น้ำพุร้อนต่างๆ fault geothermal gradien

ชั้นน้ำใต้ดินและการเคลื่อนที่

จากคุณสมบัติ ความพรุน (porosity) และ ความสามารถในการซึมผ่าน (permiability) ของชั้นดินหรือชั้นหินในแต่ละพื้นที่ นักธรณีวิทยาจำแนกชั้นหินตามศักยภาพในการเป็นชั้นน้ำบาดาลออกเป็น 2 ชนิด หลักๆ 

1) ชั้นหินต้านน้ำ (aquitard) คือ ชั้นหินที่มีความสามารถในการซึมผ่านได้ต่ำหรือไม่สามารถซึมผ่านได้เลย เช่น ชั้นหินดินดานหรือหินแปรเนื้อแน่น

2) ชั้นหินอุ้มน้ำ (aquifer) คือ ชั้นหินที่น้ำสามารถซึมผ่านได้อย่างอิสระ เช่น ชั้นหินทรายที่มีการคัดขนาดดี ชั้นกรวด โดยชั้นหินอุ้มน้ำยังสามารถแบ่งย่อยได้อีกออกเป็น 2 ชนิด ตามคุณสมบัติการมีแรงดันในชั้นน้ำ

2.1) ชั้นหินอุ้มน้ำไม่มีขอบเขต (unconfined aquifer) คือ ชั้นหินอุ้มน้ำที่ไม่มีชั้นหินต้านน้ำปิดทับอยู่ด้านบน ระดับน้ำใต้ดินในชั้นหินชนิดนี้ขึ้นอยู่กับระดับน้ำใต้ดินในบริเวณนั้น เป็นชั้นหินที่รองรับการซึมผ่านของน้ำลงมาจาก น้ำผิวดิน (surface water) โดยตรง ดังนั้นจึงเป็นชั้นน้ำใต้ดินที่นำมาใช้ได้ง่ายที่สุด แต่เนื่องจากเป็นชั้นน้ำใต้ดินชั้นบนสุด จึงมีโอกาสปนเปื้อนได้ง่ายจากการซึมผ่านลงมาของสารเคมีต่างๆ ที่ตกค้างอยู่บนผิวดิน

บางครั้งหากมีชั้นหินต้านน้ำวางตัวรองรับชั้นหินอุ้มน้ำบนเขาสูง เหนือระดับน้ำใต้ดินปกติ อาจทำให้เกิดลักษณะที่เรียกว่าระดับน้ำใต้ดินลอย (perched water table) ซึ่งเมื่อน้ำไหลออกมาตามรอยแตกบนเขา ทำให้เกิด น้ำซับ (spring) ไหลหรือตกลงมาจากบนเขาสูงได้ 

2.2) ชั้นหินอุ้มน้ำมีขอบเขต (confined aquifer) คือ ชั้นหินอุ้มน้ำที่มีชั้นหินต้านน้ำปิดทับอยู่ด้านบน ทำให้น้ำมีแรงดันจากการกดทับมากกว่าชั้นหินอุ้มน้ำไม่มีขอบเขต บางครั้งเรียกว่า ชั้นหินอุ้มน้ำแรงดัน (pressure aquifer) หรือ ชั้นหินอุ้มน้ำลึก (artesian aquifer) ระดับน้ำใต้ดินในชั้นหินอุ้มน้ำมีขอบเขตถูกควบคุมโดยโครงสร้างทางธรณีวิทยาของชั้นหินต้านน้ำ เช่น การเอียงเทของชั้นหิน รอยแตกหรือรอยเลื่อน

เนื่องจากมีชั้นหินต้านน้ำปิดทับอยู่ด้านบน น้ำในชั้นหินอุ้มน้ำมีขอบเขตจึงถูกปนเปื้อนได้ยาก แต่หากปนเปื้อนจะใช้เวลานานมากในการกลับมาเป็นน้ำบริสุทธิ์เหมือนเดิม ซึ่งหากเจาะชั้นหินอุ้มน้ำมีขอบเขตในบริเวณที่อยู่ภายใต้ ความดันการไหล(hydrostatic pressure) น้ำจะพุ่งไหลขึ้นมาเอง โดยไม่ต้องใช้เครื่องมือสูบน้ำ เรียกว่า บ่อน้ำพุ (artesian well) คล้ายกับการสูบน้ำขึ้นไปบนแทงค์น้ำบนอาการ เพื่อให้มีแรงดันในการจ่ายน้ำไปยังพื้นที่ต่างๆ 

อย่างไรก็ตาม น้ำพุซึ่งเป็นน้ำที่มีแรงดันและพุ่งขึ้นมานั้น ไม่ได้เกิดจากความแตกต่างของระดับน้ำเสมอไป ตัวอย่างเช่นในกรณีของ น้ำพุร้อน (hot spring หรือ geyser) เกิดจากน้ำใต้ดินที่ซึมผ่านลงไปและสัมผัสกับแหล่งความร้อนใต้พื้นดิน เช่น กะเปาะแมกมา ทำให้น้ำร้อนมีแรงดันและพุ่งขึ้นมา คล้ายกับการปะทุของภูเขาไฟ โดยส่วนใหญ่การปะทุหรือพุ่งขึ้นมาของน้ำพุร้อนไม่ได้พุ่งขึ้นมาอย่างต่อเนื่องเหมือนกับน้ำพุที่มนุษย์ทำขึ้นดังที่พบเห็นตามสวนสาธารณะ แต่จะพุ่งขึ้นมาเป็นจังหวะ นอกจากนี้ในบางครั้งอาจพบ โคลนภูเขาไฟ (mud volcano) ซึ่งเป็นผลมาจากน้ำใต้ดินผสมกับโคลนที่สะสมตัวอยู่ใต้พื้นดินและได้รับแรงดันทำให้โคลนผุดขึ้นมา

พลังงานความร้อนใต้พิภพ (Geothermal Energy)

คือการดึงพลังงานความร้อนใต้พื้นผิวโลกมาใช้ต้มน้ำ เพื่อใช้ไอน้ำปั่นเครื่องปั่นกระแสไฟฟ้า นักวิทยาศาสตร์คาดว่าพลังงานที่ได้จากความร้อนใต้พิภพน่าจะมีมากกว่าน้ำมันและก๊าซธรรมชาติถึง 50 เท่า ซึ่งในปัจจุบันพวกเราสามารถใช้งานพลังงานความร้อนใต้พิภพลึกลงไปได้แค่ 10 กิโลเมตร คิดเป็นเพียง 1% ของพลังงานความร้อนทั้งหมดที่มีอยู่ภายในโลกเท่านั้น

เพิ่มเติม : ในวันที่ปิโตรเลียมและถ่านหินเริ่มร่อยหรอ เรายังมีทางไหนให้เลือกบ้าง

ประเทศที่เป็นหัวเรือใหญ่ ในการเอาพลังงานความร้อนใต้พิภพมาใช้อย่างเป็นจริงเป็นจังคือ ประเทศไอซ์แลนด์ ซึ่งเป็นเกาะอยู่บน สันเขากลางมหาสมุทรแอตแลนติก (Mid-Atlantic Ridge) ทำให้มีกิจกรรมทางภูเขาไฟ และความร้อนใต้พื้นที่นั้นสูงกว่าปกติ 

โดยกระบวนการผลิตพลังงานความร้อนใต้พิภพนั้นถือว่าเป็นพลังงานสะอาดและไม่ก่อให้เกิดมลพิษกับสิ่งแวดล้อม แต่ใช้งบประมาณในการผลิตสูงมาก เนื่องจากมีแค่บางพื้นที่เท่านั้นที่ความร้อนอยู่ใกล้กับพื้นผิวโลกโดยธรรมชาติ โดยส่วนใหญ่จะอยู่ในระดับลึกจนกระบวนการนำความร้อนมาใช้นั้นไม่คุ้มทุน

ในขณะที่ด้านภัยพิบัติ การนำพลังงานความร้อนใต้พิภพมีโอกาสทำให้เกิดการทรุดตัวของพื้นที่ได้ เนื่องจากการสูบน้ำร้อนขึ้นมา แต่ถ้ามีการอัดฉีดน้ำปกติเข้าไปแทนที่ก็สามารถลดปัญหาได้ 

ในบางพื้นที่น้ำใต้ดินมีอุณหภูมิอุ่นกว่าน้ำพื้นผิวในฤดูหนาวและเย็นกว่าในฤดูร้อน ดังนั้นบางพื้นที่จึงมีการนำความแตกต่างนี้มาใช้ทำเครื่องทำความร้อน (heater) หรือแอร์ปรับอากาศในอาคารได้เช่นกัน

ความร้อนมาจากไหน

1) การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตามความลึก (geothermal gradient)

อุณหภูมิ (temperature) ความร้อนทำให้พันธะการยึดเหนี่ยวของอะตอมอ่อนแอลง ดังนั้นตามหลัก การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตามความลึก (geothermal gradient) หินในระดับลึกซึ่งมีอุณหภูมิสูงจะมีคุณสมบัติเหนียวนุ่มและจะเปลี่ยนรูปแบบอ่อนเหนียว เมื่อถูกแรงเค้นกระทำ ในขณะที่หินในระดับตื้นซึ่งมีอุณหภูมิต่ำจะมีคุณสมบัติแข็งเปราะ และเปลี่ยนรูปแบบแข็งเปราะ

2) กระเปาะแกรนิต

ภูมิลักษณ์จากการแทรกดัน

ในกรณีที่แมกมาไม่สามารถปะทุสู่ผิวโลก แมกมาจะตกผลึกและแข็งตัวอยู่ภายในแผ่นเปลือกโลก ซึ่งเมื่อมีการยกตัวและกัดกร่อน จะเกิดภูมิลักษณ์จากการแทรกดันแมกมา ดังนี้

1) หินอัคนีมวลไพศาล (batholith) คือ โครงสร้างที่เกิดจากการแทรกดันของหินอัคนีปริมาณมหาศาลมีพื้นที่ > 100 ตารางกิโลเมตร โดยส่วนใหญ่เกิดจากแมกมาไรโอไรท์หรือแอนดีไซต์ เช่น หินอัคนีมวลไพศาลไอดาโฮ (Idaho) มี่พื้นที่ประมาณ 26,000 ตารางกิโลเมตร และหินอัคนีมวลไพศาลเซียร์ร่าเนวาดา (Sierra Nevada) ในประเทศสหรัฐอเมริกา

2) ลำหินอัคนี (stock) ลักษณะเหมือนกับหินอัคนีมวลไพศาล แต่มีพื้นที่เล็กกว่า มีรูปรีเกือบกลม โดยส่วนใหญ่แยกออกมาจากหินอัคนีมวลไพศาล

3) พนังแทรกชั้นตามยาว (sill) คือ โครงสร้างที่เกิดจากการแทรกดันของแมกมาตามระนาบของชั้นหินเดิม มีความหนาระดับเซนติเมตรจนถึงร้อยเมตรและอาจมีความยาวหลายกิโลเมตร 

4) พนังแทรกชั้นตามขวาง (dike) คือ โครงสร้างที่เกิดจากการแทรกดันของแมกมาในแนวตั้งฉากหรือขวางกับแนวระนาบของหินเดิม 

3) โครงสร้างรูปเห็ด (laccolith) คือ โครงสร้างที่เกิดจากการแทรกดันของแมกมาในแนวดิ่ง คล้ายกับผนังแทรกชั้นตามขวาง แต่ในช่วงระยะสุดท้ายของการแทรกดันมีการเปลี่ยนแนวการแทรกดันไปในแนวระนาบและเกิดการโก่งงอของชั้นหินเดิม ทำให้มวลแมกมามีลักษณะคล้ายกับรูปเห็ด 

4) โครงสร้างรูปฝักบัว (lopolith) เกิดในลักษณะคล้ายกับโครงสร้างรูปเห็ด แต่ระนาบรอยแตกด้านล่างของหินเดิมโป่งออก ทำให้มีลักษณะโค้งหงายคล้ายกับรูปฝักบัว

เพิ่มเติม : รู้จัก 14 เศษซาก จากการปะทุและแทรกดันของแมกมา

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