โลกและดาราศาสตร์: เรื่อง การลำดับชั้นหิน โดย น.ส.ธัญวรรณ พิศุทธ์สุนทรกุล ชั้นม.5/8 เลขที่ 25

การลำดับชั้นหิน

ลำดับชั้นหิน คือ การเรียงตัวทับถมกันของตะกอนที่ตกทับถม ณ ที่แห่งหนึ่งในช่วงเวลาที่แตกต่างกัน ซึ่งมักพบว่าชนิดของตะกอนจะแตกต่างกันไปตามกาลเวลา ขึ้นกับสภาพแวดล้อมในอดีตช่วงนั้น เช่น ยุคแคมเบรียนจะสะสมตัวหินทราย หินทรายแป้งและค่อยๆ เปลี่ยนเป็นหินดินดาน หินปูนในยุคออร์โดวิเชียน เป็นต้น
อายุของหิน ก็คือช่วงเวลาที่ตะกอนหรือลาวาตกสะสมตัวหรือกำลังแข็งตัวหรือจับตัวเช่น ดินสะสมตัวในทะเลสาบเมื่อประมาณ 260 ล้านปี เมื่อจับตัวเป็นหินและคงอยู่ถึงปัจจุบัน เราก็บอกว่าหินนี้มีอายุ 260 ล้านปีที่ผ่านมา สำหรับวิธีศึกษาหาอายุก็ใช้ทั้งค่าอัตราส่วนการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีหรือซากดึกดำบรรพ์ในช่วงนั้นที่เผอิญตายพร้อมๆ กับการตกของตะกอน

วัฏจักรของหิน

วัฏจักรของหิน หมายถึงกระบวนการเปลี่ยนแปลงและกระบวนการหมุนเวียนของหินอัคนีหินตะกอนและหินแปร สามารถเปลี่ยนจากหินชนิดหนึ่งไปเป็นหินอีกชนิดหนึ่งได้โดยความร้อนแรงกดดัน การพุพุ่ง การพัดพา และการทับถม การเกิดหินในปัจจุบัน มีหินใหม่เกิดขึ้นตลอดเวลา ทั้งบริเวณผิวโลกหรือลึกลงไปใต้เปลือกโลก เช่น บริเวณปากแม่น้ำไนล์ ในอียิปต์ที่ไหลไปบรรจบทะเลเมดิเตอร์เรเนียน ตะกอนทีพับมาทับถม เมื่อเวลาผ่านไปชั้นตะกอนเหล่านี้กลายเป็นชั้นหิน ทีเหลือร่องรอยบอกถึงสภาวะแวดล้อมในช่วงศตวรรษที่20 หรือซากฟอสซิลปะการังที่พบแถบจังหวัดสระบุรี มีองค์ประกอบของหินปูน มีสิ่งมีชีวิต ซึ่งในอดีตอาศัยอยู่ในทะเลมาก่อน

- การวัดอายุกัมมันตรังสี นักวิทยาศาสตร์ค้นพบวิธีหาอายุหินจากการตรวจวัดธาตุกัมมันตรังสี โดยอะตอมของธาตุกัมมันตรังสีบางชนิดที่อยู่ในหิน จะสลายตัวตลอดเวลา ด้วยการวัดปริมาณของอะตอมดังกล่าว ที่คงเหลืออยู่ในหินสามารถนำมาคำนวณอายุของหินได้

- การตรวจหาอายุซากดึกดำบรรพ์ เช่น สัตว์จำพวกไดโนเสาร์ที่สูญพันธุ์ไปแล้ว เคยมีชีวิตอยู่เมื่อประมาณ 245-65 ล้านปีก่อน ดังนั้นชั้นหินที่พบกระดูกไดโนเสาร์ที่เหลืออยู่จะต้องเกิดขึ้นในช่วงระยะเวลาดังกล่าว ผู้ที่ศึกษาร่องรอยของซากดึกดำบรรพ์เป็นคนแรกคือ วิลเลียม สมิธ (ค.ศ.1769-1839)วิศวกรชาวอังกฤษ เป็น "บิดาแห่งธรณีวิทยายุคปัจจุบัน" เชื่อว่าซากฟอสซิลบอกอายุของหินชั้นชนิดต่างๆได้

หิน แบ่งออกเป็น 3 ประเภท คือ

1. หินอัคนี

2. หินชั้นหรือหินตะกอน

3. หินแปร

หินอัคนี เกิดจากการแข็งตัวของหินหนืดที่หลอมละลายอยู่ใต้เปลือกโลกและลาวาแบ่งออกเป็น 2 พวก คือ

1. เกิดจากการที่หินหนืด (ลาวา) เย็นตัวและตกผลึกอย่างรวดเร็ว กลายเป็นหินที่มีผลึกแร่ขนาดเล็กละเอียดเรียกว่า หินอัคนีพุหรือหินอัคนีภูเขาไฟ (Vocalnic or Extrusive Rocks) เย็นตัวบนเปลือกโลกหรือผิวโลก เช่นหินไรโอไลต์ (Rhyolite) หินบะซอลต์ (Basalt) เป็นต้น

2. เกิดจากการที่หินหนืด (Magma) เย็นตัวและตกผลึกอย่างช้า ๆ กลายเป็นหินอัคนีที่มีผลึกแร่ขนาดใหญ่ เย็นตัวภายในเปลือกโลก เรียกว่าหินอัคนีแทรกซอนหรือหินอัคนีบาดาล ( Plutonic or Intrusive Rocks) เช่น หินแกบโบ (Gabbro) หินแกรนิต (Granite) เป็นต้น

หินไรโอไลต์ (Rhyorite)

หินบะซอลต์ (Basalt)

หินแกรนิต (Granite)

หินแกบโบ (Gabbo )

หินตะกอน เกิดจากการสะสมตัวของตะกอนที่ถูกพัดพามาด้วย น้ำ และลม และเกิดการแข็งตัว หินตะกอนมีอยู่ปริมาณ 5% ของเปลือกโลก คิดเป็นความหนาแน่นประมาณ 10 กิโลเมตร ดังนั้นหินตะกอนจึงมีสภาพเป็นส่วนที่ปกคลุมอยู่บนผิวโลกในลักษณะชั้นบาง ๆ เท่านั้น และจับตัวแข็งกลายเป็นหินตะกอน ได้แก่ หินปูน และหินดินดาน แบ่งกลุ่มของหินตะกอนได้ 3 ชนิดใหญ่ๆได้ คือ

1. หินตะกอนชนิดแตกหลุด หรือ Clastic (sedimentary ) Rocks หมายถึง หินตะกอนที่ประกอบด้วยมวลอนุภาคที่แตกหลุดและพัดพามาจากที่อื่นบางที่เรียกว่า Terrigenous (sedimentary) Rocks หรือ Detrital rocks เช่นหินทราย

หินทราย (Sandstone)

2. หินตะกอนชนิดตกผลึก หรือ Chemical (sedimentary) Rocks หมายถึง หินตะกอนที่เกิดจากกรตกผลึกจากสารละลายทางเคมี ณ อุณหภูมิต่ำ บางทีเรียกว่า Precitated (sedimentary) Rocks หรือ Nonclastic rocks

เช่น หินปูน

หินปูน (Limestone)

ถ่านหิน (Coal)

นักธรณีวิทยาให้ความสำคัญกับหินชั้นหรือหินตะกอนอย่างยิ่งเพราะเป็นหินที่บ่งบอกถึงประวัติความเป็นมาของโลกในอดีตได้เป็นอย่างดี อย่างไรก็ตามลักษณะในการเกิดหินตะกอนนั้นอาจแบ่งได้เป็น 4 ขบวนการย่อย คือ
                  1. ขบวนการผุพังสลายตัว (Weathering Processes) ทำให้หินดั้งเดิมเกิดการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ เช่น การแตก หัก ยุ่ย สลาย ผุพัง
                   2. ขบวนการกัดกร่อนและพัดพา (Erosional & Transportational Processes) เป็นการเคลื่อนย้ายอนุภาคที่ได้จากขบวนการผุพัง โดยมีตัวการ เช่น ลม น้ำ ธารน้ำแข็ง แรงโน้มถ่วง หรือจากสิ่งมีชีวิต การเคลื่อนย้ายมี 3 รูปแบบ คือ แบบสารละลาย แบบแขวนลอย และแบบของแข็ง
                   3. ขบวนการสะสมตัว ( Depositional Processes ) ขบวนการนี้มวลอนุภาคทั้งที่เป็นของแข็งและสารละลายที่ถูกพัดพามาจะถูนำมาสะสมตัวหรือตกตะกอนทับถมกันเรื่อย ๆ
                   4. ขบวนการอัดเกาะแน่น( Diagenesis ) หลังจากที่เกิดการตกตะกอนไม่ว่าจะโดยทางเคมีหรือทางกายภาพ แต่ตะกอนเหล่านี้ก็อัดตัวกันแน่นหรือเชื่อมประสานตัวกัน กลายเป็นมวลสารที่เกาะตัวแน่นจนกลายเป็นหินตะกอน
                   วัตถุประสานในหินตะกอนได้แก่ ซิลิกา เหล็กออกไซด์ อะลูมิเนียมออกไซด์และแคลเซียมคาร์บอเนต

  หินแปร เป็นหินที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงทั้งทางกายภาพ ( อุณหภูมิ ความดัน) และทางเคมี กล่าวคือ เมื่อหินดั้งเดิมถูกแปรสภาพโดยอิทธิพลความร้อนและความดันหรืออย่างใดอย่างหนึ่งทั้งสองอย่าง ขบวนดารแปรสภาพนี้จะเกิดขึ้นอย่างช้า ๆ การแปรสภาพสัมผัส คือหินที่เปลี่ยนสภาพโดยความร้อน เช่นหินอัคนีแทรกซอนในเปลือกโลก หรือโดยสัมผัสกับลาวา
                         การแปรสภาพบริเวณไพศาล คือหินที่เปลี่ยนสภาพโดยความดันหรือแรงดันสูง มักเกิดบริเวณส่วนกลางของเทือกเขาที่เกิดโดยการโค้งงอซึ่งถูกแรงอัด สูง     หินแปรอาจเกิดจากหินอัคนี หินตะกอน หรือแม้แต่หินแปรเอง ขบวนการแปรสภาพหินแบบนี้ด้วยกัน 3 แบบคือ
                        1. การตกผลึกใหม่ (Recrystallization) หมายถึงขบวนการซึ่งแร่ในหินเดิมเปลี่ยนแปลงเป็นผลึกแร่เดิมที่มี ขนาดใหญ่ขึ้นด้วย ขบวนการนี้ทำให้หินปูนชนิดเนื้อเนียน ผลึกเล็กมากเกิดจาการตกผลึกใหม่เป็นผลึก Calcite ที่สานเกี่ยวกัน เห็นชัดขึ้นแปรเป็นหินอ่อน (Marble)
                        2. การรวมตัวทางเคมี (Chemical Recombination ) หมายถึงขบวนการที่ส่วนประกอบทางเคมีของแร่ ตั้งแต่สองชนิดในหินข้างเคียงเกิดการ รวมตัวจนเกิดเป็นแร่ใหม่ โดยไม่มีสารใหม่จากที่อื่นเข้ามาเกี่ยวข้องเช่นแร่ Quartz และ Calcite ในหินข้างเคียงนั้น ณ ที่อุณหภูมิและความดันที่สูง ๆ เปลี่ยนแปลงไปเป็นแร่ Wollastonite
                        3. การเข้าแทนที่ทางเคมี (Chemical Replacement) หมายถึง ขบวนการที่สารใหม่จากหินหนืดหลอมละลายเข้าไปแทนที่รวมกับแร่เดิมในหินข้างเคียงทำให้เกิดเป็นแร่ใหม่ขึ้น ในกรณีเช่นนี้สารหใม่โดยเฉพาะไอสาร ซึ่งอาจเป็นสาร จำพวกโลหะจากหินหนืดเข้าทำปฏิกริยากับหินข้างเคียงหรือเข้าแทนที่สารใน หินข้างเคียง ทำให้เกิดเป็นแร่ที่มีคุณค่าทาง เศรษฐกิจได้ เช่นแร่เหล็ก แร่ฟลูออไรด์

หินไนส์ (Gniess)
หินไนส์ถูกหลอมในสภาวะที่มีความร้อนและความดันสูง จนทำให้แร่ต่าง ๆ ในหินเดิม (หินแกรนิต) เปลี่ยนไปเป็นแร่ชนิดใหม่ เนื้อหินหยาบแร่เรียงตัวเป็นแถบ เกิดริ้วขนาน

หินแกรนิต หินไนส์

หินควอตซ์ไซต์ (Quartzite)

 เป็นหินแปรที่ไม่รอยขนานแปรสภาพมาจาก หินทราย วัตถุประสานและเม็ดทรายจะเชื่อมประสานกันสนิท ทำให้แข็งแกร่งมาก เมื่อแตกจะมีรอยแตกเว้าโค้งแบบก้นหอยซึ่งต่างจากหินทราย

หินควอตไซด์ หินทราย

หินอ่อน (Marble)
เป็นหินแปรที่แปรมาจากหินปูนเนื่องจากอิทธิพลของความร้อนและความดัน แต่ไม่รอยขนานมีทั้งเนื้อละเอียดและเนื้อ หยาบ เนื้อหินแวววาว หินอ่อนสีขาวนำมาใช้ทำหินแกะสลักและหินก่อสร้าง หินอ่อนที่มีมลทิน แร่ในหินปูนทำให้หินอ่อนมีสีแดง สีชมพูและสีเขียว