บทที่ 2 โลกและการเปลี่ยนแปลง

การเปลี่ยนแปลงทางธรณีภาค

       อัลเฟรด เวเกเนอร์ (Alfred Wegener) ได้เสนอทฤษฎีการเคลื่อนไหลของทวีป (continental drift theory) ไว้ว่า ผิวโลกส่วนที่เป็นพื้นดินยื่นขึ้นมาจากผิวน้ำเป็นทวีปใหญ่เพียงทวีปเดียวเรียกว่า พันเจีย (pangaea) ต่อมาพันเจียเริ่มแยกออกเป็น 2 ทวีป คือ ทวีปลอเรเซีย และทวีปกอนด์วานาแลนด์ เมื่อเวลาผ่านไป ทวีปทั้งสองแยกออกไปอีก จนกระทั่งเกิดเป็นทวีปที่ปรากฏในปัจจุบัน การเคลื่อนที่ของทวีปดังกล่าวเรียกว่า ทวีปเลื่อน (continental drift)

       ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาจนพบว่าโลกเคลื่อนไหวอยู่ตลอดเวลา และพบหลักฐานเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของทวีปและการขยายตัวของพื้นแผ่นมหาสมุทร ทฤษฎีที่อธิบายปรากฏการณ์แผ่นธรณีภาคของโลกเคลื่อนที่ที่เชื่อถือได้ในปัจจุบัน คือ ทฤษฎีธรณีแปรสัณฐาน (plate tectonics theory)

ทฤษฎีธรณีแปรสัณฐาน

       ทฤษฎีธรณีแปรสัณฐานใช้อธิบายกระบวนการภายในโลก ลักษณะต่าง ๆ ของเปลือกโลก การเคลื่อนที่ของแผ่นธรณีภาค และยังเชื่อมโยงปรากฏการณ์ทางธรณีวิทยา

ธรณีภาคประกอบด้วยส่วนที่เป็นเปลือกโลกและส่วนบนสุดของชั้นเนื้อโลก เป็นชั้นวัสดุแข็งและเย็นตัวจึงแตกออกเป็นแผ่น เรียกว่า แผ่นเปลือกโลกหรือแผ่นธรณีภาค (plate) แผ่นธรณีภาคมีขอบเขตจากบริเวณพื้นผิวของโลกลึกลงไปในโลกประมาณ 100 กิโลเมตร โดยจะวางตัวและเคลื่อนที่อยู่บนชั้นฐานธรณีภาคด้วยความเร็วและทิศทางที่แตกต่างกัน แผ่นธรณีภาคอาจจะเคลื่อนที่ออกจากกัน เคลื่อนที่เข้าหากัน หรือเคลื่อนที่ผ่านกันด้านข้าง ซึ่งทำให้เกิดปรากฏการณ์แผ่นดินไหว หรือภูเขาไฟปะทุขึ้นที่บริเวณรอยต่อของแผ่นธรณีภาคอยู่เสมอ

การเคลื่อนที่ของแผ่นธรณีภาค

       นักวิทยาศาสตร์ได้ตั้งสมมุติฐานถึงสาเหตุที่ทำให้แผ่นธรณีภาคเคลื่อนที่ว่า น่าจะมีกระแสการพาความร้อน (convection currents) ขนาดมหึมาภายในโลกที่เป็นตัวกระทำให้แผ่นธรณีภาคเคลื่อนที่ นอกจากนี้ยังอธิบายได้ว่า เป็นการเคลื่อนที่ของของเหลวหรือแก๊ส เพราะมีความหนาแน่นแตกต่างกัน เนื่องจากความร้อนทำให้เกิดการถ่ายเทและผสมกันภายในกลุ่มของเหลวหรือแก๊สนั้น ๆ

หลักฐานและข้อมูลทางธรณีภาค

1. รอยต่อของแผ่นธรณีภาค

       ธรณีภาคของโลกเกิดจากแผ่นเปลือกโลกหรือแผ่นธรณีภาคหลายแผ่นมาเชื่อมต่อกัน ธรณีภาคแบ่งเป็น 7 แผ่น ได้แก่ แผ่นธรณีภาคแปซิฟิก แผ่นธรณีภาคอเมริกาเหนือ แผ่นธรณีภาคอเมริกาใต้ แผ่นธรณีภาคยูเรเซีย แผ่นธรณีภาคแอฟริกา แผ่นธรณีภาคอินเดีย–ออสเตรเลีย และแผ่นธรณีภาคแอนตาร์กติก

       เมื่อพิจารณาแผ่นทวีปจะพบว่า มีบางส่วนของขอบทวีปที่ต่อกันได้สนิท ซึ่งเป็นการสนับสนุนแนวคิดที่ว่าทวีปทั้งสองอาจอยู่ติดกันมาก่อน แล้วจึงแยกออกจากกันภายหลัง โดยมีมหาสมุทรแอตแลนติกกั้นเหมือนในปัจจุบัน

2. รอยแยกของแผ่นธรณีภาค และอายุหินบนเทือกเขากลางมหาสมุทร

       สิ่งต่าง ๆ ที่ประกอบกันเป็นเปลือกโลกนั้นไม่ได้อยู่รวมติดกันเป็นแผ่นเดียวโดยตลอด แต่มีรอยแยกที่อยู่ลึกลงไปจากผิวโลกอยู่ทั่วไป รอยแตกบางแห่งจะปรากฏแนวให้เห็นชัด เช่น บริเวณรอยเลื่อนซานแอนเดรียส (san andreas) ในประเทศสหรัฐอเมริกา ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของรอยต่อระหว่างแผ่นอเมริกาเหนือกับแผ่นแปซิฟิก และบริเวณร่องลึกใต้มหาสมุทรแอตแลนติก ซึ่งเป็นรอยต่อระหว่างแผ่นอเมริกากับแผ่นยูเรเซียและแผ่นแอฟริกา

       จากการศึกษาและรวบรวมข้อมูลของพื้นแผ่นมหาสมุทรของนักธรณีวิทยา พบว่าหินบะซอลต์จะมีอายุน้อยที่สุดบริเวณรอยแยกของเทือกเขากลางมหาสมุทร (mid-oceanic ridge) ส่วนบริเวณรอบ ๆ เทือกเขาจะพบหินที่มีอายุเพิ่มมากขึ้นตามลำดับ นอกจากนี้ยังพบพื้นแผ่นมหาสมุทรมีการทับถมสะสมกันมามีอายุไม่เกิน 200 ล้านปี แต่หินบนพื้นทวีปมีอายุมากกว่า 3,000 ล้านปี ซึ่งที่เป็นเช่นนี้เนื่องจากรอยแยกมีหินหนืดที่มีส่วนผสมของหินบะซอลต์ในชั้นเนื้อโลกปะทุขึ้นมาขึ้นมาเป็นระยะ ๆ เมื่อเย็นตัวลงพื้นแผ่นมหาสมุทรใหม่ จะดันพื้นแผ่นมหาสมุทรเก่าไปด้านข้าง กระบวนการนี้เรียกว่า กายขยายตัวของพื้นแผ่นมหาสมุทร (ocean-floor spreading) และนอกจากนี้หินหนืดที่ดันขึ้นมาตามรอยแยกระหว่างแผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรดังกล่าว ยังทำให้แผ่นดินของทวีปอเมริกากับทวีปยุโรปและทวีปแอฟริกาแยกห่างออกจากกันมากขึ้น

3. การค้นพบซากดึกดำบรรพ์

       ซากดึกดำบรรพ์ (fossil) เวเกเนอร์ได้ศึกษาซากดึกดำบรรพ์ชนิดหนึ่งที่มีลักษณะเฉพาะต่าง ๆ เหมือนกัน แต่พบที่ทวีปแอฟริกา อเมริกาใต้ ออสเตรเลีย อินเดีย และแอนตาร์กติกา และยังศึกษาซากดึกดำบรรพ์ของเฟิร์นจำพวก กลอสซอพเทอริส (glossopteris) ที่ติดอยู่ที่หิน มีอายุประมาณ 250 ล้านปี และจากข้อสังเกตเกี่ยวกับสถานที่ที่พบฟอสซิลนี้ เป็นสิ่งบ่งชี้ว่าทวีปต่าง ๆ น่าจะอยู่ติดกันนั่นเอง ซากของกลอสซอพเทอริสที่แข็งตัวอยู่บริเวณเทือกเขาน้ำแข็งของทวีปแอนตาร์กติกา ทำให้รู้ว่าภูมิอากาศของทวีปแตกต่างจากภูมิอากาศในปัจจุบัน จึงสังเกตได้ว่าทวีปแอนตาร์กติกาและทวีปอื่น ๆ น่าจะมีการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของตน

4. หลักฐานอื่น ๆ

    – หลักฐานจากหินที่เกิดจากตะกอนของธารน้ำแข็ง ปัจจุบันพบหินชนิดนี้ในบริเวณชายทะเลทางตอนใต้ของแอฟริกาและอินเดีย ทั้งที่ควรจะเกิดขึ้นบริเวณขั้วโลก จึงสันนิษฐานว่าทวีปมีการเคลื่อนที่หลังจากการสะสมตะกอนของธารน้ำแข็งแล้ว

    – หลักฐานจากสนามแม่เหล็กโลก โดยการศึกษาสมบัติของแม่เหล็กในหินดึกดำบรรพ์ หรือที่เรียกว่า ภาวะแม่เหล็กบรรพกาล (paleomagnetism) ซึ่งเป็นภาวะของความเป็นแม่เหล็กอย่างอ่อนของหินที่มีสมบัติของการเป็นแม่เหล็กปนอยู่ โดยอนุภาคมีการเรียงตัวชี้ไปทางขั้วแม่เหล็กโลก นักวิทยาศาสตร์ได้กำหนดตำแหน่งขั้วโลกของหินในทวีปยุโรปไว้ในแต่ละยุค ซึ่งข้อมูลเหล่านี้ทำให้ทราบว่าตำแหน่งของขั้วของแม่เหล็กโลกนั้นเคลื่อนย้ายตลอดเวลา แนวคิดนี้เรียกว่า การหันเหขั้วโลก (polar wandering)

ลักษณะการเคลื่อนที่ของแผ่นธรณีภาค

1. ขอบแผ่นธรณีภาคแยกออกจากกัน

    การดันตัวขึ้นมาของหินหนืดหรือแมกมาจากชั้นฐานธรณีภาค ทำให้เกิดการแยกออกจากกันของขอบแผ่นธรณีภาค โดยเกิดรอยแตกบนชั้นหินแข็ง หินหนืดที่ดันตัวขึ้นมาจะถ่ายโอนพลังงานความร้อนสู่เปลือกโลก ต่อมาเมื่ออุณหภูมิและความดันของหินหนืดลดลงจะทำให้เปลือกโลกส่วนบนทรุดกลายเป็นหุบเขาทรุด (rift valley) ดังรูปที่ 1.6 หลังจากนั้น บริเวณนี้จะมีน้ำไหลมาสะสมกันมากจนเกิดเป็นทะเล

2. ขอบแผ่นธรณีภาคเคลื่อนที่เข้าหากัน

        1) แผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทร 2 แผ่นเคลื่อนที่ชนกัน แผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรที่มีอายุมากกว่าจะจมตัวลงใต้แผ่นธรณีภาคที่มีอายุน้อยกว่า โดยจะจมลงไปในบริเวณที่มีหินหนืดหลอมละลายอยู่ เรียกบริเวณนี้ว่า เขตมุดตัวของเปลือกโลก (subduction zone) หินหลอมละลายจะถูกยกตัวและปะทุขึ้นไปยังผิวโลก เกิดการปะทุของภูเขาไฟบนพื้นแผ่นมหาสมุทรตลอดแนวร่องลึกก้นสมุทร ต่อมาเทือกเขาของภูเขาไฟใต้ทะเลอาจจะยกตัวสูงขึ้นมาเหนือพื้นแผ่นมหาสมุทรกลายเป็นแนวเกาะที่มักจะเกิดในแนวโค้ง เรียกว่า หมู่เกาะรูปโค้ง (island arc) เช่น ประเทศญี่ปุ่น อินโดนีเซีย และหมู่เกาะอะลูเชียน (Aleutian islands)

       2) แผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรเคลื่อนที่ชนกับแผ่นธรณีภาคทวีป แผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรจะมุดตัวลงใต้แผ่นธรณีภาคทวีปบริเวณร่องลึกก้นสมุทร และดันให้แผ่นธรณีภาคส่วนที่เป็นทวีปโค้งตัวขึ้น รวมทั้งทำให้ภูเขาไฟเกิดการปะทุขึ้นได้ ทำให้เกิดการก่อรูปเป็นเทือกเขา เช่น เทือกเขาแอนดีสของทวีปอเมริกาใต้ (The Andes of South America)

       3) แผ่นธรณีภาคทวีป 2 แผ่นเคลื่อนที่ชนกัน ขอบทวีปจะโค้งตัวขึ้นก่อรูปเป็นเทือกเขา เช่น เทือกเขาหิมาลัยในทวีปเอเชีย และเทือกเขา -  แอลป์ในทวีปยุโรป

3. ขอบแผ่นธรณีภาคเคลื่อนที่ผ่านกัน

    หินหนืดในชั้นเนื้อโลกมีอัตราการเคลื่อนที่ไม่เท่ากัน จึงทำให้แผ่นธรณีภาคมีอัตราการเคลื่อนที่ไม่เท่ากัน ส่งผลให้แผ่นธรณีภาคที่รองรับอยู่ใต้มหาสมุทร และบางส่วนของเทือกเขากลางมหาสมุทรเลื่อนผ่านและเฉือนกัน เกิดเป็นระนาบรอยเลื่อน (fault plane) ถ้าภูมิประเทศเป็นชั้นหินเราสามารถมองเห็นชั้นหินแยกออกจากกันอย่างชัดเจน เป็นแนวยาวไปตามพื้นราบที่รอยเลื่อนแยกตัวออกจากกัน เช่น รอยเลื่อนซานแอนเดรียส ประเทศสหรัฐอเมริกา รอยเลื่อนอัลไพน์ ประเทศนิวซีแลนด์ รอยเลื่อนลักษณะนี้มักจะเกิดแผ่นดินไหวรุนแรงในระดับตื้น ๆ ระหว่างขอบของแผ่นธรณีภาคที่เกยกันอยู่

ผลจากการเคลื่อนที่ของแผ่นธรณีภาค

1. รอยคดโค้ง

    รอยคดโค้ง (fold) เกิดขึ้นในชั้นหินหรือเปลือกโลกที่มีความอ่อน เนื่องจากมีแรงมากระทำ และแรงดันที่เกิดขึ้นภายในเปลือกโลกทำให้เกิดการบีบอัดกันของชั้นหินและเปลือกโลก จนส่งผลให้เปลือกโลกโค้งงอ เกิดเป็นภูเขาและภูมิประเทศในลักษณะต่าง ๆ รอยคดโค้งที่เกิดขึ้นแบ่งเป็น 2 ลักษณะ ได้แก่

        1) ชั้นหินโค้งรูปประทุนคว่ำ (anticline) เป็นการคดโค้งของหินที่มีลักษณะโค้งเหมือนรูปประทุนเรือ ชั้นหินที่อยู่บริเวณใจกลางของชั้นหินโค้งรูปประทุนคว่ำจะมีอายุมากที่สุด

        2) ชั้นหินโค้งรูปประทุนหงาย (syncline) เป็นการคดโค้งของหินที่มีลักษณะโค้งตัวเหมือนนำประทุนเรือหรือระฆังมาวางหงาย ชั้นหินที่อยู่บริเวณใจกลางของชั้นหินโค้งรูปประทุนหงายจะมีอายุน้อยที่สุด

2. รอยเลื่อน

    บริเวณเปลือกโลกที่เป็นหินเก่า มีความอ่อนตัว เปราะและแตกง่าย มักเกิดรอยเลื่อน (fault) ขึ้นเนื่องจากเปลือกโลกเกิดความเค้น (stress) และความเครียด (strain) จนทำให้เกิดการเคลื่อนไหวของเปลือกโลก ทำให้เกิดการดึงและการแยกออกจากกัน การเกิดรอยเลื่อนโดยทั่วไปมี 2 ทิศทาง ได้แก่

        1) การเกิดรอยเลื่อนในแนวดิ่ง คือลักษณะการเกิดรอยเลื่อนในทิศทางแนวตั้ง มี 2 แบบ คือ

        – รอยเลื่อนปกติ (normal fault) เป็นรอยเลื่อนที่เกิดขึ้นในแนวดิ่ง เกิดขึ้นจากแรงดึงออกจากกันของหินสองฟาก รอยเลื่อนแบบนี้จะทำให้เกิดหน้าผารอยเลื่อน (fault scarp) ที่มีความสูงชัน

        – รอยเลื่อนย้อน (reverse fault) เป็นรอยเลื่อนที่เกิดขึ้นในแนวดิ่ง แต่เกิดจากแรงดันเข้าหากันของหินสองฟากทำให้เกิดหน้าผาซึ่งมักเกิดการถล่มได้ง่าย

    ลักษณะภูมิประเทศที่เกิดจากรอยเลื่อนปกติมี 2 แบบ ได้แก่ หุบเขาทรุดหรือกราเบน (graben) ซึ่งมีลักษณะเป็นแอ่งราบที่เกิดจากการทรุดตัวตามแนวรอยเลื่อน และพื้นที่ยกตัวขึ้นตามแนวรอยเลื่อน ซึ่งมีลักษณะเป็นภูเขาสูงที่ขนาบด้วยหน้าผารอยเลื่อนที่เรียกว่า ฮอสต์ (horst) หรือภูเขาบล็อก

        2) การเกิดรอยเลื่อนในแนวราบ เรียกอีกอย่างว่า รอยเลื่อนแนวระดับ (strike fault) เกิดจากการเคลื่อนตัวไปทางด้านข้างขนานกับแนวระดับของชั้นหินที่เลื่อนไป

3. ภูเขา (mountain)

    ของแข็งมีสมบัติของความยืดหยุ่นอยู่ระดับหนึ่งที่จะทำให้รูปร่างคงอยู่ได้ แต่ถ้าถูกแรงที่มีปริมาณมากพอกระทำต่อของแข็งนั้นก็อาจทำให้ของแข็งเปลี่ยนรูปได้ เช่น ชั้นหินถูกแรงอัดจากแรงต่าง ๆ ภายใต้เปลือกโลกที่มีความรุนแรงมากจนคดโค้งกลายเป็นภูเขา

    แรงอัด (compression) เป็นแรงที่อยู่ในทิศทางตรงกันข้ามและโน้มอัดให้วัตถุพับงอได้ ดังรูป 1.16

    ภูเขา (Mountain) หมายถึง ส่วนของผิวโลกที่ยกตัวขึ้นไปในอากาศ อยู่ในระดับสูงกว่าบริเวณรอบ ๆ และมีความลาดเอียงที่สูงชัน กระบวนการเกิดภูเขาเกิดขึ้นได้หลายกระบวนการดังนี้

       1. การเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก ภูเขาบางแห่งเกิดจากการเคลื่อนที่ชนกันของแผ่นเปลือกโลก เช่น เทือกเขาหิมาลัย ส่วนบางแห่งเกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่แยกห่างจากกันของแผ่นเปลือกโลก เช่น แนวสันเขากลางมหาสมุทรแอตแลนติก

       2. การยกตัวขึ้นของพื้นทวีปซึ่งได้รับแรงดันจากหินหนืด มีหลายขั้นตอน แต่ละขั้นตอนใช้เวลานานนับล้านปี เช่น การเกิดเทือกเขาทางภาคเหนือและภาคใต้ของประเทศไทย

       3. การดันของหินหนืดใต้ผิวโลกแล้วเย็นตัวลงก่อนที่จะไหลออกมาสู่ผิวโลก ภูเขาที่เกิดขึ้นจะมียอดเขามนกลม เชิงเขาแผ่กว้าง เช่น ภูเขาหินแกรนิตทางทิศตะวันตกในภาคกลางของประเทศไทย

       4. เปลือกโลกถูกแรงบีบอัดจนโค้งงอเป็นภูเขา เช่น การเกิดเทือกเขาภูพานในภาคตะวันออกเฉียงเหนือของประเทศไทย

       5. ความทนทานต่อการกร่อนไม่เท่ากันของเปลือกโลก โดยเปลือกโลกส่วนที่ไม่แข็งจะถูกกัดกร่อนทำลายไป ส่วนที่แข็งยังคงสภาพอยู่ เช่น การเกิดภูกระดึง จังหวัดเลย

<<< บทที่ 1  โลกและโครงสร้าง                                              บทที่ 3 ปรากฏการณ์ทางธรวิทยา>>>