अभ्यासघटक : पृथ्वीची निर्मिती आणि थंड होण्याची प्रक्रिया पृथ्वीच्या अंतरंगाचे मुख्य विभाग पृथ्वीच्या अंतरंगातील मूलद्रव्यांचे वितरण भूकंपलहरी व अंतरंगाचा अभ्यास पृथ्वीचे चुंबकावरण

प्रस्तावना :

पृथ्वीच्या पृष्ठभागाखाली नेमके काय आहे, हे मानवाला प्रत्यक्ष पाहता आलेले नाही. त्यामुळे भूगर्भशास्त्रज्ञांनी अप्रत्यक्ष पद्धतींनी अभ्यास करून पृथ्वीच्या अंतरंगाची रचना समजावून घेतली आहे. यासाठी प्रामुख्याने दोन गोष्टींचा अभ्यास केला गेला:

• ज्वालामुखीच्या उद्रेकातून बाहेर पडणारे पदार्थ (लाव्हारस, वायू, वाफ).
• भूकंपाच्या वेळी निर्माण होणाऱ्या भूकंपलहरींची दिशा व वेग.

याशिवाय तापमान, घनता, गुरुत्वाकर्षण बल व दाब यांच्या अभ्यासातूनही अंतरंगाच्या रचनेबाबत अनुमान काढले गेले आहे.

दुधाच्या प्रयोगावरून मिळणारा बोध (भौगोलिक स्पष्टीकरण) :

दूध तापवण्यापूर्वी पूर्णपणे द्रवरूप असते. उकळी आल्यावर त्यातून वाफ बाहेर पडते. काही वेळाने दुधावर 'साय' तयार होते — ही साय आतील दुधापेक्षा थंड असते. यावरून असे समजते की, पातेल्यातील सायीचा वरचा थर आधी थंड होतो, तर खालील दूध तुलनेने उष्ण व द्रवरूप राहते.

तात्पर्य: पृथ्वी थंड होतानाही अशीच प्रक्रिया घडली असावी — पृथ्वीचा सर्वांत बाह्य भाग (भूकवच) आधी थंड होऊन घन झाला, तर अंतर्गत भाग अजूनही उष्ण व अर्धद्रव/प्रवाही स्वरूपात आहे.

पृथ्वीची निर्मिती आणि थंड होण्याची प्रक्रिया :

• पृथ्वीची निर्मिती सौरमालेबरोबरच सुमारे ४६० कोटी वर्षांपूर्वी झाली.
• सुरुवातीला पृथ्वी उष्ण व वायुरूप गोळ्याच्या स्वरूपात होती.
• उष्णता उत्सर्जनाच्या प्रक्रियेमुळे ती हळूहळू थंड होत गेली आणि तिला प्रथम द्रवरूप अवस्था प्राप्त झाली.
• पृथ्वी स्वतःभोवती फिरत असताना थंड होण्याची क्रिया पृष्ठभागाकडून केंद्राच्या दिशेने झाली. त्यामुळे पृथ्वीचा सर्वांत बाह्य भाग (भूकवच) थंड व घनरूप बनला.
• अंतरंगातील भागात मात्र उष्णता जास्त असून भूपृष्ठाकडून गाभ्याकडे जाताना ती सातत्याने वाढत जाते. विशिष्ट खोलीवर पृथ्वीचे अंतरंग अर्धद्रव स्वरूपात आढळते.
• सूर्यमालेतील बाह्य ग्रह आजही वायुरूप अवस्थेत आहेत.

पृथ्वीच्या अंतरंगाच्या अभ्यासाची साधने :

• ज्वालामुखी उद्रेकातून बाहेर पडणारे पदार्थ — प्रचंड उष्ण लाव्हारस, वायू व वाफ. लाव्हारस थंड झाल्यावर अग्निजन्य खडक तयार होतात.
• भूकंपलहरींचा अभ्यास — या लहरी पृथ्वीच्या अंतर्गाभ्यातून प्रवास करतात; त्यांची दिशा व वेग यांवरून अंतरंगाच्या रचनेबाबत अनुमान काढले जाते.
• खाणीतील निरीक्षणे — खोलवर गेल्यास तापमानात वाढ झाल्याचे आढळते.
• विंधन छिद्रे (Bore holes) — भूकवचाच्या अभ्यासासाठी मानवाने खोदलेली छिद्रे.
• तापमान, घनता, गुरुत्वाकर्षण बल व दाब यांचा तौलनिक अभ्यास.

या सर्व अभ्यासांवरून असे अनुमान निघाले की पृथ्वीचा अंतर्भाग उष्ण व प्रवाही स्वरूपाचा आहे.

पृथ्वीच्या अंतरंगाचे मुख्य विभाग :

तापमान व घनता यांतील बदलांच्या आधारे पृथ्वीच्या अंतरंगाचे पुढील तीन प्रमुख विभाग व त्यांचे उपविभाग पाडले जातात:

मुख्य विभाग	उपविभाग
भूकवच (Crust)	१. खंडीय कवच   २. महासागरीय कवच
प्रावरण (Mantle)	१. उच्च प्रावरण   २. निम्न प्रावरण
गाभा (Core)	१. बाह्यगाभा     २. अंतर्गाभा

रचनेचा क्रम (पृष्ठभागापासून केंद्राकडे): भूकवच → प्रावरण (उच्च व निम्न) → गाभा (बाह्य व अंतर्गाभा)

भूकवच (Crust) :

• पृथ्वीचा सर्वांत वरचा भाग घनरूप असून त्यास भूकवच म्हणतात.
• भूकवचाची जाडी सर्वत्र सारखी नाही — सरासरी जाडी ३० ते ३५ किमी मानली जाते. खंडाखालील जाडी १६ ते ४५ किमी दरम्यान असते;
• पर्वतश्रेणींखाली ती ४० किमीपेक्षा जास्त,
• तर सागरपृष्ठाखाली १० किमीपेक्षा कमी आढळते.
• प्रावरण व गाभा यांच्या तुलनेत भूकवच अतिशय कमी जाडीचा आहे.

(१) खंडीय कवच (Continental Crust) :

• प्रामुख्याने सिलिका (सिलिकॉन + ऑक्सिजनचे संयुग) व ॲल्युमिनिअम यांपासून बनलेला — यामुळे पूर्वी याला 'सियाल' (SIAL) म्हणत.
• घनता: २.६५ ते २.९० ग्रॅम/घनसेमी.
• सरासरी जाडी: सुमारे ३० किमी.
• या थरात प्रामुख्याने ग्रॅनाईट खडक आढळतात.

(२) महासागरीय कवच (Oceanic Crust) :

• सिलिका व मॅग्नेशिअम यांच्या संयुगाने बनलेला — पूर्वी याला 'सायमा' (SIMA) म्हणत.
• घनता: २.९ ते ३.३ ग्रॅम/घनसेमी.
• सरासरी जाडी: ७ ते १० किमी.
• या थरात प्रामुख्याने बेसॉल्ट व गॅब्रो हे खडक आढळतात.

प्रावरण (Mantle) :

• भूकवचाखाली प्रावरणाचे थर आढळतात.
• भूपृष्ठापासून सुमारे ४२ किमी खोलीनंतर प्रावरणास सुरुवात होते.
• प्रावरणाची खोली सुमारे २८७० किमी असल्याचा शास्त्रीय अंदाज आहे.
• सरासरी घनता ४.५ ग्रॅम/घनसेमी असून खोलीनुसार (वाढत्या दाबामुळे) घनता वाढत जाते.

(१) उच्च प्रावरण :

• जास्त प्रवाही स्वरूपाचे.
• याच भागात शिलारस कोठी (Magma chambers) आढळतात, ज्यातून ज्वालामुखी उद्रेकादरम्यान शिलारस पृष्ठभागावर येतो.
• या भागास 'दुर्बलावरण' (Asthenosphere) असेही म्हणतात.
• भूकंपाची केंद्रे प्रामुख्याने याच भागात आढळतात.

(२) निम्न प्रावरण :

• घनता ५.७ ग्रॅम/घनसेमी.
• खोली २४०० ते २९०० किमी दरम्यान
• तापमान सुमारे २२००° ते २५००° सेल्सिअस असावे असे अनुमान आहे.
• खडकांच्या रचनेत व घनतेत येथे एकाएकी बदल घडतो.

प्रावरणातील अंतर्गत शक्तींमुळे भूपृष्ठावर पर्वतनिर्मिती, द्रोणीनिर्मिती, ज्वालामुखी व भूकंप यांसारख्या प्रक्रिया घडतात.

गाभा (Core) :

भूपृष्ठापासून सुमारे २९०० किमी खोलीच्या खाली गाभ्याचा भाग सुरू होतो. गाभ्याची एकूण जाडी ३४७१ किमी आहे. याचे बाह्यगाभा व अंतर्गाभा असे दोन भाग पडतात.

(१) बाह्यगाभा (Outer Core) :

• खोली: सुमारे २९०० ते ५१०० किमी.
• स्वरूप: द्रवरूप / अर्धद्रव.
• घनता: ९.८ ग्रॅम/घनसेमी;
• तापमान सुमारे ५०००° सेल्सिअस.
• भूकंपाच्या दुय्यम लहरी (S-लहरी) या भागातून प्रवास करू शकत नाहीत — त्या याच भागात शोषल्या जातात, यावरूनच हा भाग द्रव/अर्धद्रव असल्याचे अनुमान निघाले.
• प्राथमिक लहरी (P-लहरी) मात्र या भागातून प्रवास करतात, पण त्यांचा वेग येथे मंदावतो.
• या द्रवरूप भागात लोहाचे प्रमाण अधिक असून ऊर्ध्वगामी प्रवाह निर्माण होतात — हे या भागाचे महत्त्वाचे वैशिष्ट्य आहे.

(२) अंतर्गाभा (Inner Core) :

• खोली: सुमारे ५१५० ते ६३७१ किमी (पृथ्वीच्या केंद्रापर्यंत).
• स्वरूप: घनरूप (प्रचंड दाबामुळे).
• घनता: सुमारे १३.३ ग्रॅम/घनसेमी.
• प्रामुख्याने लोह व काही प्रमाणात निकेल — यामुळे यास पूर्वी 'निफे' (NiFe) असेही म्हणत.
• तापमान: साधारणपणे सूर्याच्या पृष्ठीय तापमानाइतके असते.

पृथ्वीच्या अंतरंगातील मूलद्रव्यांचे वितरण :

भूपृष्ठाकडून गाभ्याकडे जाताना घनता वाढत जाते आणि त्याचबरोबर मूलद्रव्येही बदलतात:

थर	प्रमुख मूलद्रव्ये	घनता प्रवृत्ती
खंडीय कवच	सिलिकॉन (Si), ॲल्युमिनिअम (Al)	सर्वांत कमी
महासागरीय कवच / प्रावरण	सिलिकॉन (Si), मॅग्नेशिअम (Mg)	मध्यम
गाभा	निकेल (Ni), आयर्न/लोह (Fe)	सर्वांत जास्त

लक्षात ठेवा: पृष्ठभागाकडून केंद्राकडे जाताना मूलद्रव्यांची घनता वाढत जाते.

महत्त्वाच्या विलगता (Discontinuities) :

पृथ्वीच्या अंतरंगातील निरनिराळ्या थरांमध्ये घनता व गुणधर्मात अचानक बदल होतो, त्यास 'विलगता' म्हणतात. या विलगता शोधणाऱ्या शास्त्रज्ञांच्या नावावरून त्यांना नावे देण्यात आली आहेत:

विलगतेचे नाव	कोणत्या थरांदरम्यान	शोधणारे शास्त्रज्ञ
कॉनरॅड विलगता	खंडीय कवच व महासागरीय कवच	कॉनरॅड
मोहो विलगता	भूकवच व प्रावरण	मोहोरोव्हिसिक
गटेनबर्ग विलगता	प्रावरण व गाभा	गटेनबर्ग

भूकंपलहरी व अंतरंगाचा अभ्यास :

• प्राथमिक लहरी (P-लहरी): घन, द्रव व वायुरूप — तिन्ही माध्यमांतून प्रवास करू शकतात. यांचा वेग खोलीनुसार सतत वाढत जातो (२९०० किमी खोलीवर सुमारे १२ किमी/सेकंद), मात्र बाह्यगाभ्यात प्रवेश करताना वेग सुमारे ८ किमी/सेकंदापर्यंत घटतो.
• दुय्यम लहरी (S-लहरी): फक्त घनरूप माध्यमातूनच प्रवास करू शकतात — त्यामुळे त्या द्रवरूप बाह्यगाभ्यातून पुढे जाऊ शकत नाहीत व २९०० किमी खोलीजवळ अचानक थांबतात/शोषल्या जातात.
• या दोन्ही लहरींच्या वेग-वक्रांच्या (Velocity-depth curves) अभ्यासावरून शास्त्रज्ञांनी अंतर्गाभ्यातील घनता व गाभ्याचे द्रव/घनरूप स्वरूप निश्चित केले.
• गुरुत्वाकर्षण बलाचा वक्र दाखवतो की पृष्ठभागापासून काही खोलीपर्यंत गुरुत्वाकर्षण बल वाढते, त्यानंतर ते कमी होत जाते व पृथ्वीच्या केंद्राशी ते जवळपास शून्य होते.

पृथ्वीचे चुंबकावरण (Magnetosphere) :

बाह्यगाभा व अंतर्गाभा यांच्या तापमानातील फरकामुळे बाह्यगाभ्यातील द्रवरूप भागात ऊर्ध्वमुखी (वर जाणारे) प्रवाह तयार होतात. पृथ्वीच्या परिवलनामुळे (स्वतःभोवती फिरण्यामुळे) या प्रवाहांना भोवऱ्यांसारखी गती प्राप्त होते. या सर्पिल भोवऱ्यांमध्ये विद्युत प्रवाह निर्माण होतो आणि त्यामुळे चुंबकीय क्षेत्र तयार होते — यालाच 'भू-जनित्र' (Geodynamo) असेही म्हणतात.

• पृथ्वीचे चुंबकीय क्षेत्र पृथ्वी ग्रहाच्या बाहेरही बऱ्याच अंतरापर्यंत कार्यरत असते.
• या भू-चुंबकीय क्षेत्रामुळे पृथ्वीच्या वातावरणाचे सूर्याकडून येणाऱ्या सौरवातांपासून (Solar winds) संरक्षण होते.
• पृथ्वीवर निर्माण झालेल्या या चुंबकीय क्षेत्रास 'चुंबकावरण' म्हणतात — हे पृथ्वीचे पाचवे व महत्त्वाचे आवरण मानले जाते.