धडा २: पृथ्वीचे अंतरंग (Interior of the Earth)

नियम 1 : आतला भाग गरम का — पृथ्वी सुमारे 4.6 अब्ज वर्षांपूर्वी गरम वायूचा गोळा म्हणून तयार झाली. ती बाहेरून केंद्राकडे उत्सर्जनाने थंड झाली. उकळलेल्या दुधावरील सायीप्रमाणे बाहेरचे भूकवच आधी थंड होऊन घन झाले, आत अजून गरम व अर्ध-द्रव आहे. बाह्य ग्रह आजही वायुरूप आहेत.

आकृतीत : आकृतीत अंतरंगाचे अप्रत्यक्ष पुरावे : ज्वालामुखी उद्रेक, खोल खाणीतील वाढते तापमान, भूकंप लहरी आणि खोल छिद्रे (जी फक्त लहानसा भाग गाठतात).

आकृतीत : आकृतीत उकळलेल्या दुधावरील सायीप्रमाणे पृथ्वीचा बाहेरचा थर, भूकवच, आधी थंड होऊन घन झाले, तर आत अजून गरम आहे.

• सोपे : दुधावरील साय आधी थंड होते, तसे भूकवच.
• मध्यम : पृथ्वी 4.6 अब्ज वर्षे म्हणजे 4600 दशलक्ष वर्षे जुनी.
• परीक्षेसाठी : आतला भाग अजून गरम का?

नियम 2 : चार पुरावे — (1) ज्वालामुखी उद्रेकात गरम मॅग्मा, वायू, वाफ बाहेर येतात; थंड लाव्हाचे अग्निजन्य खडक बनतात. (2) खोल खाणीत जाताना तापमान वाढते. (3) भूकंपाच्या लहरी अंतरंगातून जातात; त्यांची दिशा व वेग आत काय आहे ते सांगतात. (4) खोल छिद्रे : कोयना–वारणा भागात 7 किमी खोल छिद्र घेतले जात आहे, पण पृथ्वीची त्रिज्या 6371 किमी आहे, म्हणून ते लहानसा भाग गाठते : 7 ÷ 6371 × 100 = 0.11%. अति उष्णता, दाब व वितळलेले भाग असल्याने पृथ्वीच्या आरपार खणता येत नाही.

• सोपे : लाव्हा थंड होऊन अग्निजन्य खडक बनतो.
• मध्यम : 3 किमी खोल खाणीच्या तळाशी वरच्यापेक्षा जास्त गरम असते.
• परीक्षेसाठी : दोन अप्रत्यक्ष पुरावे सांगा.

नियम 3 : तीन थर — पृष्ठभागापासून केंद्राकडे जाताना तापमान आणि घनता खूप बदलतात. त्यावरून अंतरंगाचे भूकवच, प्रावरण आणि गाभा असे तीन थर पाडले आहेत.

• सोपे : 3 थर आहेत.
• मध्यम : भूकवच सर्वांत बाहेर; गाभा सर्वांत आत.
• परीक्षेसाठी : थर कशाच्या आधारे पाडले?

फरक ओळखा

नियम 1 : जाडी — सरासरी जाडी 30 ते 35 किमी. खंडांखाली 16 ते 45 किमी, पर्वतरांगांखाली सुमारे 40 किमी आणि महासागरांखाली 10 किमी पेक्षा कमी.

आकृतीत : आकृतीत भूकवच पर्वतरांगांखाली सर्वांत जाड (सुमारे 40 किमी), खंडांखाली सुमारे 30 किमी आणि महासागरांखाली फक्त 7 ते 10 किमी आहे.

• सोपे : महासागरांखाली भूकवच सर्वांत पातळ.
• मध्यम : पर्वताखाली 40 किमी − सागराखाली 10 किमी = 30 किमी जास्त जाड.
• परीक्षेसाठी : भूकवच कुठे सर्वांत जाड?

नियम 2 : खंडीय आणि सागरी भूकवच — खंडीय भूकवच : सिलिका व ॲल्युमिनियम, पूर्वी सियाल (Sial) म्हणत; सुमारे 30 किमी जाड; घनता 2.65–2.90 g/सेमी³; मुख्यतः ग्रॅनाइट. सागरी भूकवच : सिलिका व मॅग्नेशियम, पूर्वी सिमा (Sima) म्हणत; 7–10 किमी जाड; घनता 2.9–3.3 g/सेमी³; मुख्यतः बेसॉल्ट व गॅब्रो. म्हणून सागरी भूकवच पातळ पण घन आहे. त्यांच्या दरम्यान कॉनराड विच्छिन्नता आहे.

आकृतीत : आकृतीत खंडीय भूकवच : सिलिका व ॲल्युमिनियम (सियाल), ग्रॅनाइट, सुमारे 30 किमी. सागरी भूकवच : सिलिका व मॅग्नेशियम (सिमा), बेसॉल्ट व गॅब्रो, 7–10 किमी.

• सोपे : सियाल म्हणजे खंडीय भूकवच.
• मध्यम : 30 किमी खंडीय भूकवच 10 किमी सागरी भूकवचापेक्षा 30 − 10 = 20 किमी जाड.
• परीक्षेसाठी : दोन भूकवचांची जाडी व घनता यांची तुलना करा.

नियम 3 : तापमान — खोल गेल्यावर तापमान वाढते; मग वाढीचा वेग कमी होतो आणि गाभ्यात पुन्हा वाढतो. भूकवचातील खडक शिलाचक्रातून रूप बदलत राहतात : अग्निजन्य, गाळाचे, रूपांतरित.

आकृतीत : आकृतीत तापमान पृष्ठभागाजवळ वेगाने, प्रावरणात हळू आणि गाभ्यात पुन्हा वेगाने वाढते (बाह्य गाभ्यात सुमारे 5000 °C).

• सोपे : शिलाचक्रात खडक रूप बदलतात.
• मध्यम : अग्निजन्य खडक झिजेनंतर गाळाचा खडक बनू शकतो.
• परीक्षेसाठी : तीन खडक प्रकार सांगा.

फरक ओळखा

नियम 1 : वरचे व खालचे प्रावरण — प्रावरणाचे वरचे आणि खालचे भाग आहेत. वरचे प्रावरण जास्त द्रवरूप, त्यात मॅग्मा कक्ष असतात आणि त्याला दुर्बलावरण (asthenosphere) म्हणतात; खोल भूकंप येथे येतात. प्रावरणातील अंतर्गत हालचालींमुळे पर्वत, भेगा, ज्वालामुखी, भूकंप होतात. भूकवच आणि प्रावरण यांच्या दरम्यान मोहो विच्छिन्नता आहे.

आकृतीत : आकृतीत वरच्या प्रावरणात (दुर्बलावरण) मॅग्मा कक्ष असतात; भूकवच आणि प्रावरणाचा सर्वांत वरचा भाग मिळून शिलावरण बनते, सुमारे 100 किमी जाड.

• सोपे : शिलावरण सुमारे 100 किमी जाड.
• मध्यम : भूकवच 35 किमी असेल तर शिलावरणातील प्रावरणाचा भाग 100 − 35 = 65 किमी.
• परीक्षेसाठी : प्रावरणाला भूकंप-ज्वालामुखींचे केंद्र का म्हणतात?

नियम 2 : घनता आणि तापमान — 2400–2900 किमी खोलीला तापमान सुमारे 2200 °C ते 2500 °C आणि पदार्थात अचानक बदल होतो. प्रावरणाची सरासरी घनता 4.5 g/सेमी³ असून दाब वाढल्याने ती खोलीबरोबर वाढते; खालच्या प्रावरणात सुमारे 5.7 g/सेमी³.

आकृतीत : आकृतीत घनता खोलीबरोबर वाढते : भूकवच 2.65–3.3, प्रावरण 4.5–5.7, बाह्य गाभा 9.8 आणि अंतर्गाभा 13.3 g/सेमी³.

• सोपे : घनता खोलीबरोबर वाढते.
• मध्यम : खालचे प्रावरण 5.7 − सरासरी 4.5 = 1.2 g/सेमी³ जास्त.
• परीक्षेसाठी : घनता खोलीबरोबर का वाढते?

फरक ओळखा

नियम 1 : बाह्य व अंतर्गाभा — गाभ्याची जाडी सुमारे 3471 किमी (6371 − 2900). बाह्य गाभा (2900–5100 किमी) द्रव किंवा अर्ध-द्रव, लोहाचे प्रमाण जास्त, घनता 9.8 g/सेमी³, तापमान सुमारे 5000 °C. अंतर्गाभा (5150–6371 किमी) अति दाबामुळे घन, घनता सुमारे 13.3 g/सेमी³. मुख्य मूलद्रव्ये लोह (Fe) आणि निकेल (Ni) म्हणून त्याला निफे (Nife) म्हणतात. तापमान जवळजवळ सूर्याच्या पृष्ठभागाएवढे. गुटेनबर्ग विच्छिन्नता प्रावरण आणि गाभा यांच्या दरम्यान.

आकृतीत : आकृतीत पृथ्वीचे तीन मुख्य थर : भूकवच (30–35 किमी), प्रावरण (2870 किमी पर्यंत) आणि गाभा; बाह्य गाभा द्रव (2900–5100 किमी) आणि अंतर्गाभा घन (5150–6371 किमी).

• सोपे : बाह्य गाभा द्रव.
• मध्यम : अंतर्गाभा : 6371 − 5150 = 1221 किमी जाड.
• परीक्षेसाठी : अंतर्गाभा सर्वांत गरम असूनही घन का?

नियम 2 : प्रत्येक थराची जाडी — प्रावरण सुमारे 2870 किमी; बाह्य गाभा 5100 − 2900 = 2200 किमी; अंतर्गाभा 6371 − 5150 = 1221 किमी; भूकवच अतिशय पातळ. मुख्य मूलद्रव्ये : भूकवच – सिलिकॉन व ॲल्युमिनियम; प्रावरण – सिलिकॉन व मॅग्नेशियम; गाभा – निकेल व लोह.

आकृतीत : आकृतीत प्रावरण सुमारे 2870 किमी, बाह्य गाभा सुमारे 2200 किमी आणि अंतर्गाभा सुमारे 1221 किमी जाड; भूकवच अतिशय पातळ.

• सोपे : प्रावरण सर्वांत जाड.
• मध्यम : बाह्य गाभा 2200 किमी हा अंतर्गाभा 1221 किमी च्या जवळपास दुप्पट (2 × 1221 = 2442).
• परीक्षेसाठी : प्रत्येक थराची मुख्य मूलद्रव्ये सांगा.

फरक ओळखा

नियम 1 : P आणि S लहरी — P लहरींचा वेग 2900 किमी पर्यंत खोलीबरोबर वाढतो, तेथे सुमारे 12 किमी/s; गाभ्यात शिरताना तो सुमारे 8 किमी/s होतो, म्हणजे 12 − 8 = 4 किमी/s ने घट. S लहरी सुमारे 2900 किमी ला थांबतात आणि शोषल्या जातात, म्हणून बाह्य गाभा द्रव किंवा अर्ध-द्रव असावा.

आकृतीत : आकृतीत P लहरी घन व द्रवातून जातात (2900 किमी ला वेग सुमारे 12 वरून 8 किमी/s होतो); बाह्य गाभा द्रव असल्याने S लहरी 2900 किमी ला थांबतात.

• सोपे : S लहरी द्रवातून जात नाहीत.
• मध्यम : 8 किमी/s च्या P लहरी 2200 किमी बाह्य गाभा 2200 ÷ 8 = 275 s मध्ये ओलांडतात.
• परीक्षेसाठी : S लहरींवरून बाह्य गाभा द्रव कसा सिद्ध होतो?

नियम 2 : विच्छिन्नता — विच्छिन्नता म्हणजे लहरींच्या वेगाच्या आलेखाच्या कलातील बदल; त्या खोलीला पदार्थ बदलतो हे दिसते. कॉनराड : खंडीय व सागरी भूकवच. मोहो : भूकवच व प्रावरण. गुटेनबर्ग : प्रावरण व गाभा. गुरुत्वाकर्षण ठराविक खोलीपर्यंत वाढते व मग घटते; केंद्रावर शून्य असते, म्हणून तेथे वजन शून्य होईल.

आकृतीत : आकृतीत विच्छिन्नता : कॉनराड (खंडीय व सागरी भूकवच), मोहो (भूकवच व प्रावरण) आणि गुटेनबर्ग (प्रावरण व गाभा).

• सोपे : मोहो भूकवच-प्रावरण दरम्यान.
• मध्यम : गुटेनबर्ग सुमारे 2900 किमी खोलीला.
• परीक्षेसाठी : विच्छिन्नता काय दाखवते?

नियम 3 : भू-डायनॅमो — बाह्य व अंतर्गाभ्याच्या तापमानातील फरकाने द्रव लोहात उभे प्रवाह निर्माण होतात. पृथ्वीच्या परिवलनाने त्यांना वर्तुळाकार गती मिळते. या वर्तुळांत विद्युत प्रवाह तयार होतात आणि चुंबकीय क्षेत्र निर्माण होते : हा भू-डायनॅमो.

आकृतीत : आकृतीत भू-डायनॅमो : तापमानातील फरकाने द्रव लोहात उभे प्रवाह होतात, परिवलनाने ते वर्तुळाकार होतात आणि विद्युत प्रवाहांनी चुंबकीय क्षेत्र मिळते.

• सोपे : परिवलनाने प्रवाह वर्तुळाकार होतात.
• मध्यम : बाह्य गाभा द्रव असल्यानेच डायनॅमो चालतो.
• परीक्षेसाठी : भू-डायनॅमो तीन पायऱ्यांत सांगा.

नियम 4 : चुंबकावरण — पृथ्वी प्रचंड चुंबकासारखी वागते. तिचे चुंबकीय क्षेत्र दूरवर पसरून आवरण बनते, त्याला चुंबकावरण म्हणतात; शिलावरण, जलावरण, वातावरण, जीवावरण यानंतरचे पाचवे आवरण. ते वातावरणाचे सौर वाऱ्यांपासून (सूर्याकडून येणारे विद्युत भारित कणांचे प्रवाह) रक्षण करते.

आकृतीत : आकृतीत चुंबकीय क्षेत्रामुळे चुंबकावरण बनते, जे पृथ्वीच्या वातावरणाचे सूर्याकडून येणाऱ्या सौर वाऱ्यांपासून रक्षण करते.

• सोपे : चुंबकावरण पाचवे आवरण.
• मध्यम : त्याआधी चार आवरणे.
• परीक्षेसाठी : चुंबकावरण आपले रक्षण कसे करते?

फरक ओळखा