه می‌شود. امواج S نیز مانند امواج P رفتار می‌کنند و در محدوده 103 تا 180 درجه ثبت نمی‌شوند. دلیل این امر این است که هسته خارجی ماهیت مایع دارد، چون امواج S قابلیت عبور از فاز مایع را ندارد، لذا از هسته عبور نمی‌کنند. اما با ثبت اطلاعات به دست آمده از امواج P معلوم می‌شود که فقط هسته خارجی ماهیت مایع دارد و هسته داخلی جامد است. مرز میان هسته خارجی و داخلی را به نام ناپیوستگی لمان می‌شناسند که توسط خانم اینگه لمان شناخته شد.

در قسمت آیا می‌دانید اطلاعات مفیدی در خصوص چگالی زمین و دمای زمین ارائه شده است.

دریافت مشاوره تخصصی رایگان