![](http://www.mitrearth.org/wp-content/uploads/2019/07/17-1-0-750x375.jpg)
แรงเค้นและการเปลี่ยนรูปหิน
หิน – ในธรรมชาติ เมื่อมี แรงเค้น (stress) เข้ามากระทำวัสดุใดๆ จะทำให้วัสดุนั้นเกิด ความเครียด (strain) และมีโอกาส เปลี่ยนรูป (deform) ไปจากเดิม ซึ่งแรงเค้นดังกล่าวแบ่งย่อยเป็น 3 รูปแบบ คือ 1) แรงเค้นบีบอัด (compressional stress) ทำให้วัสดุเกิดความเครียดและเปลี่ยนรูปหดสั้นลง (shortening strain) 2) แรงเค้นดึง (tension stress) ทำให้วัสดุยืดยาวขึ้น (extensional strain) และ 3) แรงเค้นเฉือน (shear stress) ทำให้วัสดุเปลี่ยนรูปในแนวเฉือน (shear strain)
![](http://www.mitrearth.org/wp-content/uploads/2021/02/17-1-2-1024x599.jpg)
ซึ่งหากพิจารณาระดับของ การเปลี่ยนรูป (deformation) เมื่อถูกแรงเค้นเข้ามากระทำ ในช่วงแรกวัสดุจะมีการเปลี่ยนรูป แต่เมื่อไม่มีแรงกระทำอย่างต่อเนื่อง วัสดุจะคืนตัวกลับตามรูปทรงเดิม เรียกว่า การเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่น (elastic deformation) เช่น เมื่อออกแรงงอไม้บรรทัด ไม้บรรทัดจะงอตามแรงที่กระทำ แต่เมื่อหยุดออกแรง ไม้บรรทัดจะกลับมาตรงเหมือนเดิม
![](http://www.mitrearth.org/wp-content/uploads/2021/02/17-1-1-1024x389.jpg)
ต่อมาเมื่อแรงเค้นเพิ่มสูงขึ้นจนกระทั่งแรงเค้นเกินระดับ จุดคราก (yield point) วัสดุจะเปลี่ยนรูปไปอย่างถาวร โดยไม่คืนกลับตามรูปทรงเดิมของวัสดุ ถึงแม้ว่าจะไม่มีแรงเข้ามากระทำอีกก็ตาม เรียกว่า การเปลี่ยนรูปแบบพลาสติก (plastic deformation) ซึ่งการเปลี่ยนรูปของวัสดุแบบพลาสติกหรืออย่างถาวรนี้แบ่งย่อยเป็น 2 รูปแบบ คือ
- การเปลี่ยนรูปแบบอ่อนเหนียว (ductile deformation) หมายถึง วัสดุนั้นจะเปลี่ยนรูปหรือคดโค้งโดยไม่มีการปริแตก
- การเปลี่ยนรูปแบบแข็งเปราะ (brittle deformation) หมายถึง วัสดุนั้นแตกย่อยออกเป็นชิ้น
จุดคราก (yield point) หมายถึง แรงเค้นสูงที่สุดที่ทำให้วัสดุยังคงสภาพการเปลี่ยนรูปแบบพลาสติก
![](http://www.mitrearth.org/wp-content/uploads/2021/02/17-1-2-1024x599.jpg)
ปัจจัยที่ส่งผลต่อการเปลี่ยนรูป หิน
โครงสร้างทางธรณีวิทยา (geological structure) คือ โครงสร้างของชั้นหินในแผ่นเปลือกโลกที่มีการเปลี่ยนรูปไปอย่างถาวรเนื่องจากถูกแรงทางธรณีแปรสัณฐานเข้ามากระทำ ซึ่งการเปลี่ยนแปลงของหินเป็นไปได้ทั้งแบบอ่อนเหนียวและแข็งเปราะ ขึ้นอยู่กับปัจจัยควบคุมการเปลี่ยนรูป 4 ปัจจัย คือ
- อุณหภูมิ (temperature) ความร้อนทำให้พันธะการยึดเหนี่ยวของอะตอมอ่อนแอลง ดังนั้นตามหลัก การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตามความลึก (geothermal gradient) หินในระดับลึกซึ่งมีอุณหภูมิสูงจะมีคุณสมบัติเหนียวนุ่มและจะเปลี่ยนรูปแบบอ่อนเหนียว เมื่อถูกแรงเค้นกระทำ ในขณะที่หินในระดับตื้นซึ่งมีอุณหภูมิต่ำจะมีคุณสมบัติแข็งเปราะ และเปลี่ยนรูปแบบแข็งเปราะ
- แรงดันกักเก็บ (confining pressure) คือแรงดันที่เข้ากระทำกับวัตถุในระดับเท่าๆ กัน ทุกทิศทุกทางเหมือนกับแรงดันน้ำที่กระทำกับนักดำน้ำที่ระดับความลึกต่างๆ ผลจากความเท่ากันทั้งระดับแรงและทุกทิศทุกทาง ทำให้นักดำน้ำไม่มีการเปลี่ยนรูปแต่จะมีการอัดแน่นขึ้น แตกต่างกับแรงดันที่เกิดจากแรงเค้น (stress pressure) เช่นการบีบดินน้ำมัน จะทำให้ดินน้ำมันเป็นรูปโดยหดสั้นลงเมื่อถูกแรงกระทำ และเผละออกในทิศทางหรือด้านตรงกันข้ามที่ถูกแรงกระทำ โดยในกรณีของ แรงดันกักเก็บสูง วัสดุจะแสดงคุณสมบัติเหนียวนุ่มมากกว่าแข็งเปราะ และจะเปลี่ยนรูปแบบอ่อนเหนียวมากกว่าเปลี่ยนรูปแบบแข็งเปราะ
- ชนิดหิน (rock type) ส่วนประกอบหินมีผลอย่างมากต่อความแข็งของหิน น้ำที่อยู่ระหว่างช่องว่างของเม็ดตะกอนช่วยลดความแข็งของหิน ดังนั้นเมื่อถูกแรงเค้นเข้ามากระทำ หินที่ชุ่มน้ำจะเปลี่ยนรูปแบบอ่อนเหนียวได้ดี และสืบเนื่องจากชนิดแร่ในหินมีความแข็งไม่เท่ากันตามมาตราโมส์ (Mohs’ scale) ดังนั้นแร่ที่มีค่าความแข็งสูงตามมาตราโมส์ จึงมีโอกาสเปลี่ยนรูปแบบแข็งเปราะได้ง่าย
- เวลา (time) หากแรงเค้นกระทำกับวัสดุอย่างช้าๆ วัสดุหรือหินนั้นจะมีเวลาจัดเรียงตัวของแร่ ทำให้มีโอกาสเกิดการเปลี่ยนรูปแบบอ่อนเหนียวมากกว่า แต่หากแรงกระทำนั้นเป็นไปอย่างรวดเร็ว หินมักจะเปลี่ยนรูปแบบแข็งเปราะ
![](http://www.mitrearth.org/wp-content/uploads/2021/02/17-1-3-1024x613.jpg)
![](https://www.mitrearth.org/wp-content/uploads/2019/07/10-1-0-1024x536.jpg)
ชนิดแร่ | ความแข็ง | การตรวจสอบ |
แร่ทัลก์ | 1 | อ่อนลื่นมือ เล็บขูดขีดเป็นรอยได้ง่าย |
แร่ยิปซั่ม | 2 | เล็บขูดขีดเป็นรอย แต่ผิวฝืดมือ |
แร่แคลไซต์ | 3 | เหรียญสีแดงขูดขีดเป็นรอย |
แร่ฟลูออไรท์ | 4 | มีดหรือตะไบขูดขีดเป็นรอย |
แร่อพาไทต์ | 5 | กระจกขูดขีดเป็นรอย |
แร่ออร์โธเคลส | 6 | ขูดขีดกระจกจะเป็นรอยบนกระจก |
แร่ควอตซ์ | 7 | ขูดขีดกระจกจะเป็นรอยบนกระจกได้ง่าย |
แร่โทแปซ | 8 | ขูดขีดแร่ที่มีความแข็ง 1-7 เป็นรอย |
แร่คอรันดัม | 9 | ขูดขีดแร่ที่มีความแข็ง 1-7 เป็นรอย |
แร่เพชร | 10 | ขูดขีดแร่ที่มีความแข็ง 1-7 เป็นรอย |
วิชาที่ศึกษาเกี่ยวกับโครงสร้างทางธรณีวิทยา เรียกว่า วิชาธรณีวิทยาโครงสร้าง (Structural Geology)
รูปแบบการเปลี่ยนรูปของหิน
ผลจากคุณสมบัติของวัสดุหรือหินประกอบกับปัจจัยควบคุมการเปลี่ยนรูปทั้ง 4 ปัจจัย ดังที่อธิบายในข้างต้น เมื่อมีแรงทางธรณีแปรสัณฐานเข้ามากระทำหินในแผ่นเปลือกโลก ทำให้หินนั้นมีการเปลี่ยนรูปและเกิดโครงสร้างทางธรณีวิทยาที่แตกต่างกัน 3 รูปแบบ คือ
1) ชั้นหินคดโค้ง (fold) คือ โครงสร้างทางธรณีวิทยาที่เกิดจากหินถูก แรงเค้นทางธรณีแปรสัณฐานแบบบีบอัด (compressional stress) ทำให้หินเกิดความเครียดแบบหดสั้นลง และเกิดการคดโค้ง โดยส่วนใหญ่เกิดตามขอบแผ่นเปลือกโลกที่มีการเคลื่อนที่เข้าหากัน และเป็นโครงสร้างโดยส่วนใหญ่ที่ทำให้เกิดแนวเทือกเขา
![](http://www.mitrearth.org/wp-content/uploads/2019/09/17-3-3.jpg)
![](http://www.mitrearth.org/wp-content/uploads/2019/09/17-3-5.jpg)
เพิ่มเติม : การคดโค้งโก่งงอของหิน
2) รอยแยก (fracture) หมายถึง โครงสร้างทางธรณีวิทยาที่มีแรงเค้นทางธรณีแปรสัณฐานเข้ามากระทำกับวัสดุหรือหินที่มีคุณสมบัติแบบแข็งเปราะ ทำให้เกิดการปริแตกของหินโดยไม่มีการเคลื่อนที่ของหินระหว่างรอยแตก บางครั้งหินเกิดเป็นรอยแยกขนาดเล็ก หรือ รอยแตก (joint) ซึ่งเกิดการแตกอย่างเป็นระบบ เรียกว่า ระบบรอยแตก (joint set) โดยรอยแตกเกิดขึ้นได้จากหลายสาเหตุ เช่น เกิดจากแรงบีบอัดที่ไม่เท่ากันในด้านต่างๆ ของหิน ทำให้หินเกิดรอยแตกในระนาบที่ตั้งฉากกับแนวแรงที่กระทำสูงที่สุด
เพิ่มเติม : รอยแยกและรอยเลื่อนของหิน
3) รอยเลื่อน (fault) คือ รอยแยกหรือรอยแตกของหินที่มีการเคลื่อนตัวเนื่องจากแรงเค้นที่เข้ามากระทำ ซึ่งรอยเลื่อนโดยส่วนใหญ่จะมี ระนาบการเลื่อนตัว หรือ ระนาบรอยเลื่อน (fault plane) อยู่ในแนวเอียงเอียงเทไปด้านใดด้านหนึ่ง ทำให้พื้นที่ทั้ง 2 ฝั่งที่ถูกแบ่งโดยระนาบรอยเลื่อนนั้นมีรูปทรงไม่เหมือนกัน และถูกเรียกแตกต่างกัน เพื่อให้เข้าใจได้ง่ายไม่สับสน ดังนี้
- ผนังพื้น (footwall) คือ ส่วนที่อยู่ใต้ระนาบรอยเลื่อน ซึ่งหากจินตนาการตามการขุดอุโมงค์ใต้ดินในแนวเอียงเพื่อทำเหมือง ผนังพื้นคือส่วนที่นักธรณีวิทยาใช้เป็นพื้นเดินลงไปตามอุโมงค์
- ผนังเพดาน (hangingwall) คือ ส่วนที่อยู่บนระนาบรอยเลื่อน ซึ่งนักธรณีวิทยาใช้ในการแขวน (hanging) ตะเกียง เพื่อให้แสงสว่างแก่อุโมงค์
![](http://www.mitrearth.org/wp-content/uploads/2019/10/4-55-2.jpg)
![](http://www.mitrearth.org/wp-content/uploads/2019/10/17-5-3.jpg)
เพิ่มเติม : รอยแยกและรอยเลื่อนของหิน
. . .
บทความล่าสุด : www.mitrearth.org
เยี่ยมชม facebook : มิตรเอิร์ธ – mitrearth