English · हिन्दी · తెలుగు · தமிழ் · മലയാളം · मराठी · ಕನ್ನಡ
Inside the Earth: layers, seismic evidence and rocks
How the interior is known from direct and indirect sources, P, S and surface waves, the shadow zone, the crust, mantle and core with the Moho, Gutenberg and Lehmann boundaries, the elements and minerals of the crust, igneous, sedimentary and metamorphic rocks, and the rock cycle.
भाग 1 आणि 2 मध्ये पृथ्वी बाहेरून पाहिली. आता आत जाऊ. पृथ्वीची सरासरी त्रिज्या सुमारे 6,371 किमी, पण माणसाने खोदलेले सर्वात खोल छिद्र 12 किमीच्या पुढे गेलेले नाही — म्हणजे कांद्याची वरची साल फक्त खरवडल्यासारखे. म्हणून आतली माहिती मुख्यतः भूकंप लहरी कशा प्रवास करतात यावरून काढली आहे. पृथ्वी थरांनी बनली आहे: बाहेर पातळ भूकवच, त्याखाली जाड खडकाळ प्रावरण, आणि मध्यभागी जड धातूचा गाभा. पुढे भूकवच कशापासून बनले आहे आणि तीन प्रकारचे खडक एकमेकांत कसे बदलतात ते पाहू. (→ English: crust, mantle, core · हिन्दी: भूपर्पटी, प्रावार, क्रोड)
आतल्या माहितीचे पुरावे दोन प्रकारचे. प्रत्यक्ष पुरावा म्हणजे हातात घेऊन तपासता येईल असा खरा पदार्थ: दक्षिण आफ्रिकेतील सोन्याच्या खाणी (सुमारे 4 किमी), रशियातील कोला खोल विंधनविहीर (1989 मध्ये सुमारे 12.2 किमी), ज्वालामुखी बाहेर आणतो तो शिलारस. अप्रत्यक्ष पुरावा म्हणजे वरून मोजून अंदाज बांधणे — डॉक्टर स्टेथोस्कोपने छातीच्या आत ऐकतात तसे. खोल जावे तसे तापमान, दाब आणि घनता वाढते; पृथ्वीची सरासरी घनता वरच्या खडकांच्या जवळजवळ दुप्पट, म्हणून आत जड पदार्थ असलाच पाहिजे. उल्कापिंड, गुरुत्व व चुंबकीय सर्वेक्षणे, आणि सर्वात महत्त्वाचे म्हणजे भूकंप लहरी. (→ English: magma · हिन्दी: मैग्मा)
ताणाखालील खडक तुटून घसरतात तेव्हा अचानक ऊर्जा मुक्त होणे म्हणजे भूकंप. आत जिथे ऊर्जा मुक्त होते ते केंद्र (फोकस); त्याच्या थेट वर जमिनीवरचे ठिकाण म्हणजे अपिकेंद्र. ऊर्जा भूकंप लहरी म्हणून पसरते. P लहरी सर्वात वेगवान — रेल्वेचे डबे एकमेकांना पुढे ढकलतात तशा; घन, द्रव, वायू तिन्हींमधून जातात. S लहरी नंतर येतात — दोरीचे एक टोक धरून झटका दिला की वर-खाली लाट जाते तशा; फक्त घन पदार्थातून जातात. पृष्ठीय लहरी हळू आणि सर्वात शेवटी येतात, पण घरांचे सर्वाधिक नुकसान त्याच करतात. (→ English: seismic waves, P waves, S waves, surface waves · हिन्दी: भूकंपीय तरंगें, P तरंगें, S तरंगें, धरातलीय तरंगें)
| Wave | Speed and arrival | Passes through | How it moves the ground |
|---|---|---|---|
| P (primary), body wave | Fastest; arrives first | Solids, liquids and gases | Push and pull along the direction of travel |
| S (secondary), body wave | Slower; arrives second | Solids only | Shakes at right angles to the direction of travel |
| Surface waves | Slowest; arrive last | Along the outer layer of the Earth | Rolling and sideways shaking; most destructive |
जगभरातील भूकंपलेखांनी एक विचित्र नमुना दाखवला. अपिकेंद्रापासून सुमारे 105° पर्यंत P आणि S दोन्ही थेट पोहोचतात. 105° च्या पलीकडे S लहरी येतच नाहीत. 105° ते 145° दरम्यान P लहरीही थेट येत नाहीत — हाच छाया प्रदेश. दिव्यासमोर चेंडू ठेवला की मागे सावली पडते, तसा मधला गाभा लहरींना आड येतो. S लहरी द्रवातून जात नाहीत, म्हणून बाहेरचा गाभा द्रव आहे हे कळले. P लहरी गाभ्यात वाकतात, म्हणून तो पट्टा रिकामा राहतो. प्रत्येक भूकंपाचा स्वतःचा छाया प्रदेश असतो. (→ English: shadow zone · हिन्दी: छाया क्षेत्र)
भूकवच म्हणजे पृथ्वीचे वरचे कवच — अंड्याच्या कवचासारखे अगदी पातळ, पृथ्वीच्या आकारमानाच्या एक टक्काही नाही. हे दोन प्रकारचे. खंडीय भूकवच जाड (सरासरी 30–40 किमी, हिमालयाखाली सुमारे 70 किमी), हलके, ग्रॅनाइटसारखा खडक — सिलिका व अॅल्युमिनियम जास्त, म्हणून SIAL. सागरी भूकवच पातळ (5–10 किमी), जड बेसाल्ट — सिलिका व मॅग्नेशियम, म्हणून SIMA. हलके वर, जड खाली — म्हणूनच खंड उंच आणि महासागर खोल. भूकवचाच्या तळाची सीमा मोहो; 1909 मध्ये मोहोरोविचिच यांनी ओळखली. (→ English: crust, Moho discontinuity · हिन्दी: भूपर्पटी, मोहो असंबद्धता)
मोहोच्या खाली प्रावरण — सुमारे 2,900 किमी खोलीपर्यंत, पृथ्वीच्या आकारमानाच्या चार-पंचमांशपेक्षा जास्त. लहरींसाठी ते घनच वाटते, पण खूप गरम असल्याने लाखो वर्षांत घट्ट गुळाच्या पाकासारखे हळूहळू सरकते. वरच्या प्रावरणात दुर्बलावरण नावाचा मऊ थर आहे (सुमारे 100 किमीपासून काहीशे किमीपर्यंत) — तिथे खडक अंशतः वितळलेला असतो, ज्वालामुखीचा शिलारस बहुतेक तिथेच तयार होतो. त्याच्या वर भूकवच आणि प्रावरणाचा कडक वरचा भाग मिळून शिलावरण. तळ्यात तरंगणाऱ्या पानांसारख्या शिलावरणाच्या प्लेटा मऊ दुर्बलावरणावर सरकतात. (→ English: mantle, asthenosphere, magma, lithosphere · हिन्दी: प्रावार, दुर्बलतामंडल, मैग्मा, स्थलमंडल)
सुमारे 2,900 किमी खोलीवर गुटेनबर्ग सीमेपाशी गाभा सुरू होतो; तिथे S लहरी थांबतात. बाह्य गाभा (2,900–5,150 किमी) द्रव धातू — त्यातील प्रवाह सायकलच्या डायनॅमोसारखे काम करून पृथ्वीचे चुंबकीय क्षेत्र तयार करतात; होकायंत्र उत्तर दाखवते ते यामुळेच. आंतरिक गाभा (5,150 किमीपासून केंद्रापर्यंत) सूर्याच्या पृष्ठभागाइतका गरम असूनही घन आहे — वरून दाबणाऱ्या प्रचंड दाबामुळे तो वितळत नाही. या दोघांमधील सीमा लेहमन यांच्या नावाने (1936). लोखंड आणि निकेल — म्हणून NIFE. (→ English: core, Gutenberg discontinuity, Lehmann discontinuity · हिन्दी: क्रोड, गुटेनबर्ग असंबद्धता, लेहमन असंबद्धता)
| Layer | Depth (approx.) | State | Main material | Boundary at its base |
|---|---|---|---|---|
| Crust | Surface to about 5–10 km (oceans) or 30–70 km (continents) | Solid | Granite-like rock (continents), basalt (oceans) | Moho (1909) |
| Mantle | Moho to about 2,900 km | Solid but able to creep; asthenosphere weak and partly molten | Rock rich in iron and magnesium silicates | Gutenberg discontinuity |
| Outer core | About 2,900–5,150 km | Liquid | Iron and nickel | Lehmann discontinuity (1936) |
| Inner core | About 5,150 km to the centre (about 6,371 km) | Solid | Iron and nickel | None: the centre |
भूकवचात मूलद्रव्यांपासून खनिजे, खनिजांपासून खडक — विटांपासून भिंत, भिंतींपासून घर बांधतो तसे. आठ मूलद्रव्येच भूकवचाच्या वजनाचा सुमारे 98%: ऑक्सिजन (सुमारे 46%), सिलिकॉन (28%), अॅल्युमिनियम (8%), लोह (5%), मग कॅल्शियम, सोडियम, पोटॅशियम, मॅग्नेशियम. पण संपूर्ण पृथ्वी घेतली तर लोहच सर्वाधिक — कारण गाभा धातूचा आहे. खनिजाला ठरावीक रासायनिक रचना आणि अणूंची नियमित मांडणी असते. सर्वाधिक आढळणारी खनिजे फेल्डस्पार आणि क्वार्ट्झ. ग्रॅनाइट म्हणजे फेल्डस्पार + क्वार्ट्झ + थोडा अभ्रक. (→ English: elements, minerals, feldspar, quartz · हिन्दी: तत्व, खनिज, फ़ेल्डस्पार, क्वार्ट्ज़)
वितळलेला खडक थंड होऊन घट्ट झाला की अग्निजन्य खडक. बाकी सगळे खडक यांच्यापासूनच आले म्हणून प्राथमिक खडक. कुठे थंड झाला यावर फरक: जमिनीखाली शिलारस हळूहळू थंड झाला तर स्फटिक मोठे होतात — ग्रॅनाइट (अंतर्वेशी खडक). वर आलेला लाव्हा पटकन थंड झाला तर स्फटिक लहान — बेसाल्ट (बहिर्वेशी खडक). गुळाचा पाक हळू निवला तर रवाळ, थंड पाण्यात ओतला तर गुळगुळीत होतो तसेच. यांच्यात थर किंवा जीवाश्म नसतात. उदाहरण: महाराष्ट्राचा दख्खन ट्रॅप बेसाल्ट (सुमारे 6.6 कोटी वर्षांपूर्वी); त्यातूनच काळी कापसाची मृदा. (→ English: igneous rocks, magma, granite, basalt · हिन्दी: आग्नेय शैल, मैग्मा, ग्रेनाइट, बेसाल्ट)
जुन्या खडकांचे तुकडे आणि सजीवांचे अवशेष साचून घट्ट झाले की गाळाचे खडक. नद्या, वारा, हिमनद्या, लाटा माती-वाळू वाहून नेऊन बहुधा पाण्याखाली थरावर थर टाकतात — पुस्तकांची चळत रचावी तसे. वरच्या थरांच्या वजनाने खालचे थर दबतात आणि नैसर्गिक सिमेंटने जोडले जाऊन खडक होतात. म्हणूनच यांच्यात थर आणि जीवाश्म दिसतात. यांत्रिक (वालुकाश्म, शेल), सेंद्रिय (कोळसा, चुनखडी) आणि रासायनिक (खडकमीठ, जिप्सम) पद्धतीने बनतात. कोळसा आणि पेट्रोलियम यांच्यातच सापडतात; दिल्लीच्या लाल किल्ल्याचा लाल वालुकाश्म हे एक उदाहरण. (→ English: sedimentary rocks, lithification, fossils · हिन्दी: अवसादी शैल, शिलीभवन, जीवाश्म)
आधीचा खडक न वितळता प्रचंड उष्णता आणि दाबाने बदलला की तो रूपांतरित खडक — मातीचे मडके भट्टीत भाजले की कडक होते तसे, पण इथे लाखो वर्षे लागतात. खनिजे पुन्हा स्फटिक होऊन बहुधा पट्ट्यांत रचली जातात. शिलारसाच्या जवळच्या उष्णतेने बदलले तर संपर्क रूपांतरण; पर्वत तयार होताना मोठ्या प्रदेशात बदलले तर प्रादेशिक रूपांतरण. लक्षात ठेवण्याच्या जोड्या: चुनखडी → संगमरवर, वालुकाश्म → क्वार्ट्झाइट, शेल → स्लेट, ग्रॅनाइट → नाइस. ताजमहालचा संगमरवर राजस्थानातील मकराना येथून आला. (→ English: metamorphic rocks, marble, quartzite, slate, gneiss · हिन्दी: कायांतरित शैल, संगमरमर, क्वार्ट्ज़ाइट, स्लेट, नीस)
| Family | How it forms | Key features | Examples |
|---|---|---|---|
| Igneous | Molten rock cools and hardens | Crystalline, no layers, no fossils; primary rocks | Granite (intrusive), basalt (extrusive) |
| Sedimentary | Sediment is deposited in layers and hardened | Layered; contain fossils; host coal and oil | Sandstone, shale, limestone, coal, rock salt |
| Metamorphic | Existing rock changed by heat and pressure without melting | Harder, often banded (foliated) | Marble, quartzite, slate, gneiss |
तिन्ही प्रकारचे खडक कायमचे नाहीत — कोणताही खडक दुसऱ्यात बदलू शकतो; या न संपणाऱ्या चक्रालाच खडक चक्र म्हणतात. जुना सोन्याचा दागिना वितळवून नवा घडवतात, तसा निसर्ग खडक पुन्हा पुन्हा वापरतो. अग्निजन्य खडक झिजून गाळाचा खडक; खोलवर उष्णता आणि दाबाने रूपांतरित खडक; आणखी खोल जाऊन वितळला की शिलारस, थंड झाला की पुन्हा अग्निजन्य. वर सूर्याची ऊर्जा (पाऊस, नदी, वारा), आत पृथ्वीची उष्णता हे चक्र फिरवतात. भूकंप लहरींवरून कळलेले आतले थर उष्णता आणि शिलारस देतात; वरच्या भूकवचात खडक तयार होत आणि बदलत राहतात. (→ English: rock cycle, magma, seismic waves · हिन्दी: शैल चक्र, मैग्मा, भूकंपीय तरंगें)
Exam traps
- Solids, liquids and gases all carry P waves, but S waves stop the moment they meet anything that is not solid. The absence of S waves beyond about 105° from the epicentre is the evidence for a liquid outer core.
- Direct P waves are missing between about 105° and 145° from the epicentre, but S waves are missing everywhere beyond 105°, so the area left without S waves covers far more of the globe than the band without direct P waves.
- Energy is released at the focus (hypocentre), below the ground; the epicentre is the spot on the ground lying straight above it.
- Boundaries in order: Moho (crust and mantle), Gutenberg (mantle and core, about 2,900 km), Lehmann (outer and inner core, about 5,150 km). Questions shuffle these.
- Oxygen is the most abundant element in the crust, followed by silicon; for the Earth as a whole, iron is the most abundant by mass.
- Do not equate the lithosphere with the crust alone, since the rigid top layer of the mantle belongs to it too; beneath it sits the asthenosphere, a weak zone of the upper mantle from which much magma rises.
- The inner core is solid although it is the hottest part, because of enormous pressure; it is the outer core that is liquid.
- Fossils are found in sedimentary rocks. Granite is intrusive igneous and basalt extrusive igneous; marble comes from limestone, quartzite from sandstone, slate from shale and gneiss from granite.
Recap
- The interior is known mostly indirectly. Direct sources: mines, drilling (Kola, about 12 km), volcanic material. Indirect: temperature, pressure and density, meteorites, gravity, magnetism and, above all, seismic waves.
- Focus underground, epicentre on the surface above it; P waves fastest and pass through all states; S waves only through solids; surface waves slowest and most destructive.
- Shadow zone: no direct P waves between about 105° and 145°; no S waves beyond 105°; hence a liquid outer core.
- Crust: continental (thick, granitic, light, SIAL) and oceanic (thin, basaltic, dense, SIMA); the Moho (1909) at its base.
- Mantle to about 2,900 km; asthenosphere weak, partly molten, a source of magma; lithosphere = crust + rigid upper mantle, broken into plates.
- Core: liquid outer core (source of the magnetic field) and solid inner core; Gutenberg at about 2,900 km, Lehmann at about 5,150 km; iron and nickel (NIFE).
- Crust by weight: O > Si > Al > Fe > Ca > Na > K > Mg; whole Earth: iron first. Feldspar and quartz are common minerals; rocks are mixtures of minerals.
- Igneous (granite, basalt, Deccan Traps), sedimentary (layers, fossils, coal, Red Fort sandstone), metamorphic (marble, quartzite, slate, gneiss), all linked by the rock cycle.
Practice questions
Q1. Which of the following types of seismic waves cannot travel through liquids?
- P waves
- S waves
- Both P and S waves
- Neither P nor S waves
Show answer
Answer: B. S waves
S waves move material at right angles to their direction of travel, which needs a rigid medium, so they pass only through solids. P waves are compressional and travel through solids, liquids and gases, so (a) and (c) are wrong; (d) is wrong because S waves cannot cross liquids.
Q2. Consider the following statements:
1. The epicentre is the point inside the Earth where the energy of an earthquake is released.
2. Of all seismic waves, surface waves travel slowest and do the greatest damage to buildings.
Which of the statements given above is/are correct?
- 1 only
- 2 only
- Both 1 and 2
- Neither 1 nor 2
Show answer
Answer: B. 2 only
Statement 1 describes the focus (hypocentre), not the epicentre; the epicentre is the point on the surface directly above the focus. Statement 2 is correct. So (a) and (c) are wrong because they include statement 1, and (d) is wrong because statement 2 is correct.
Q3. Consider the following pairs of discontinuities and the layers they separate:
1. Mohorovičić discontinuity : crust and mantle
2. Gutenberg discontinuity : upper mantle and lower mantle
3. Lehmann discontinuity : outer core and inner core
How many of the pairs given above are correctly matched?
- Only one
- Only two
- All three
- None
Show answer
Answer: B. Only two
Pairs 1 and 3 are correct. The Gutenberg discontinuity, at about 2,900 km, separates the mantle from the core, not the upper from the lower mantle, so pair 2 is wrong. Hence 'only two'; 'only one' undercounts, and 'all three' and 'none' are wrong.
Q4. Which element is the most abundant in the Earth's crust by weight?
- Silicon
- Oxygen
- Iron
- Aluminium
Show answer
Answer: B. Oxygen
Oxygen makes up about 46 percent of the crust by weight. Silicon is second (about 28 percent) and aluminium third (about 8 percent). Iron is fourth in the crust, though it is the most abundant element of the Earth as a whole, which is the usual trap.
Q5. Consider the following statements:
1. The shadow zone of S waves is larger than the shadow zone of P waves.
2. The liquid state of the outer core was inferred from the absence of S waves beyond about 105° from the epicentre.
Which of the statements given above is/are correct?
- 1 only
- 2 only
- Both 1 and 2
- Neither 1 nor 2
Show answer
Answer: C. Both 1 and 2
Both are correct. Direct P waves are missing only in the belt between about 105° and 145°, while S waves are missing over the whole area beyond 105°, so the S-wave shadow is larger. Since S waves cannot cross liquid, their absence showed that the outer core is liquid. Options (a), (b) and (d) each reject a correct statement.
Q6. Match List I (original rock) with List II (metamorphic rock formed from it):
List I: A. Limestone B. Sandstone C. Shale D. Granite
List II: 1. Slate 2. Gneiss 3. Marble 4. Quartzite
Select the correct answer using the code given below.
- A-3, B-4, C-1, D-2
- A-4, B-3, C-1, D-2
- A-3, B-4, C-2, D-1
- A-1, B-4, C-3, D-2
Show answer
Answer: A. A-3, B-4, C-1, D-2
Limestone becomes marble, sandstone becomes quartzite, shale becomes slate and granite becomes gneiss. Option (b) swaps marble and quartzite; (c) swaps slate and gneiss; (d) wrongly gives slate for limestone and marble for shale.
Q7. Consider the following statements:
1. The lithosphere consists of the crust together with the rigid uppermost part of the mantle.
2. The asthenosphere is a weak zone located in the outer core.
Which of the statements given above is/are correct?
- 1 only
- 2 only
- Both 1 and 2
- Neither 1 nor 2
Show answer
Answer: A. 1 only
Statement 1 is correct. Statement 2 is wrong: the asthenosphere lies in the upper mantle, beginning at roughly 100 km, far above the core. So (b) and (c) are wrong because they accept statement 2, and (d) is wrong because statement 1 is correct.
Q8. Which one of the following is an extrusive igneous rock?
- Granite
- Basalt
- Marble
- Sandstone
Show answer
Answer: B. Basalt
Basalt forms when lava cools quickly at the surface, so it is extrusive igneous. Granite is igneous but intrusive, formed by slow cooling underground; marble is metamorphic; sandstone is sedimentary.
Study this in the Upscore app to keep notes, save it for revision, track your practice scores and follow a plan to the exam date. It's free.
Study this in the app →Sources
- NASA Science: Earth facts and the Earth's interior and magnetic field explainers (National Aeronautics and Space Administration, US government) — https://science.nasa.gov/earth/facts/
- United States Geological Survey: 'This Dynamic Earth' and educational material on the Earth's interior, minerals and the rock cycle (US government publication) — https://pubs.usgs.gov/publication/7000097
- USGS Earthquake Hazards Program: seismic waves, focus and epicentre, seismographs, and the structure of the Earth from seismology — https://www.usgs.gov/programs/earthquake-hazards
- Geological Survey of India, Ministry of Mines: geology of India, the Deccan Traps and rock types — https://www.gsi.gov.in