The Land under the Sea : สำรวจธรณีลึกใต้โลก

The Land under the Sea : สำรวจธรณีลึกใต้โลก

มนุษย์มีความก้าวหน้าต่อการสำรวจอวกาศ อย่างไม่ลดล่ะ แต่บนโลกมนุษย์เอง กลับมีความสามารถน้อยมาก ที่จะเข้าถึง และเข้าใจภายในส่วนลึกของโลกเอง ในที่นี้เน้นเจาะประเด็นรายงาน ส่วนพื้นแผ่นดินที่อยู่ใต้มหาสมุทร และพื้นแผ่นดิน บนโลกในความลึกเท่าที่มนุษย์สามารถทำการสำรวจได้ในขณะนี้ อดีต นักวิทยาศาสตร์โบราณ Athanasius Kircher ชาวเยอรมัน ศตวรรษที่ 17 มีผลงาน เกี่ยวกับ ด้านการแพทย์ ด้านธรณีวิทยา และสนใจศึกษาเรื่องราวชนชาติ ตะวันออกจัดทำแผนที่ประเทศจีน กระทั่งด้านดนตรียังเป็นผู้ประดิษฐ์ Megaphone (แตรปากใหญ่) คนแรกของโลก มีผลงานสำคัญราว 40 ชิ้นถือว่าเป็นผู้รอบรู้ในยุค นั้น เชื่อว่าโลกที่เยียบย่ำอยู่นี้ ภายในเต็มไปด้วยไฟ เรียกว่า Model of the Earth's internal fires วันนี้ ความสามารถมนุษย์ สามารถสำรวจลึกลงไปจากผิวโลกจริงๆ เพียง 2-3 กิโลเมตร (ไม่นับการสำรวจส่วนลึกทางภาคมหาสมุทร) การสำรวจดังกล่าวเป็น เรื่องยากมาก เพราะใต้ผิวดินต้องอาศัยใช้เครื่องมือขุดเจาะสำรวจ แม้เทคโนโลยี การตรวจสอบโดยคลื่นสัญญานใช้ได้ดี แต่การเสาะหาตัวอย่างสิ่งของ เช่น หิน ใต้พื้นโลกเป็น ส่วนสำคัญทำให้เข้าใจปรากฎการณ์ สรุปผลวิเคราะห์ได้แจ่มชัดขึ้น

Athanasius Kircher

โลกมีศักยภาพที่พิเศษ ในหลายๆด้าน นักวิทยาศาสตร์ เพียรพยายามค้นหาตรวจ สอบเพื่อให้เกิดความเข้าใจมากขึ้น ทั้งนี้สามารถจะได้นำความรู้เหล่านั้นมาใช้ ประโยชน์ และเข้าใจโลกอื่นๆที่กำลังแสวงหา ในระบบสุริยะพิเศษอื่นมากขึ้น ภายใต้พื้นโลก มีระบบการถ่ายเท ประจุไฟฟ้าจากแร่ องค์ประกอบชั้นของโลกบนสุดคือ Crust (เปลือกโลก) มีความหนาราว 30-60 กิโลเมตร ถัดจากเปลือกโลกลงไปเรียกว่าชั้น Mantle (เนื้อโลก) เป็นชั้นหินหนา 2,900 กิโลเมตร เต็มไปด้วยหินหนืดและหินหลอมละลาย มีปริมาตรเป็น 70 % ของโลก ถัดลงไปอีกคือ Core (แกนใน) ประกอบด้วยเหล็กและโลหะ โดยปัจจัย ระบบ Earth's magnetic field (สนามแม่เหล็กโลก) มีการก่อตัวจาก Inner core Lower mantle (ชั้นด้านต่ำของเนื้อโลก) มีความกดดันและความสูง ด้วยเงื่อนไข สะสมจากแร่ ความกดดันระหว่าง 22 GPa (220,000 atmospheres) - 140 GPa (1,400,000 atmospheres) และ มีอุณหภูมิระหว่าง 1,800 K - 4,000 K ( 1 atmosphere = ความกดดันบนพื้นผิวโลก) การสำรวจใหม่ พบความกดดันลงลด ระหว่าง 40 GPa (400,000 atmospheres) - 60 GPa (600,000 atmospheres) ของชั้น Lower mantle ซึ่งมีส่วนสำคัญต่อ ระบบโลก สามารถแผ่อิทธิพลและปรากฎการณ์ ถึงพื้นผิวด้านบนของโลกได้และ มีความสัมพันธ์ต่อการดำรงชีพของสิ่งมีชีวิต จากต้นเหตุการหมุนวนของ Iron atoms จาก Magnesium iron atoms หากวัตถุ ภายในโลกมีการกระทบกระเทือน ให้มีความกดดันต่ำ Iron atoms จะเกิดสถานะ High-spin (หมุนปั่นเร็ว) เพื่อรักษาโครงสร้างประจุไฟฟ้า และลดลงในสถานะ Low-spin (หมุนปั่นช้า) เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงความกดดันจากโลกเอง ระบบประจุไฟฟ้า เป็นการส่งถ่ายจากแร่ในชั้น Lower mantle ถูกสำรวจพบมา หลายปีแล้ว ด้วยเครื่องตรวจสอบในหลายรูปแบบ แต่จนขณะนี้ ผลการส่งถ่าย ประจุไฟฟ้า มีลักษณะยืดหยุ่นสั่นไหวไปมา เป็นลักษณะเฉพาะของแร่ใต้พื้นโลก นั่นหมายความว่า แร่หลายชนิดในใต้พื้นโลก มีพลังงานประจุไฟฟ้า

โครงสร้างของโลก (Earth_interior)

การค้นหาสมมุติฐาน ร่องรอยเงื่อนไขสำคัญที่มีผลกับโครงสร้างโลก

ภายใต้พื้นโลก มีช่องทางของไหลคล้ายแม่น้ำบนผิวโลก แทบนึกไม่ออกว่าพื้นผิวที่มนุษย์อาศัยอยู่นี้ เบื้องล่างที่ลึกลงไปนับร้อยกิโลเมตร เต็มไปด้วยอุโมงค์ โยงใยเป็นโครงข่ายเต็มไปหมด พื้นผิวโลกปกคลุมไปด้วยน้ำ ทะเลและมหาสุมทร ถึง 85 % ใต้ความลึก ของมหาสุมทรด้านล่างเป็นแอ่งกะทะ มีภูเขาไฟใต้น้ำซึ่งไม่สามารถสังเกตเห็นได้ สิ่งเหล่านี้ดูเหมือนไม่มีความสำคัญ แต่ภูเขาไฟใต้น้ำกลับเป็นแหล่งผลิต ของแข็ง (Solid) จากช่องเล็กๆใต้พื้นทะเล จนมีขนาดใหญ่หนานับกิโลเมตร นักธรณีวิทยา รู้ว่าแผ่นดินแรกของโลกโบราณอยู่ใต้ทะเล เกิดการก่อตัวจาก Ocean crust (แผ่นเปลือกหนาจมอยู่ใต้ทะเล = เปลือกโลกภาคพื้นสมุทร ) จนกระทั่งในปี ค.ศ. 1960 การสำรวจด้วย Sonar (สัญญานเสียงสะท้อนในน้ำ) เผยให้ทราบว่า บริเวณแนวสันเขาใต้น้ำมีแนวคดเคี้ยวกวนเวียนพันกันไปตามแนว ของโลก เรียกว่า Mid-ocean rides รวมความยาวราว 60,000 -80,000 กิโลเมตร โดยทฤษฎีพื้นฐาน Ocean crust มีอิทธิพลผลักดันให้เกิดแนวสันเขาใต้น้ำที่ยาว ได้ด้วยวัตถุดิบ ที่อยู่ชั้นใต้ลึกลงไป ซึ่งมีความร้อน ความร้อนดังกล่าวนั้นถูกถ่าย เทมาจากหินที่เป็นองค์ประกอบของโลก ใต้พื้นภายในโลกเต็มไปด้วยช่องโหว่มากมาย มีลาวาไหลเวียนอย่างไม่รู้จบจาก ปฎิกิริยาความร้อน ระหว่าง Molten (ของหลอมละลาย) และ Solid rock (หินแข็ง) ที่ตรวจพบจาก แท่งหินเก่าแก่ใต้พื้นทะเล พัฒนาการดังกล่าวเริ่มต้นค่อยๆไหลเยิ้ม คล้ายโคลนเหลวเป็นหยดเล็กๆ หนาราว 10 ซม.ต่อปี และค่อยๆดันไหลงอกไปเรื่อยๆจนเป็นหลายสิบกิโลเมตร เมื่อใกล้พื้น ผิวด้านบน ปฎิกิริยานั้นเพิ่มความเร็วขึ้น ท้ายที่สุดจะซึบผ่านออกเหนือ พื้นทะเล เป็นลำธารลาวาอย่างเป็นขบวน จนของเหลวหม อธิบายได้ว่า เป็นระบบถ่ายเทพลังงานความร้อน เชื่อมกันเป็นโยงใยคล้ายระบบ เส้นทางแม่น้ำบนพื้นโลก ลึกลงไปใต้แนวสันเขาใต้น้ำ เต็มไปด้วย Crust-forming lava (เปลือกชั้นนอกที่ก่อตัวจากลาวา) ห่อหุ้มชั้น Mantle พื้นผิวบนโลกนั้นเย็น มีความหนาเพียง 30-60 กิโลเมตร แต่ด้านในที่ลึกลงไปใน ชั้น Mantle ตำแหน่งบนสุดมีความร้อนราว 1,300 องศา C ความร้อนเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ 1องศา C ทุกๆ 1 กิโลเมตรตามแนวลึก ด้วยแรงกดทับของหินการบีบอัดความร้อน และการตกผลึกของหิน นั่นหมายความว่าทุกคนบนโลกยืนอยู่เหนือกองเพลิงความ ร้อนขนาดใหญ่ ที่อยู่ลึกลงไป กรณีดังกล่าวก่อให้เกิดองค์ประกอบทางเคมีของ การหลอมละลายของชั้น Mantle อย่างผันแปรหลายประการ การเปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับการหลอมละหลายนั้นกับแร่ (Minerals)ที่จะปรุงแต่งให้เกิดขึ้น

ใต้พื้นโลกที่ลึก มีช่องโหว่มากมาย

ช่องโหวเต็มไปด้วยหินหนืดและลาวาร้อน ไหลเวียนไปทั่วโลก

การหลอมละลายในชั้น Mantle มีลักษณะไหลเวียนเป็นวงจรเช่น น้ำบนผิวโลก มีการเปลี่ยนแปลงทิศทางทางน้ำไหลแตกต่างกันไป เช่นน้ำบนโลกที่ไหลท่วม ไปมา เมื่อสายน้ำพบกับก้อนหินใหญ่ก็หันเหเส้นทางออก อ้อมเป็นวงล้อม ใต้โลก ก็คล้ายคลึงกัน ทั้งสองกรณี แบบแผนที่ปรากฎเป็นเงื่อนไขเริ่มต้นจากการ Random (ตามบุญ ตามกรรม) บนโลกน้ำใต้ดิน ซึมผ่านขึ้นมาบนพื้นผิว ด้วยบริเวณที่มีแรงดึงดูดน้อย และไหลย้อนกลับไปสู่ที่ต่ำ โดยน้ำจะถูกอุ้มท่วมไว้เหนือเม็ดทราย หรือถูกกักไว้ ในโพรงถ้ำ อุโมงค์ช่องลึกเท่าที่มีช่องทางไป เป็นการตอบสนองจากกลไกปกติ ช่องทางไหลสู่ระดับต่ำลง สู่ลำห้วย สู่แม่น้ำใหญ่ ออกสู่อ่าว นั่นแสดงว่าเป็นต้น แบบการ Random ตลอดทางเกิดการเซาะกัด ให้เกิดทางไหลให้กว้างขึ้น เพื่อเป็น ระบบ Conserve energy (การสงวนพลังงาน) ช่องน้ำยิ่งลึกและกว้างยิ่งเป็นการ แบ่งเบาภาระพลังงาน ความฝืดการกัดเซาะ ระหว่างการเคลื่อนตัวของน้ำและชั้น ทราย เหตุผลดังกล่าวเป็นการควบคุมการซัดกัดทางเคมี เช่นเดียวกับใต้พื้นโลกในชั้น Mantle เกิดช่องทางอ้อมไปรอบหิน (ที่ยังไม่หลอม ละลาย) อาจเป็นเพียงรูเล็กๆ โดยเป็นการขัดสีมีลักษณะเหนียวเยิ้มเป็นยางจนเป็น ช่องกว้างใหญ่ขึ้น พลังงานสามารถสร้างเงื่อนไข การเปลี่ยนแปลงให้ช่องทางนั้น รวมตัวกันจนกว้างขึ้น บนพื้นโลกน้ำหยุด เมื่อไหลสู่จนที่ต่ำและแบนราบที่สุดแล้ว หรือบริเวณที่ถูกขวาง กั้นจากกำแพงของช่องทางน้ำ เช่น บริเวณสามเหลี่ยมปากแม่น้ำ ซึ่งตื้นเขินจาก ตะกอนดิน แต่บางครั้งเมื่อท่วมขึ้นใหม่จะกัดเซาะผ่านออกไปแบบคดไปคดมาไม่ สม่ำเสมอ เช่นเดียวกับการเกิดในชั้น Mantle ของโลก ซึ่งหินด้านบนมีความเย็นกว่าชั้นลึก และแข็งตัว เศษซากของเหลวหลอมละลายไม่สามารถผ่านออกมาได้ยกเว้นเกล็ด เล็กๆของผลึก หรือในบางครั้งอาจเกิดแรงดันพ่นหินผลึกแข็ง ที่กีดขวางออกมา เกิดเป็นช่องขึ้นใหม่ใต้พื้นทะเล รายละเอียดภายใต้ชั้น Mantle ใกล้ชั้นใต้มหาสมุทร มีโครงข่ายโยงใยคล้ายแม่น้ำ โดยไหลเป็นกระแส (Streams) พลังงานอย่างช้าๆ มีสารเคมีเซาะกัดในชั้นลึกจาก การก่อของ Mantle ที่เกาะรวมกันประกอบจากปฎิกิริยาเล็กๆ จนเป็นช่องใหญ่ขึ้น การหลอมละลาย นำไปสู่ ทำบนกั้นระหว่างชั้นบนของ Mantle นั่นหมายความว่า ภายใต้โลกมีช่องทางเชื่อมต่อด้วยอุโมงค์ลาวามากมาย

การเกิดแรงขับดันจากใต้พื้นโลก ระเบิดพ่นใต้ท้องมหาสุมทร

ปล่องที่พ่นออกมาจากใต้พื้นโลก ซึ่งเต็มไปด้วยความร้อนและสารเคมี กลายเป็นแหล่ง กำเนิด ของหนอนทะเล เชื่อว่า สัตว์และมนุษย์บนโลก พัฒนาการมาจากจุดเริ่มต้นนี้ เช่นกัน

ภายใต้พื้นโลก ยังมีสัตว์ขนาดเล็กอาศัยอยู่ การสำรวจด้านชีววิทยา ใต้ผิวโลกลึกลงไป 2.8 กิโลเมตร จากผิวโลก ในเหมือง ทองคำ Johannesburg ประเทศ South Africa โดยสภาพแวดล้อม ดังกล่าวมืด สนิทไม่มี Oxygen ความร้อนสูง 60 องศา C ได้พบสัตว์เซลล์เดียวอาศัยอยู่ Desulforudis audaxviator คือสิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก สัตว์เซลล์เดียวในระบบนิเวศ (Single-species ecosystem) ในสภาพแวดล้อม ไม่ต้องการพลังงานจากดวงอาทิตย์แต่ได้พลังงานจาก Hydrogen และ Sulfate จากรังสี Uranium ที่เสื่อมแล้ว สร้างอวัยวะตนเองโดยปราศจากน้ำ อาศัยอย่างโดดเดี่ยวล้อมรอบด้วยหินและ ของไหลใต้ดินลึก ไม่มีลักษณะเกี่ยวข้องกับตระกูลแบคทีเรีย มีความสามารถลด Nitrogen ในสภาพแวดล้อม เชื่อว่าสาเหตุ ที่ Desulforudis audaxviator ไม่ต้องการ Oxygen และน้ำเพราะมี พัฒนาการอย่างยาวนานหลายรุ่น ด้วยการเดินทางลงลึกใต้พื้นโลกมานับล้านปี นั่นหมายความว่า มีสิ่งมีชีวิตที่ไม่จำเป็นต้องอาศัยน้ำและอากาศบนโลกก็สามารถ ดำรงชีพได้ และยังมีสัตว์อีกหลายชนิด อาศัยในสภาพแวดล้อมที่น่าตกใจ

Desulforudis audaxviator

การสำรวจธรณีใต้โลก ยังเป็นสิ่งที่อาจไกลเกินเอื้อม ที่จะให้ทราบว่ายังมีอะไร ซุกซ่อนอยู่ด้านใต้ของโลก นอกจากหิน ลาวา ความร้อน บทบาทแห่งการค้นหา ได้เริ่มมีความสำคัญเพิ่มขึ้น SAFOD โครงการสำรวจเพื่อหาคำตอบด้านกายภาพและด้านเคมี ต่อการเลื่อน ตัวของแผ่นดินและแผ่นดินไหว ที่ส่งผลกระทบผิดปกติต่อขอบแผ่นเปลือกโลก โดยกำหนดพื้นที่เจาะสำรวจ ลงไปใต้ธรณีอย่างต่อเนื่อง บริเวณ San Andreas Fault Zone เพื่อการนำตัวอย่างวัตถุดิบขึ้นมา ทำการวิเคราะห์และสรุปผล โดยมี เป้าหมายลึกลงไปในพื้นโลก 2.2 กิโลเมตร แม้ว่าลึกเพียงเล็กน้อย เมื่อเทียบกับความลึกทั้งหมดของโลก แต่การเริ่มต้นเพื่อ เสาะหาตัวอย่างหินลึก เท่ากับได้เปิดประวัติศาสตร์โลก ทางธรณีวิทยาเพิ่มได้อีก หนึ่งหน้า

ชมตัวอย่างหินแนวลึกจากการเจาะลงไประดับ 10,000 ฟุต

References : Jonathan Crowhurst of the Laboratory’s Chemical Sciences Lawrence Livermore National Laboratory Institution of Washington and Northwestern University Berkeley Lab’s Physical Biosciences Division (PBD)