ปริศนาใต้โลก
ในนวนิยายเรื่อง "When the World Screamed" ที่ Arthur Conan Doyle ประพันธ์เมื่อ 80 ปีก่อนนี้ ศาสตราจารย์ Challenge ได้เจาะโลกลึก ลงไปเป็นระยะทาง 15 กิโลเมตร จนได้พบสัตว์ประหลาดรูปร่างคล้ายเม่นทะเล ซึ่งเมื่อถูกรบกวนมันได้อาละวาด จนทำให้โลกเบื้องบนต้องส่งเสียงร้องระงม และเมื่อ 140 ปีก่อนนี้ Jules Verne ก็ได้ให้ศาสตราจารย์ Hartwigg ลงไปสำรวจภายในโลก โดยไต่ลงไปทางปล่องภูเขาไฟเช่นกัน

นักวิทยาศาสตร์ก็ได้มีความสนใจศึกษาธรรมชาติภายในของโลกมานาน เช่น ต้องการจะรู้ว่าโลกเรานี้ประกอบด้วยหิน ดิน แร่และของเหลวอะไรบ้าง และองค์ประกอบเหล่านั้น มีปริมาณมากน้อยเพียงใด หรืออยู่ที่ใดบ้าง ส่วนนักธรณีวิทยาก็มีความใคร่รู้ว่า แผ่นดินไหวเกิดขึ้นได้อย่างไร ณ ที่ใด เมื่อใด และจะรุนแรงเพียงใด หรือนักภูเขาไฟก็ต้องการจะรู้ล่วงหน้าว่า ภูเขาไฟลูกใดจะระเบิดเมื่อไร และพลังระเบิดจะทำให้ผู้คนและทรัพย์สินต่างๆ เสียหายอย่างไร หรือเพียงใด นักฟิสิกส์ก็อยากจะรู้ว่า สนามแม่เหล็กโลกหรือสนามโน้มถ่วงโลกแปรปรวนอย่างไร เป็นต้น ซึ่งความรู้ต่างๆ รูปแบบนี้ต้องการข้อมูลด้านกายภาพของโครงสร้างโลกทั้งสิ้น

ในอดีต เมื่อครั้งที่เทคโนโลยีการขุดเจาะโลกยังไม่มี การเห็น "ลาวา" ไหลเวลาภูเขาไฟระเบิด จะทำให้นักวิทยาศาสตร์คิดว่า ที่ระดับลึกลงไปใต้โลกมากคงมีหินเหลวที่ร้อนระอุ แต่ Lord Kelvin นักฟิสิกส์ผู้มีชื่อเสียงคิดว่า แกนกลางของโลก เป็นของเหลวไม่ได้ เพราะที่ยิ่งลึกความดันก็ยิ่งสูง ดังนั้น แกนในสุดของโลก ซึ่งได้รับความดันมากที่สุด ก็จะต้องมีความหนาแน่นยิ่งกว่าเหล็ก นั่นคือแกนโลกจะต้องเป็นของแข็ง และมีอุณหภูมิต่ำ เพราะถ้าอุณหภูมิสูงของแข็งก็จะต้องหลอมเหลว

ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในช่วงเวลา 100 ปีที่ผ่านมา แสดงให้เห็นว่า ข้อสันนิษฐานและเหตุผลของ Kelvin มีผิดบ้างและถูกบ้าง ในส่วนที่เกี่ยวกับอุณหภูมินั้น Kelvin ผิด เพราะยิ่งลึกลงไป อุณหภูมิของหินและดินใต้โลกก็ยิ่งสูง แต่ในเรื่องที่เกี่ยวกับแกนของโลกเป็นโลหะเหล็กนั้น ก็ถูก เพราะความรู้ทางธรณีวิทยาของโลก ณ วันนี้ แสดงให้เรารู้ว่า


" โลกมีโครงสร้างเป็นชั้นๆ คือ มีรัศมี 6,370 กิโลเมตร มีเปลือกโลกซึ่งหนาประมาณ 15 - 30 กิโลเมตร และใต้เปลือกโลกลงไป คือ ส่วนที่เรียกว่า Mantle โลกชั้นนี้มีความหนาประมาณ 2,700 กิโลเมตร และถัดจาก mantle ลงไปอีก คือ บริเวณแกนกลางซึ่งแบ่งออกเป็นสองส่วน คือ ส่วนนอกที่เป็นของเหลวที่หนาประมาณ 2,260 กิโลเมตร และส่วนในที่เป็นของแข็ง ซึ่งกลมและมีรัศมียาว 2,228 กิโลเมตร "

นักวิทยาศาสตร์ได้ข้อมูลตัวเลขดังกล่าวข้างต้น จากการศึกษาคลื่นแผ่นดินไหว เพราะเวลาเกิดเหตุการณ์แผ่นดินไหว การปลดปล่อยพลังงานในรูปของคลื่นจะทำให้คลื่นแผ่นดินไหวกระจายไปทั่ว และเพราะเหตุผลว่า ความเร็วของคลื่นขึ้นกับความหนาแน่นของตัวกลางที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านการรู้ ระยะทาง และเวลาที่คลื่นผ่านก็จะทำให้เรารู้ความหนาแน่นของหินในชั้นต่างๆ ได้ และเมื่อนักวิทยาศาสตร์รู้อีกว่า คลื่นใต้ดินมีสองรูปแบบ คือ

1. คลื่น P (มาจากคำว่า primary)

2. คลื่น S (มาจากคำว่า secondary)

ซึ่งคลื่น P สามารถผ่านได้ทั้งสองแข็งและของเหลว ส่วนคลื่น s นั้น ผ่านได้เฉพาะของแข็ง อีกทั้งมีความเร็วเพียง 2/3 ของคลื่น P คลื่น S จึงต้องสะท้อนเมื่อปะทะของเหลว คุณสมบัติของคลื่นทั้ง S และ P นี่เองทำให้ R.D. Oldham นักวิทยาศาสตร์ชาวไอริชขณะตรวจดูคลื่นแผ่นดินไหวที่ประเทศกัวเตมาลา เมื่อปี พ.ศ.2449 ตกตะลึง เมื่อได้พบว่า โลกมี แกนกลาง ที่สะท้อนคลื่น S ได้เป็นคนแรก

พออีก 30 ปีต่อมา Inge Lehmann ขณะศึกษาคลื่นแผ่นดินไหวที่นิวซีแลนด์ก็ได้พบว่า แกนกลางของโลกมีชั้นนอกกับชั้นใน โดยชั้นนอกมีลักษณะเป็นของเหลว ตามที่ Oldham พบ และชั้นในซึ่งเป็นของแข็ง การพบชั้นที่เป็นหินเหลวนี้ได้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถอธิบายได้ส่วนหนึ่ง ว่า สนามแม่เหล็กโลกเกิดจากการไหลวนของหินเหลวใต้โลก และการที่ดาวจันทร์กับดาวอังคารไม่มีสนามแม่เหล็กในตัวนั้น ก็เพราะดาวทั้งสองดวงไม่มีชั้นหินเหลวอยู่ภายในนั่นเอง

ณ วันนี้ ปัญหาหนึ่งที่นักธรณีวิทยาใคร่รู้คำตอบมากก็คือ หินเหลวในแกนโลกส่วนนอกนั้น เคลื่อนที่อย่างไร มันมีการลอยตัวขึ้นลงไปซ้ายขวาเร็วเพียงใด และในอดีตเมื่อ 200 ล้านปีก่อน ซึ่งเป็นเวลาที่ไดโนเสาร์กำลังครองโลก สนามแม่เหล็กโลกในสมัยนั้น มีความเข้มสูงประมาณ 3 เท่าของปัจจุบัน แล้วเหตุใดความเข้มสนามแม่เหล็กจึงลด ปริศนาเรื่องการกลับทิศของสนามแม่เหล็กโลก ก็ยังไม่มีคำตอบที่น่าพอใจ ในบางเวลาซึ่งแม่เหล็กโลกก็กลับทิศเร็วเช่น ใน 100 ล้านปีนี้ มีการกลับทิศประมาณ 200 ครั้ง แต่ในบางช่วงมันก็กลับขั้วเร็ว โดยใช้เวลา 20,000 ปีเท่านั้นเอง

การศึกษาการกลับทิศและเวลาที่ขั้วแม่เหล็กโลกกลับทิศก็เป็นประเด็นที่น่าสนใจและสำคัญ เพราะสนามแม่เหล็กโลกสามารถปกป้อง อนุภาคคอสมิก ที่มาจากอวกาศนอกโลก มิให้พุ่งมาทำลายสิ่งมีชีวิตบนโลกได้ โดยการผลักอนุภาคออกไป การกลับทิศหรือการไม่มีสนามแม่เหล็กโลกในบางเวลา จึงอาจทำให้สิ่งมีชีวิตบนโลกสูญพันธุ์ หรือเป็นอันตรายได้ ภาพยนตร์ฮอลลีวูดเรื่อง The Core ซึ่งฉายเมื่อไม่นานมานี้ ก็เป็นเรื่องที่เกี่ยวกับเหตุการณ์นี้

ในวารสาร CERN Courier ฉบับเดือนตุลาคม พ.ศ.2546 G. Fiorentini และคณะ แห่งมหาวิทยาลัย Ferrara ในประเทศอิตาลี ได้รายงานความก้าวหน้าของโครงการศึกษาองค์ประกอบของโลก โดยใช้เทคนิคของฟิสิกส์อนุภาคมูลฐานว่า เมื่อ 120 ปีก่อนนี้ รังสีเอกซ์ (x-ray) ได้ปฏิรูปเทคนิคการรักษาและผ่าตัดคนไข้ โดยได้ทำให้แพทย์สามารถเห็นอวัยวะภายในคนไข้ได้ และเมื่อ 30 ปีก่อนนี้ นักฟิสิกส์ก็ได้ใช้อนุภาค neutrino ศึกษาโครงสร้างภายในของดวงอาทิตย์เช่นกัน หรือแม้แต่เมื่อครั้งที่ ดาว supernova 1987 ระเบิด เมื่อ 14 ปีก่อน อนุภาคนิวตริโนที่หลั่งไหลจากการระเบิดของ supernova ก็ได้ทำให้นักดาราศาสตร์รู้ว่า ดาวฤกษ์ดังกล่าวดับขันธ์อย่างไร หลังจากที่ได้ประสบความสำเร็จในการศึกษาโครงสร้างของดาวต่างๆ บนท้องฟ้าแล้ว มาบัดนี้นักฟิสิกส์ชื่อ Lawrence Krauss, Sheldon Glashow และ David Schramm ก็ได้เสนอโครงการใช้อนุภาค anti neutrino ศึกษาโครงสร้างของโลกบ้าง สืบเนื่องจากการที่รู้ธรรมชาติของอนุภาค anti neutrino และ neutrino ค่อนข้างดีมากแล้ว

ทั้งนี้ เพราะนักวิทยาศาสตร์รู้ดีว่า โลกแผ่พลังงานความร้อนที่ ได้จากดวงอาทิตย์เท่ากับ 1.4 กิโลวัตต์/พื้นที่ 1 ตารางเมตร และเมื่อรวมกับพลังงานความร้อนจากในตัวของโลกเอง = 80 มิลลิวัตต์/ตารางเมตร

ปริมาณความร้อนที่มากมหาศาลนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์งุนงง เพราะมากเกินที่โลกจะทำได้ตลอดเวลา 4,500 ล้านปี ตั้งแต่โลกเกิด ในการตอบปริศนานี้ นักฟิสิกส์นิวเคลียร์คิดว่า แร่กัมมันตรังสีที่มีใต้โลกคือต้นเหตุสำคัญที่ทำให้โลกสามารถแผ่รังสีความ ร้อนได้มาก ดังนั้น การรู้ปริมาณกัมมันตรังสีที่โลกมี จึงน่าจะไขปริศนาความลึกลับนี้ได้

ความรู้ทางนิวเคลียร์ฟิสิกส์ทำให้เรารู้ว่า Uranium-238, Thoruim-232, Potassuim-40 ปลดปล่อยอนุภาค anti neutrino และ neutrino เวลาสลายตัว การตรวจจับอนุภาคทั้งสองชนิดนี้ จากการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีดังกล่าวที่อยู่ใต้โลก จึงสามารถบอกปริมาณของธาตุเหล่านั้นที่โลกมิได้ และข้อมูลเบื้องต้นแสดงให้เห็นว่า โลกมียูเรเนียม (0.2 - 0.4) × 1,017 กิโลกรัม ในเปลือกโลกมี (0.4 - 0.8) × 1,017 กิโลกรัม ใน mantle และแทบจะไม่มีเลยในแกนกลางของโลก

สรุปว่า ใต้โลกไม่มีปลาอานนท์ แต่มีอะไรหลายอย่างที่เรายังไม่รู้ครับ....