భూ అంతర్భాగం (Interior of the Earth)

భూమి సగటు వ్యాసార్ధం సుమారు 6,371 కి.మీ. కానీ మనిషి ఇప్పటివరకు తవ్వగలిగింది కేవలం కొన్ని కిలోమీటర్లు మాత్రమే. అందుకే భూమి లోపల ఏముందో తెలుసుకోవడానికి శాస్త్రవేత్తలు ప్రత్యక్ష, పరోక్ష వనరులు రెండింటినీ వాడతారు.

• ప్రత్యక్ష వనరులు (Direct Sources):
  1. గనుల తవ్వకం (Mining): ఉదా: దక్షిణాఫ్రికాలోని బంగారు గనులు 3–4 కి.మీ. లోతు వరకు ఉన్నాయి.
  2. లోతైన డ్రిల్లింగ్ ప్రాజెక్టులు: రష్యాలోని కోలా సూపర్‌డీప్ బోర్‌హోల్ (Kola Superdeep Borehole) సుమారు 12 కి.మీ. లోతు – మనిషి తవ్విన అత్యంత లోతైన రంధ్రాల్లో ఒకటి.
  3. సముద్ర లోతుల తవ్వకం ప్రాజెక్టులు: 'డీప్ ఓషన్ డ్రిల్లింగ్ ప్రాజెక్ట్', 'ఇంటిగ్రేటెడ్ ఓషన్ డ్రిల్లింగ్ ప్రాజెక్ట్'.
  4. అగ్నిపర్వత పదార్థాలు: అగ్నిపర్వతాల నుండి బయటకు వచ్చే లావా (Lava) భూమి లోపలి పదార్థం గురించి చెబుతుంది.
• పరోక్ష వనరులు (Indirect Sources):
  1. భూకంప తరంగాలు (Seismic Waves): అత్యంత ముఖ్యమైన వనరు. తరంగాల వేగం, దిశ మార్పుల ద్వారా లోపలి పొరలను గుర్తిస్తారు.
  2. ఉష్ణోగ్రత, పీడనం: లోతుకు వెళ్లే కొద్దీ పెరుగుతాయి.
  3. ఉల్కలు (Meteorites): భూమి లాంటి పదార్థంతోనే ఏర్పడినవి కాబట్టి వాటి కూర్పు భూమి లోపలి కూర్పు గురించి సూచన ఇస్తుంది.
  4. గురుత్వాకర్షణ (Gravitation): ఒకే అక్షాంశంలో కూడా ప్రదేశాన్ని బట్టి గురుత్వం మారుతుంది. ఈ మార్పును గురుత్వ అసంగతం (Gravity Anomaly) అంటారు – ఇది లోపలి పదార్థ పంపిణీని తెలుపుతుంది.
  5. అయస్కాంత క్షేత్రం (Magnetic Field) సర్వేలు.
• సాంద్రత ఆధారం:
  1. భూమి సగటు సాంద్రత సుమారు 5.5 గ్రా/సెం.మీ³
  2. కానీ ఉపరితల శిలల సాంద్రత సుమారు 2.7–3 గ్రా/సెం.మీ³ మాత్రమే. అంటే భూమి లోపల చాలా బరువైన పదార్థం (ఇనుము, నికెల్) ఉండాలి.

భూకంపం వచ్చినప్పుడు శక్తి తరంగాల రూపంలో అన్ని దిశలకూ ప్రయాణిస్తుంది. ఈ తరంగాలను సీస్మోగ్రాఫ్ (Seismograph) అనే పరికరంతో నమోదు చేస్తారు. ఇవి భూమి లోపలి పొరల గుండా వెళ్లేటప్పుడు వేగం, దిశ మారతాయి – ఇదే భూ అంతర్భాగ రహస్యాలను బయటపెట్టింది.

• రెండు ప్రధాన రకాలు: అంతర తరంగాలు (Body Waves – P, S) మరియు ఉపరితల తరంగాలు (Surface Waves).
• P తరంగాలు (Primary Waves):
  1. అత్యంత వేగవంతమైనవి – సీస్మోగ్రాఫ్‌కు మొదట చేరేవి.
  2. అనుదైర్ఘ్య తరంగాలు (Longitudinal) – ధ్వని తరంగాల లాంటివి.
  3. ఘన, ద్రవ, వాయు – మూడు స్థితుల గుండానూ ప్రయాణిస్తాయి.
• S తరంగాలు (Secondary Waves):
  1. P తరంగాల తర్వాత చేరతాయి.
  2. తిర్యక్ తరంగాలు (Transverse) – ప్రయాణ దిశకు లంబంగా కంపనం.
  3. ఘన పదార్థాల గుండా మాత్రమే ప్రయాణిస్తాయి; ద్రవాల గుండా వెళ్లలేవు.
• ఉపరితల తరంగాలు (Surface / L Waves):
  1. భూ ఉపరితలం వెంట ప్రయాణిస్తాయి; అత్యంత నెమ్మది, చివరగా చేరతాయి.
  2. అత్యధిక విధ్వంసం (Destruction) చేసేవి ఇవే. లవ్ తరంగాలు (Love Waves), రేలే తరంగాలు (Rayleigh Waves) వీటి రకాలు.
• షాడో జోన్ (Shadow Zone):
  1. భూకంప కేంద్రం (Epicentre) నుండి 105° నుండి 145° మధ్య ప్రాంతంలో P, S తరంగాలు రెండూ నమోదు కావు – ఇదే షాడో జోన్.
  2. 105° దాటిన తర్వాత S తరంగాలు ఎక్కడా నమోదు కావు. అంటే S తరంగాల షాడో జోన్ P తరంగాల షాడో జోన్ కంటే చాలా పెద్దది.
  3. 145° దాటిన తర్వాత P తరంగాలు మాత్రమే నమోదవుతాయి.
• ముఖ్యమైన తీర్మానం: S తరంగాలు బాహ్య కోర్ (Outer Core) గుండా వెళ్లలేకపోవడం వల్ల బాహ్య కోర్ ద్రవ స్థితిలో ఉందని శాస్త్రవేత్తలు నిర్ధారించారు.
• వేగం – సాంద్రత:
  1. సాంద్రత ఎక్కువైన పదార్థంలో తరంగాల వేగం పెరుగుతుంది
  2. పొర మారినప్పుడు తరంగాలు వక్రీభవనం (Refraction) చెందుతాయి.

భూమి అత్యంత బయటి ఘన పొరను భూపటలం (Crust) అంటారు. మనం నివసించే, వ్యవసాయం చేసే, గనులు తవ్వే పొర ఇదే. భూమి మొత్తంతో పోలిస్తే ఇది ఆపిల్ పండు తొక్కంత పలుచనిది.

• పరిమాణం: భూమి మొత్తం ఘనపరిమాణంలో సుమారు 1% కంటే తక్కువ.
• మందం (Thickness):
  1. సముద్ర భూపటలం (Oceanic Crust): సుమారు 5 కి.మీ. – పలుచనిది.
  2. ఖండ భూపటలం (Continental Crust): సగటున సుమారు 30 కి.మీ.
  3. హిమాలయాల వంటి పెద్ద పర్వత శ్రేణుల కింద సుమారు 70 కి.మీ. వరకు.
• సాంద్రత: సుమారు 2.7–3 గ్రా/సెం.మీ³ – భూమిలో అత్యంత తేలికైన పొర.
• రెండు భాగాలు (ఎడ్వర్డ్ స్వెస్ – Eduard Suess వర్గీకరణ):
  1. SIAL = సిలికా (Si) + అల్యూమినియం (Al): ఖండాల పై భాగం; తేలికైనది; గ్రానైట్ శిలలు ఎక్కువ.
  2. SIMA = సిలికా (Si) + మెగ్నీషియం (Mg): సముద్ర అడుగు భాగం, ఖండాల కింది భాగం; బరువైనది; బసాల్ట్ శిలలు ఎక్కువ.
  3. SIAL పొర SIMA పొరపై తేలుతున్నట్లు ఉంటుంది.
• కాన్రాడ్ అసాతత్యం (Conrad Discontinuity): భూపటలంలోనే SIAL, SIMA పొరలను వేరు చేసే సరిహద్దు.
• మోహో అసాతత్యం (Mohorovičić Discontinuity / Moho):
  1. భూపటలాన్ని మాంటిల్ నుండి వేరు చేసే సరిహద్దు.
  2. 1909లో క్రొయేషియా శాస్త్రవేత్త ఆండ్రిజా మోహోరోవిసిక్ (Andrija Mohorovičić) కనుగొన్నారు.
  3. ఇక్కడ భూకంప తరంగాల వేగం అకస్మాత్తుగా పెరుగుతుంది.
• భూపటలంలో ఎక్కువగా ఉండే మూలకాలు (క్రమంలో): ఆక్సిజన్ (O, సుమారు 46%) > సిలికాన్ (Si, సుమారు 28%) > అల్యూమినియం (Al, సుమారు 8%) > ఇనుము (Fe, సుమారు 5%) > కాల్షియం > సోడియం > పొటాషియం > మెగ్నీషియం.
• భూపటలంలో అత్యధిక లోహం – అల్యూమినియం.

భూపటలం కింద, కోర్ పైన ఉండే మందమైన పొరను మాంటిల్ (Mantle) అంటారు. ఇది మోహో అసాతత్యం నుండి సుమారు 2,900 కి.మీ. లోతు వరకు విస్తరించి ఉంది. భూమి ఘనపరిమాణంలో అతిపెద్ద భాగం ఇదే.

• పరిమాణం: భూమి ఘనపరిమాణంలో సుమారు 84% మాంటిల్‌దే.
• కూర్పు: సిలికేట్ శిలలు, ఎక్కువగా ఇనుము, మెగ్నీషియం అధికంగా ఉండే ఖనిజాలు (ఉదా: ఒలివిన్ – Olivine). సాంద్రత భూపటలం కంటే ఎక్కువ (సుమారు 3.4 గ్రా/సెం.మీ³ పై భాగంలో, లోతుకు వెళ్లే కొద్దీ పెరుగుతుంది).
• ఎగువ మాంటిల్ & దిగువ మాంటిల్: వీటి మధ్య సరిహద్దును రెపెట్టి అసాతత్యం (Repetti Discontinuity) అంటారు.
• ఆస్తెనోస్ఫియర్ (Asthenosphere):
  1. ఎగువ మాంటిల్‌లోని బలహీనమైన, పాక్షికంగా కరిగిన, ప్లాస్టిక్ లాంటి (మెత్తగా కదలగల) పొర.
  2. 'ఆస్తెనో' అంటే బలహీనమైన అని అర్థం. NCERT ప్రకారం ఇది సుమారు 400 కి.మీ. లోతు వరకు ఉంటుంది.
  3. అగ్నిపర్వతాల సమయంలో బయటకు వచ్చే శిలాద్రవం (Magma)కు ప్రధాన వనరు ఇదే.
  4. దీనిపైనే లిథోస్ఫియర్ పలకలు (Plates) నెమ్మదిగా కదులుతాయి.
• లిథోస్ఫియర్ (Lithosphere):
  1. భూపటలం + ఎగువ మాంటిల్‌లోని దృఢమైన పై భాగం కలిపి లిథోస్ఫియర్ అంటారు.
  2. మందం సుమారు 10 నుండి 200 కి.మీ. వరకు మారుతుంది.
  3. ఇదే అనేక పలకలుగా (Tectonic Plates) విరిగి ఉంది.
• గుటెన్‌బర్గ్ అసాతత్యం (Gutenberg Discontinuity): సుమారు 2,900 కి.మీ. లోతులో మాంటిల్‌ను కోర్ నుండి వేరు చేసే సరిహద్దు. ఇక్కడ S తరంగాలు పూర్తిగా ఆగిపోతాయి, P తరంగాల వేగం అకస్మాత్తుగా తగ్గుతుంది.
• ఉష్ణ సంవహన ప్రవాహాలు (Convection Currents): మాంటిల్‌లోని వేడి పదార్థం పైకి, చల్లని పదార్థం కిందికి నెమ్మదిగా కదులుతుంది. ఈ ప్రవాహాలే ప్లేట్ల కదలికకు కారణమని ఆర్థర్ హోమ్స్ (Arthur Holmes) ప్రతిపాదించారు.

భూమి అత్యంత లోపలి భాగాన్ని కోర్ (Core) లేదా భూ కేంద్ర మండలం అంటారు. ఇది సుమారు 2,900 కి.మీ. లోతు నుండి భూకేంద్రం (సుమారు 6,371 కి.మీ.) వరకు ఉంటుంది. భూమిలో అత్యంత బరువైన, వేడైన భాగం ఇదే.

• కూర్పు – NIFE: ప్రధానంగా నికెల్ (Ni) + ఇనుము (Fe). అందుకే దీనిని NIFE పొర అంటారు (ఎడ్వర్డ్ స్వెస్ వర్గీకరణ).
• పరిమాణం: భూమి ఘనపరిమాణంలో సుమారు 15–16%, కానీ ద్రవ్యరాశిలో సుమారు మూడో వంతు.
• బాహ్య కోర్ (Outer Core):
  1. సుమారు 2,900 కి.మీ. నుండి 5,150 కి.మీ. లోతు వరకు.
  2. ద్రవ స్థితిలో (Liquid) ఉంటుంది – S తరంగాలు దీని గుండా వెళ్లకపోవడం ఇందుకు రుజువు.
  3. ఇందులో కరిగిన ఇనుము కదలిక వల్లే భూమికి అయస్కాంత క్షేత్రం (Magnetic Field) వస్తుంది – దీనిని జియోడైనమో (Geodynamo) అంటారు.
• అంతర కోర్ (Inner Core):
  1. సుమారు 5,150 కి.మీ. నుండి భూకేంద్రం వరకు.
  2. అతి ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత ఉన్నప్పటికీ అపారమైన పీడనం వల్ల ఘన స్థితిలో (Solid) ఉంటుంది.
  3. ఉష్ణోగ్రత సుమారు 5,000°C కంటే ఎక్కువ – దాదాపు సూర్యుని ఉపరితల ఉష్ణోగ్రతకు సమానం.
• లెహ్‌మాన్ అసాతత్యం (Lehmann Discontinuity): బాహ్య కోర్, అంతర కోర్ మధ్య సరిహద్దు. 1936లో డెన్మార్క్ శాస్త్రవేత్త ఇంగే లెహ్‌మాన్ (Inge Lehmann) అంతర కోర్ ఘనంగా ఉందని ప్రతిపాదించారు.
• సాంద్రత: కోర్‌లో అత్యధికం – భూకేంద్రం వద్ద సుమారు 13 గ్రా/సెం.మీ³ వరకు ఉంటుందని అంచనా.
• భూమి మొత్తం కూర్పు:
  1. భూమి మొత్తాన్ని తీసుకుంటే ద్రవ్యరాశి ప్రకారం అత్యధిక మూలకం ఇనుము (Iron)
  2. తర్వాత ఆక్సిజన్. (భూపటలంలో మాత్రం ఆక్సిజన్ మొదటి స్థానంలో ఉంటుంది – ఈ తేడా పరీక్షల్లో ట్రిక్ ప్రశ్నగా వస్తుంది.)

భూమి లోపల పొరలను రెండు విధాలుగా వర్గీకరిస్తారు: రసాయన కూర్పు ఆధారంగా (భూపటలం, మాంటిల్, కోర్), యాంత్రిక లక్షణాల ఆధారంగా (లిథోస్ఫియర్, ఆస్తెనోస్ఫియర్, మీసోస్ఫియర్, బాహ్య కోర్, అంతర కోర్). రెండు పొరల మధ్య సరిహద్దును అసాతత్యం (Discontinuity) అంటారు – అక్కడ భూకంప తరంగాల వేగం అకస్మాత్తుగా మారుతుంది.

• పొరల క్రమం (పై నుండి కిందకు):
  1. భూపటలం (Crust): 0 నుండి సుమారు 5–70 కి.మీ.
  2. మాంటిల్ (Mantle): మోహో నుండి సుమారు 2,900 కి.మీ.
  3. బాహ్య కోర్ (Outer Core): 2,900 నుండి సుమారు 5,150 కి.మీ. (ద్రవం)
  4. అంతర కోర్ (Inner Core): 5,150 నుండి 6,371 కి.మీ. (ఘనం)
• 5 అసాతత్యాలు – ఎక్కడ, ఏవి వేరు చేస్తాయి:
  1. కాన్రాడ్ (Conrad): భూపటలంలో SIAL – SIMA మధ్య.
  2. మోహోరోవిసిక్ (Moho): భూపటలం – మాంటిల్ మధ్య.
  3. రెపెట్టి (Repetti): ఎగువ మాంటిల్ – దిగువ మాంటిల్ మధ్య.
  4. గుటెన్‌బర్గ్ (Gutenberg): మాంటిల్ – బాహ్య కోర్ మధ్య (సుమారు 2,900 కి.మీ.).
  5. లెహ్‌మాన్ (Lehmann): బాహ్య కోర్ – అంతర కోర్ మధ్య (సుమారు 5,150 కి.మీ.).
  6. గుర్తుంచుకునే క్రమం: 'C-M-R-G-L' (కాన్రాడ్, మోహో, రెపెట్టి, గుటెన్‌బర్గ్, లెహ్‌మాన్).
• స్వెస్ రసాయన వర్గీకరణ (Suess): SIAL (Si + Al) → SIMA (Si + Mg) → NIFE (Ni + Fe).
• ఘనపరిమాణం (సుమారు): భూపటలం ~1%, మాంటిల్ ~84%, కోర్ ~15%.
• లోతుతో మార్పులు: లోతుకు వెళ్లే కొద్దీ ఉష్ణోగ్రత, పీడనం, సాంద్రత మూడూ పెరుగుతాయి.
• పరీక్షల్లో తరచూ వచ్చే జతలు:
  1. అత్యంత మందమైన పొర – మాంటిల్.
  2. అత్యంత పలుచని పొర – భూపటలం.
  3. ద్రవ స్థితిలో ఉన్న పొర – బాహ్య కోర్.
  4. అత్యధిక సాంద్రత – అంతర కోర్.

భూమి లోపలికి వెళ్లే కొద్దీ వేడి పెరుగుతుంది. లోతైన గనుల్లో పనిచేసే కార్మికులకు ఈ వేడి స్పష్టంగా తెలుస్తుంది. ఈ అంతర ఉష్ణమే అగ్నిపర్వతాలు, వేడి నీటి బుగ్గలు, ప్లేట్ల కదలికలకు మూలం.

• భూతాప ప్రవణత (Geothermal Gradient): లోతుకు వెళ్లే కొద్దీ ఉష్ణోగ్రత పెరిగే రేటు. భూపటలం పై భాగంలో సగటున ప్రతి 32 మీటర్ల లోతుకు సుమారు 1°C పెరుగుతుంది (ప్రదేశాన్ని బట్టి మారుతుంది).
• లోతుకు వెళ్లే కొద్దీ ఈ పెరుగుదల రేటు తగ్గుతుంది.
• అంతర ఉష్ణానికి కారణాలు:
  1. రేడియోధార్మిక మూలకాల క్షయం (Radioactive Decay): యురేనియం, థోరియం, పొటాషియం వంటి మూలకాలు విఘటనం చెందుతూ వేడి విడుదల చేస్తాయి.
  2. భూమి ఏర్పడినప్పటి నుండి మిగిలిన వేడి (Primordial Heat).
  3. లోతులో ఉండే అధిక పీడనం.
• అంతర ఉష్ణం ప్రభావాలు:
  1. మాంటిల్‌లో ఉష్ణ సంవహన ప్రవాహాలు → ప్లేట్ల కదలిక.
  2. శిలాద్రవం (Magma) ఏర్పడటం → అగ్నిపర్వతాలు.
  3. వేడి నీటి బుగ్గలు (Hot Springs), గీజర్లు (Geysers).
• భూతాప శక్తి (Geothermal Energy): భూమి లోపలి వేడిని విద్యుత్ ఉత్పత్తికి, వేడి చేయడానికి వాడటం. ఇది పునరుత్పాదక శక్తి (Renewable Energy).
• ప్రపంచంలో ఐస్‌లాండ్ వంటి దేశాలు దీనిని విస్తృతంగా వాడుతున్నాయి.
• భారతదేశంలో భూతాప ప్రదేశాలు (ఉదాహరణలు):
  1. పుగా లోయ (Puga Valley) – లద్దాఖ్.
  2. మణికరణ్ (Manikaran) – హిమాచల్ ప్రదేశ్ (పార్వతి లోయ, వేడి నీటి బుగ్గలు).
  3. తత్తపాని (Tattapani) – ఛత్తీస్‌గఢ్.
  4. భారతదేశంలో భూతాప విద్యుత్ ఇంకా ప్రయోగ/ప్రాథమిక దశలోనే ఉంది – పెద్ద వాణిజ్య ప్లాంట్లు లేవు (as of 2024).
• తెలుగు రాష్ట్రాల సంబంధం: గోదావరి లోయ ప్రాంతంలో (తెలంగాణ, ఆంధ్రప్రదేశ్) వేడి నీటి బుగ్గలు ఉన్నాయని, భూతాప శక్తికి అవకాశం ఉన్న ప్రాంతాల్లో ఒకటిగా గుర్తించారు.