เรียนรู้

6 สภาพแวดล้อม ที่ทำให้หินแข็งๆ แปรสภาพได้

จากลักษณะการแปรสภาพหินประกอบกับลักษณะทางธรณีวิทยาและธรณีแปรสัณฐานที่หินแปรชนิดต่างๆ นั้นถูกพบ นักธรณีวิทยาสามารถจำแนกสภาพแวดล้อมของการแปรสภาพเป็น 6 รูปแบบ

สภาพแวดล้อมการแปรสภาพหินรูปแบบต่างๆ

1) แปรจากสารละลายน้ำร้อน

การแปรสภาพจากสารละลายน้ำร้อน (hydrothermal metamorphism) พบมากแถบสันเขากลางมหาสมุทร โดยน้ำทะเลไหลแทรกซึมลงไปตามแนวรอยแตกของสันเขากลางมหาสมุทร น้ำได้รับความร้อนจากมวลแมกมาใต้พื้นผิวโลกและทำละลายกับหินในแผ่นเปลือกโลกมหาสมุทร เกิดเป็น สารละลายน้ำร้อน (hydrothermal solution) ที่มีไอออนชนิดต่างๆ และก๊าซจากหินหนืดผสมกัน พุ่งขึ้นมาบนพื้นผิวโลกในรูปของ ปล่องควันดำใต้มหาสมุทร (black smoker) ซึ่งโดยปกติสารละลายน้ำร้อนจะมีความว่องไวในการทำปฏิกิริยาทางเคมีสูง ดังนั้นจึงเข้าทำปฏิกิริยากับแร่ต่างๆ ในหินท้องที่ซึ่งถูกสัมผัสกลายเป็นหินแปรได้ง่าย

ปล่องควันดำใต้มหาสมุทร เป็นแหล่งกำเนิดสิ่งมีชีวิตที่แปลกประหลาด เช่น หนอนท่อ (tube worm)

(ซ้าย) ปล่องควันดำใต้มหาสมุทร (ขวา) หนอนท่อ (ที่มา : NOAA)

ในสภาพดังกล่าวบางกรณีสารละลายแบบน้ำร้อนจะเข้าทำปฏิกิริยาและดึงเอาองค์ประกอบทางเคมีจากหินท้องที่ไป ต่อมาองค์ประกอบดังกล่าวจะกลายไปเป็นของไหล และเคลื่อนลงไปด้านล่างของหิน โดยสารละลายที่เข้าร่วมกระบวนการตกผลึกใหม่ไม่ได้มาจากหินหนืดทั้งหมด ของไหลบางส่วนเป็นน้ำบาดาลที่ได้รับความร้อน และถูกขับออกมาโดยการหมุนเวียนเปลี่ยนที่ของความร้อนคล้ายกับกระบวนการเกิดกระแสพาความร้อนในเนื้อโลก

บางครั้งสารละลายแบบน้ำร้อนไม่เพียงแต่จะทำปฏิกิริยาในฐานะที่เป็นตัวทำละลายในการตกผลึกใหม่ของหินท้องที่เท่านั้น ยังนำสารเคมีชนิดใหม่เข้ามารวมกับผลึกแร่ที่เกิดขึ้นใหม่ด้วย เรียกว่า การแปรสภาพโดยการแทนที่ (metasomatism) นอกจากนี้สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและความดันต่ำ ในบริเวณสันเขากลางมหาสมุทร (mid-oceanic ridge) ยังสามารถทำให้หินท้องที่นั้นเกิดการแปรสภาพได้เช่นกัน เรียกว่า การแปรสภาพบริเวณพื้นมหาสมุทร (ocean floor metamorphism)

2) แปรแบบสัมผัส

การแปรสภาพแบบสัมผัส (contact metamorphism) หรือ การแปรสภาพแบบความร้อน (thermal metamorphism) เป็นการแปรสภาพที่เกิดจากมวลหินอัคนีแทรกดัน ทำให้หินท้องที่สัมผัสกับมวลหินอัคนีและได้รับความร้อนสูง 800-1,000 องศาเซลเซียส แต่ความดันต่ำ เกิดการแปรสภาพและตกผลึกใหม่ของแร่ในบริเวณ ปริมณฑลสัมผัส (aureole) ของมวลหินอัคนีที่แทรกดันเข้ามา โดยเกรดการแปรจะต่ำลงเมื่อห่างจากมวลหินอัคนี


แบบจำลองการแปรสภาพแบบสัมผัสอันเนื่องมาจากแมกมาแทรกดันขึ้นมา
ตัวอย่างแนวผนังแทรกชั้นแทรกดันและแปรสภาพหินข้างเคียงบริเวณหุบเขาแห่งความตาย (Death Valley) ประเทศสหรัฐอเมริกา

3) แปรจากการเคลื่อน

การแปรสภาพจากการเคลื่อน (dislocation metamorphism) เกิดจากแรงทางธรณีแปรสัณฐานมากระทำโดยตรงในที่แคบๆ เช่น ตามแนวรอยเลื่อนที่เคลื่อนที่ผ่านกัน ทำให้หินท้องที่ได้รับความดันรุนแรงและถูกแปรสภาพ

โดยการแปรสภาพจากการเคลื่อนที่เกิดขึ้นได้ 2 รูปแบบ ตามระดับความลึกของแผ่นเปลือกโลกที่ถูกเฉือน คือ กรณีการแปรสภาพระดับตื้น (10-15 กิโลเมตร) หินจะแสดงลักษณะเป็นแบบแข็งเปราะเม็ดแร่จะถูกบดและขยี้ และทำให้เกิดลักษณะ กรวดเหลี่ยมรอยเลื่อน (fault breccia) หรือ ผงรอยเลื่อน (fault gouge)

ในขณะที่การแปรสภาพในระดับลึกลงไป หินจะแสดงลักษณะเหนียว โดยหินที่ถูกเฉือนอย่างรุนแรงภายใต้สภาวะหินแบบเหนียวเรียกว่า หินไมโลไนต์ (mylonite) ซึ่งเกิดจากการเลื่อนตัวอย่างรุนแรงในแผ่นเปลือกโลกระดับลึก

(บนซ้าย) แบบจำลองการแปรสภาพจากการเคลื่อน (บนขวา) กรวดเหลี่ยมรอยเลื่อนหรือผงรอยเลื่อน (ล่าง) หินไมโลไนต์ (ที่มา : www.wikipedia.org)

การแปรสภาพจากการเคลื่อน (dislocation metamorphism) หรือ แบบคะตะคลาสติก (cataclastic metamorphism) หรือ แบบพลวัต (dynamic metamorphism)

4) แปรจากแรงเค้นทางธรณีแปรสัณฐาน

การแปรสภาพบริเวณไพศาล (regional metamorphism) เป็นการแปรสภาพจากกระบวนการชนกันของแผ่นเปลือกโลกทำให้มีการเพิ่มทั้งความร้อนและความดันในบริเวณกว้างเป็นภูมิภาค ครอบคลุมพื้นที่ 10-100 ตารางกิโลเมตร เกิดแรงเฉือนและแนวคดโค้งขนาดใหญ่จำนวนมาก โดยพื้นที่ซึ่งถูกแปรสภาพบริเวณไพศาลในอดีต โดยส่วนใหญ่จะเป็นพื้นที่ หินฐานทวีป (continental shield) และ ลานเสถียร (stable platform) ซึ่งเป็นส่วนที่หลงเหลือมาจากการกัดกร่อนแนวภูเขาในอดีต บางครั้งเรียกว่า การแปรสภาพจากการเกิดภูเขา (orogenic metamorphism)

แผนที่แสดงการกระจายตัวของหินฐานทวีป ลานเสถียรและเทือกเขา
สภาพหินแปรที่เกิดจากการแปรสภาพบริเวณไพศาล

5) แปรจากการถูกฝัง

การแปรสภาพจากการถูกฝัง (burial metamorphism) เกิดจากการเพิ่มความดันและความร้อนจากการทับถมของตะกอนในแอ่งตะกอนที่ฝังอยู่ใต้ดิน โดยไม่มีกระบวนการหินอัคนีเข้ามาสัมพันธ์ ปกติหินจะถูกฝังอยู่ที่ระดับความลึกโดยประมาณ 8-15 กิโลเมตร ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตามความลึกในแต่ละพื้นที่ เช่น บริเวณอ่าวเม็กซิโกมีตะกอนหนา > 22 กิโลเมตร ทำให้มีอุณหภูมิ 250-300 องศาเซลเซียสที่ฐานของแอ่งตะกอน และน้ำหนักที่กดทับ หรือ ความดันจากน้ำหนักกดทับ (confining pressure) เพียงพอที่จะทำให้เกิดการแปรสภาพหินได้

แบบจำลองแสดงวิธีการแปรสภาพจากการถูกฝังของตะกอน

6) แปรจากการตกกระทบของอุกกาบาต

การแปรสภาพเนื่องจากการตกกระทบของอุกกาบาต (impact หรือ shock metamorphism) เป็นการแปรสภาพที่ไม่ค่อยพบในปัจจุบัน แต่เนื่องจากเคยมีการตกกระทบของอุกกาบตในอดีต หินบางพื้นที่จึงแสดงการแปรสภาพเนื่องจากอุกกาบาต โดยในพื้นที่ซึ่งมีการตกกระทบจะมีความดันสูงที่สุดขั้วอย่างทันทีทันใด เมื่อถูกตกกระทบทำให้เกิดแร่ชนิดใหม่ บางครั้งเกิดการหลอมละลายบางส่วนของหินในระหว่างการแปรสภาพ ทำให้เกิด หินมิกมาไทต์ (migmatite) ซึ่งเป็นหินที่มีทั้งหินแปรและหินอัคนีที่เกิดจากการแปรสภาพเกินจุดหลอมเหลวไปบางส่วน

แบบจำลองแสดงพื้นที่ที่มีการแปรสภาพเนื่องจากการตกกระทบของอุกกาบาตและความแตกต่างของระดับความดันเมื่อห่างจากพื้นที่ตกกระทบ (หน่วย GPa)

. . .
บทความล่าสุด : www.mitrearth.org
เยี่ยมชม facebook : มิตรเอิร์ธ – mitrearth

Share: