สมัยก่อน ย้อนกลับไป 50-100 ปี หลังจากนักธรณีวิทยาเริ่มสำรวจการกระจายตัวของหิน แร่และภูมิประเทศได้มากพอ การประมวลผลและคำถามว่า “ทำไม” จึงเริ่มผุดขึ้น ทำไมสระบุรีต้องมีหินปูน ? ทำไมอีสานถึงเป็นหินทราย ? ทำไมภาคเหนือต้องเป็นเทือกเขาสลับที่ราบ ? ทำไมภาคกลางถึงลุ่มต่ำ ? ซึ่งต่อมา คำถามต่างๆ เหล่านี้ ถูกไขคำตอบได้จากศาสตร์หรือทฤษฎีที่เรียกว่า ธรณีแปรสัณฐาน (geotectonic)

ธรณีแปรสัณฐาน (geotectonic) คือ ทฤษฎีที่อธิบายว่าชั้น ธรณีภาค (lithosphere) (ถัวๆ = แผ่นเปลือกโลก) วางลอยอยู่บนชั้น ฐานธรณีภาค (asthenosphere) (ถัวๆ = เนื้อโลก) โดยมี กระแสพาความร้อน (convection current) ในชั้นเนื้อโลก เป็นแรงหลักผลักดันให้แผ่นเปลือกโลกเคลื่อนที่ตลอดเวลา เกิดการกระทบกระทั่งกันตามขอบแผ่น 3 รูปแบบ คือ 1) เคลื่อนที่ออกจากกัน (divergent movement) 2) เคลื่อนที่เข้าหากัน (convergent movement) และ 3) เคลื่อนที่ผ่านกัน (transform movement)

เพิ่มเติม : แผ่นเปลือกโลก และกลไกการเคลื่อนที่

ธรณีภาค (lithosphere) คือ ชั้นนอกสุดของโลกที่มีสถานะเป็นของแข็ง ซึ่งประกอบด้วย 1) เปลือกโลกทั้งหมด บวกกับ 2) ส่วนบนสุดของชั้นเนื้อโลก ทั้งนี้เนื่องจากนักธรณีวิทยา แยกระหว่างเปลือกโลกและเนื้อโลก จากองค์ประกอบของแร่ หรือคุณสมบัติทางเคมี แต่เนื่องจากส่วนบนสุดของเนื้อโลกเป็นของแข็งเหมือนกับเปลือกโลก จึงเรียกรวมว่า ธรณีภาค (lithosphere)

เพิ่มเติม : จัดหมวดหมู่คำศัพท์ : ธรณีภาค เปลือกโลก ฐานธรณีภาค เนื้อโลก มัชฌิมาภาค แก่นโลก ฯลฯ

ในช่วงที่โลกเริ่มก่อร่างสร้างตัว ผิวโลกนอกสุดสัมผัสบรรยากาศ เย็นและแข็งตัวกลายเป็น แผ่นเปลือกโลกตั้งต้น ซึ่งมีคุณสมบัติเป็น แผ่นเปลือกโลกมหาสมุทร (oceanic crust) ที่มีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็น หินบะซอลต์ (basalt) หินแกบโบร (grabbo) จากนั้นเมื่อเวลาผ่าน แผ่นเปลือกโลกเคลื่อนที่ แยกออกจากกันบ้าง ชนกันบ้างหรือผ่านกันบ้าง ซ้ำแล้วซ้ำเล่า ผลจากการบดขยี้บูบี้กันของแผ่นเปลือกโลกนับครั้งไม่ถ้วน ตลอดระยะเวลากว่า 4,600 ล้านปี ทำให้เกิด แผ่นเปลือกโลกทวีป (continental crust) ซึ่งประกอบไปด้วยหินหลายชนิดปะปนกัน

โลกปัจจุบัน ประกอบไปด้วย

แผ่นเปลือกโลกทวีป (continental plate) จำนวน 7 แผ่น ได้แก่ แผ่นยูเรเชีย (Eurasian Plate) แผ่นอเมริกาเหนือ (North American Plate) แผ่นอเมริกาใต้ (South American Plate) แผ่นอินเดีย-ออสเตรเลีย (Indian-Australian Plate) แผ่นแอฟริกา (African Plate) แผ่นแอนตาร์กติก (Antarctica Plate) และ แผ่นอาหรับ (Arabian Plate)

แผ่นเปลือกโลกมหาสมุทร (oceanic plate) จำนวน 7 แผ่น ได้แก่ แผ่นแปซิฟิก (Pacific Plate) แผ่นทะเลฟิลิปปินส์ (Philippine-sea Plate) แผ่นนัซกา (Nazca Plate) แผ่นสโกเชีย (Scotia Plate) แผ่นฮวนเดฟูกา (Juan de Fuca Plate) แผ่นโคโคส (Cocos Plate) และ แผ่นแคริบเบียน (Caribbean Plate)

จากการประมวลผลข้อมูล และแปลความหมายทางธรณีวิทยา ศาสตราจารย์วิลสัน (Wilson T) ชาวแคนาดาได้แบ่ง วิวัฒนาการการแปรสัณฐาน หรือ การเวียน-ว่าย-ตาย-เกิด ของแผ่นเปลือกโลก ออกเป็น 9 ช่วงเวลา (stage) ที่วนเวียนเป็นวัฏจักรไม่รู้จบสิ้น และตั้งชื่อว่า วัฏจักรวิลสัน (Wilson Cycle) ซึ่งมีประโยชน์อย่างมากๆ ในการแปลความทางธรณีวิทยา เพื่อย้อนสภาพแวดล้อมในอดีตจากหิน หรือโครงสร้างทางธรณีวิทยาที่พบในพื้นที่ เพราะในแต่ละช่วงเวลา (stage) ที่จะเล่าในบทความนี้ จะอธิบายในรายละเอียดว่าเกิดหินอะไรได้บ้าง และมีสภาพแวดล้อมทางธรณีวิทยาแบบใดบ้างที่เกิดขึ้น

• 1) ทวีปเสถียร (stable continent)

1) ทวีปเสถียร (stable continent)

1.1) ภูมิลักษณ์ (landform)

ทวีปเสถียร (stable continent หรือ craton) เป็นช่วงเวลาเริ่มต้นของวัฏจักรวิลสัน (Wilson Cycle) มีลักษณะเป็นพื้นที่ราบเรียบกว้างใหญ่ ความสูงใกล้เคียงระดับน้ำทะเล (สูงไม่เกิน 10 เมตร) สาเหตุเพราะอยู่มานาน ถูก กระบวนการผุพัง (weathering) ลบเหลี่ยมมุม ปรับพื้นที่ให้ราบ และหอบเศษหินเศษตะกอนไปทิ้งไว้ที่อื่น เรียกอีกอย่างว่า พื้นทวีปปรับราบ (peneplain) ซึ่งอยู่ภายในแผ่นเปลือกโลกทวีปต่างๆ ทั่วโลก ห่างไกลขอบแผ่นเปลือกโลก ไม่มีกระบวนการทางธรณีแปรสัณฐานใดๆ ที่ทำให้พื้นที่ยกหรือยุบตัว ไม่มีรอยเลื่อนมีพลังและไม่มีภูเขาไฟ ภาพรวมก็ประมาณนี้

ความจริงทวีปเสถียรไม่ใช่แผ่นเปลือกโลกเริ่มต้นที่ยังไม่เคยผ่านกระบวนการทางธรณีแปรสัณฐานมาก่อนเพราะ ทวีปเสถียรที่กระจายตัวอยู่ทั่วโลก ล้วนเป็นแผ่นเปลือกโลกเก่าแก่ ที่เคยผ่านร้อนผ่านหนาวมานับครั้งไม่ถ้วน ซึ่งแน่นอนในระหว่างที่แผ่นเปลือกโลกผ่านกระบวนการทางธรณีแปรสัณฐานต่างๆ ภูมิประเทศสูงๆ ต่ำๆ ก็เกิดขึ้นมากมาย แต่สุดท้ายก็ถูกกระบวนการผุพัง และกัดกร่อนปรับให้พื้นผิวโลกราบเรียบ ดังนั้น ทวีปเสถียร (stable continent หรือ craton) ในเรื่องนี้จึงหมายถึงแผ่นเปลือกโลกดั้งเดิมเก่าแก่ แค่มาเริ่มวน เวียน-ว่าย-ตาย-เกิด ใหม่ตาม วัฏจักรวิลสัน (Wilson Cycle)

1.2) หินตะกอน (sedimentary rock)

ด้วยความที่เป็นแผ่นเปลือกโลกเก่า หินในทวีปเสถียรส่วนใหญ่ ผ่านการผุพังเป็นเม็ดตะกอน มีการคัดขนาดตะกอน มีการแยกแร่ เลือกเฉพาะแร่ควอตซ์เอาไว้ เป็นเวลานานนับล้านปี ทำให้พื้นผิวส่วนใหญ่ถูกปกคลุมด้วย หินตะกอน (sedimentary rock) จำพวก หินทรายควอตซ์บริสุทธิ์ (mature quartz sandstone) (โซนสีเหลืองจากแผนภูมิ Q-F-L) ส่วน หินดินดาน (shale) หรือ ตะกอนดิน (clay) มักถูกลมหรือน้ำพัดพาออกไปจากแผ่นทวีปลงสู่มหาสมุทรหรือแอ่งตะกอนโดยรอบทวีปจนเกือบหมด ในบางกรณีอาจเกิด หินปูน (limestone) ได้บ้างหากมีสภาพอากาศอบอุ่นเหมาะสม

เพิ่มเติม : หินตะกอนเนื้อเม็ด

1.3) หินอัคนี (igneous rock)

จาก การหลอมละลายบางส่วน (patial melting) และ การตกผลึกใหม่ (re-crystalization) ของแมกมา วนไปวนมาหลายต่อหลายครั้ง ทำให้องค์ประกอบ แร่สีเข้ม หรือ แร่เมฟิก (mafic mineral) ซึ่งมีความถ่วงจำเพาะสูง ทยอยจมลงสู่เนื้อโลกด้านล่าง เหลือเพียง แร่สีจาง หรือ แร่เฟลสิก (felsic mineral) ที่ยึดพื้นที่สัดส่วนแร่องค์ประกอบของแมกมาสูงขึ้น ทำให้หินอัคนีที่เกิดขึ้นในทวีปเสถียร ซึ่งเป็น แผ่นเปลือกโลกทวีป (continental plate) ส่วนใหญ่เป็น หินอัคนีสีจาง (felsic igneous rock) เช่น หินแกรนิต (granite) หินแกรโนไดโอไลต์ (granodiorite) เป็นต้น ต่างจากแผ่นเปลือกโลกตั้งต้นอย่าง แผ่นเปลือกโลกมหาสมุทร (oceanic plate) ที่ประกอบไปด้วย หินอัคนีสีเข้ม (mafic igneous rock) ได้แก่ บะซอลต์ (basalt) หินแกบโบร (grabbo)

เพิ่มเติม : เพราะแมกมาแตกต่าง นิสัยและรูปร่างภูเขาไฟจึงไม่เหมือนกัน

เพิ่มเติม : สิ่งที่ภูเขาไฟผุยออกมา ไม่ได้มีลาวาแค่อย่างเดียว

ซึ่งจากคุณสมบัติเฉพาะที่ แร่เมฟิก (mafic mineral) มีน้ำหนักมากกว่า แร่เฟลสิก (felsic mineral) ทำให้ แผ่นเปลือกโลกทวีปลอยตัวอยู่บนเนื้อโลกได้มากกว่า (สูงกว่า) แผ่นเปลือกโลกมหาสมุทร ตามหลักการของ สมดุลอุทกสถิต (Isostatic equilibrium)

เพิ่มเติม : เปลือกโลกบนเนื้อโลก ก็คล้ายๆ ขอนไม้ลอยบนแป้งเปียกหนืดๆ

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