นักวิทยาศาสตร์พบ ‘แก่นโลก’ ใหม่ ซ่อนตัวอยู่ชั้นในสุดของโลก

ความรู้พื้นฐานทางธรณีวิทยาดั้งเดิมบอกเราว่าโครงสร้างของโลกเรามี 4 ชั้น ไล่จากชั้นนอกสุดเข้าไปอันได้แก่ ชั้นเปลือกโลก (Crust), ชั้นเนื้อโลก (Mantle), แก่นโลกชั้นนอก (Outer Core) และแก่นโลกชั้นใน (Inner Core) แต่ล่าสุดนักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบหลักฐานใหม่ที่ยืนยันได้ว่า โลกเรายังมีแก่นโลกชั้นในสุดซ่อนอยู่อีก 1 ชั้น

ทีมนักธรณีฟิสิกส์ ดร.ฟามถั่ญซัน (Phạm Thành Sơn) และ ศ.เฮอร์โวเย ตคาลชิช (Hrvoje Tkalčić) จากมหาวิทยาลัยแห่งชาติออสเตรเลีย หรือ ANU นำข้อมูลจากศูนย์แผ่นดินไหววิทยาระหว่างประเทศที่เก็บสะสมมาหลายสิบปี มาวิเคราะห์ด้วยเทคนิคเฉพาะจนพบหลักฐานการดำรงอยู่ของโลหะแข็งทรงกลม ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 650 กิโลเมตร ที่ใจกลางของเปลือกโลกชั้นใน ถือเป็นโครงสร้างโลกที่พบใหม่จากที่เคยรู้จักกันมา

โครงสร้างโลกชั้นที่ 5

นักแผ่นดินไหววิทยาชาวเดนมาร์ก อิงเง เลแมนน์ (Inge Lehmann) ค้นพบแก่นโลกชั้นในมาตั้งแต่ปี 1936 และพบว่ามันมีปริมาตรเพียง 0.69% ของปริมาตรโลกทั้งใบ ด้วยความที่มันอยู่ลึกมากและมีขนาดที่ค่อนข้างเล็ก ทำให้การวัดค่าโดยตรงทำได้ยากมาก นักวิทยาศาสตร์ที่สนใจด้านนี้จึงหันมาใช้คลื่นแผ่นดินไหวเป็นเครื่องมือหลักในการศึกษาแก่นโลกชั้นใน ผ่านการวัดค่าด้วยเครื่องวัดความไหวสะเทือนที่กระจายตัวอยู่ในประเทศต่างๆ ทั่วโลก

“เมื่อเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ คลื่นแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นสามารถสะท้อนกลับไปกลับมาจากด้านหนึ่งของโลกไปยังอีกด้านหนึ่งเหมือนลูกปิงปอง” ดร.ฟามถั่ญซัน อธิบาย “เมื่อผ่านชั้นต่างๆ ของโลก คลื่นแผ่นดินไหวจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับความหนาแน่น อุณหภูมิ และองค์ประกอบทางเคมี

“เมื่อ 20 ปีที่แล้ว เริ่มมีนักวิจัยใช้ข้อมูลจากเครื่องวัดความไหวสะเทือนเสนอการมีอยู่ของโครงสร้างโลกชั้นที่ 5 และนับจากนั้นมาก็มีความพยายามในการหาหลักฐานยืนยันการมีอยู่ของ Innermost Inner Core (IMIC) หรือแก่นโลกชั้นในสุดมากขึ้นเรื่อยๆ”

ดร.ฟามถั่ญซัน กล่าวถึงผลงานล่าสุดของทีมงานว่า “ความก้าวหน้าในการศึกษาครั้งนี้ คือเราพบวิธีใหม่ในการพิสูจน์ว่า IMIC หรือแก่นโลกชั้นในสุดนั้นมีอยู่จริง”

คลื่นแผ่นดินไหวปฐมภูมิ (P-wave) ชนิดเฟส PKIKP ที่เกิดจากแผ่นดินไหวที่อะแลสกา เคลื่อนทะลุแก่นโลกชั้นในสุด (IMIC) สะท้อนกลับไปมา 5 ครั้ง (Drew Whitehouse, Son Phạm and Hrvoje Tkalčic)

ทีมงานของ ดร.ฟามถั่ญซัน เลือกวิเคราะห์คลื่นแผ่นดินไหวปฐมภูมิ (P-wave) ชนิดเฟส PKIKP ที่มีคุณสมบัติสำคัญคือสามารถเดินทางผ่านโครงสร้างโลกได้ทุกชั้น จากนั้นทีมงานเลือกใช้เหตุการณ์แผ่นดินไหวขนาดใหญ่ที่ก่อให้เกิด PKIKP สะท้อนไปมาผ่านใจกลางโลกมากกว่า 1 ครั้ง บางตัวอย่างอาจมีการสะท้อนมากถึง 5 ครั้ง แตกต่างจากงานวิจัยก่อนหน้านี้ของนักวิทยาศาสตร์ทีมอื่น ซึ่งเลือกใช้คลื่น PKIKP ที่ผ่านใจกลางโลกเพียงครั้งเดียว

จากเทคนิคนี้ ทีมงานพบว่าคลื่นแผ่นดินไหวจะเคลื่อนผ่านแก่นโลกชั้นในสุด (IMIC) ด้วยความเร็วที่แตกต่างจากแก่นโลกชั้นใน (IC) ที่หุ้มอยู่โดยรอบ โดยความเร็วที่ว่านี้จะเปลี่ยนไปตามมุมของคลื่น จากคุณสมบัติทางกายภาพที่เรียกว่าแอนไอโซโทรปี (Anisotropy) การเลือกใช้คลื่นที่สะท้อนไปมาหลายครั้งทำให้การสังเกตความเร็วเทียบกับทิศทาง สามารถทำได้แม่นยำและมีค่าผิดพลาดน้อย

ดร.ฟามถั่ญซัน กล่าวถึงการค้นพบนี้ว่า นอกจากเป็นหลักฐานที่เชื่อถือได้ถึงการมีอยู่ของแก่นโลกชั้นในสุด (IMIC) แล้ว ยังสามารถบอกได้ว่าบริเวณดังกล่าวน่าจะมีองค์ประกอบทางเคมีเป็นโลหะผสมเหล็ก-นิกเกิล แบบเดียวกับแก่นโลกชั้นใน (IC) ที่หุ้มอยู่โดยรอบ แต่มีการเรียงตัวของอะตอมในลักษณะที่แตกต่างกัน กล่าวคือแร่เหล็กในบริเวณ IMIC จะมีอะตอมที่เรียงตัวเป็นรูปแบบของผลึก ทำให้แก่นโลกชั้นในไม่ได้เป็นเนื้อเดียวกันหมด แต่แยกออกเป็น 2 ชั้นย่อย คือชั้นที่ 4 และชั้นที่ 5 นั่นเอง

ดร.ฟามถั่ญซัน ทิ้งท้ายถึงการค้นพบดังกล่าวว่า “การต่อยอดจากการศึกษานี้จะช่วยให้เราเข้าใจมากขึ้นว่าสนามแม่เหล็กโลกก่อตัวขึ้นอย่างไร ทั้งนี้ การศึกษาโครงสร้างภายในโลกเราเองจะย้อนกลับมาบอกเราว่า สิ่งมีชีวิตจะอยู่รอดบนดาวเคราะห์ดวงอื่นได้หรือไม่ด้วย”

งานวิจัยชิ้นนี้ตีพิมพ์ในวารสาร https://www.nature.com/articles/s41467-023-36074-2

ภาพ: Space Frontiers / Getty Images

อ้างอิง: