สำรวจ

ไวน์ . แมททิว . มอร์เลย์

ในช่วงที่กำลังเลือกหาหัวข้อเพื่อทำวิจัยปริญญาเอก เฟรเดริก ไวน์ (Frederick Vine) นักศึกษาธรณีวิทยา มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ประเทศอังกฤษ ได้มีโอกาสรู้จักและทำความเข้าใจเกี่ยวกับ แนวคิดพื้นมหาสมุทรแผ่กว้าง (Sea-floor Spreading) ของแฮรี่ เฮสส์ ซึ่งมันทำให้เขาสนใจและอยากรู้ว่าบริเวณ แนวสันเขากลางมหาสมุทรนั้นเป็นต้นกำเนิดของการสร้างแผ่นมหาสมุทรใหม่จริงหรือไม่ และการเกิดใหม่ของแผ่นมหาสมุทรตรงแนวสันเขานี้ใช่ไหมที่ทำให้ทวีปต่างๆ เคลื่อนที่ได้อย่างที่อัลเฟรด เวเกเนอร์บอกผ่าน แนวคิดทวีปเคลื่อน (continental drift)

ในเวลาเดียวกัน ทีมนักวิทยาศาสตร์ (Cox และคณะ, 1967) จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ ค้นพบว่าตลอดช่วงอายุของโลก สนามแม่เหล็กโลก เคยกลับขั้วไป-มาหลายครั้ง (magnetic reversal) และหินที่เกิดขึ้นในแต่ละยุคสามารถกักเก็บสภาวะที่แตกต่างกันของสนามแม่เหล็กโลกในขณะนั้นได้ (remnant magnetization) ซึ่งเมื่อนักวิทยาศาสตร์นำตัวอย่างหินมาวิเคราะห์ก็สามารถสกัดสัญญาณของสนามแม่เหล็กโลกได้ว่า เป็นแบบภาวะปกติหรือตรงกันข้าม

การกลับขั้วสนามแม่เหล็กโลก (Cox และคณะ, 1967)

สนามแม่เหล็กโลกในปัจจุบันเส้นแรงแม่เหล็กวิ่งจากขั้วแม่เหล็กโลกใต้ อ้อมไปยังขั้วแม่เหล็กโลกเหนือ เรียกว่า ขั้วแม่เหล็กปกติ (normal polarity) ส่วนในอดีตเส้นแรงแม่เหล็กโลกเคยวิ่งจากขั้วแม่เหล็กโลกเหนือไปยังขั้วแม่เหล็กโลกใต้ เรียกว่า ขั้วแม่เหล็กโลกย้อนกลับ (reverse polarity)

ไวน์จึงคิดว่าถ้าแนวคิดพื้นมหาสมุทรแผ่กว้างมีอยู่จริง สัญญาณของสนามแม่เหล็กโลกของแต่ละฝั่งของสันเขากลางมหาสมุทรควรมีการสลับขั้วไป-มา และจะต้องสมมาตรกันในทั้ง 2 ฝั่งของสันเขา และเมื่อเข้าไปปรึกษากับ ดรัมมอนด์ แมททิว (Drummond Matthews) ซึ่งเป็นอาจารย์ที่ปรึกษา วิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอกของเขาจึงเริ่มต้นขึ้น

ไวน์และแมททิวแล่นเรือตัดขวางแนวสันเขากลางมหาสมุทรแอตแลนติกและเจาะสำรวจเพื่อเก็บตัวอย่าง ซึ่งผลจากการเจาะสำรวจในแต่ละตำแหน่งทำให้พวกเขาได้ตัวอย่างมา 2 ชนิด คือ 1) หินบะซอลต์ ซึ่งเป็นหินที่เกิดจากการเย็นตัวของแมกมาและน่าจะเป็นหินฐานของมหาสมุทร และ 2) ชั้นตะกอนดินที่ยังไม่แข็งตัวซึ่งปกคลุมอยู่ด้านบนของหินบะซอลต์ และเมื่อตัวอย่างกลับมาถึงมหาวิทยาลัย การวิเคราะห์และแปลความเกี่ยวกับตัวอย่างที่เก็บมาทำให้พวกเขาพบประเด็นการวิจัยที่น่าสนใจเกินคาด

แนวการเจาะสำรวจตัดขวางสันเขากลางมหาสมุทรแอตแลนติก และลักษณะของตัวอย่างที่พบในแต่ละจุดสำรวจ
ตัวอย่างหินที่ได้จากการเจาะสำรวจ

ประเด็นที่ 1 : ความหนาของชั้นตะกอน

สิ่งแรกที่ไวน์และแมททิว ให้ความสำคัญและสังเกตเห็นคือ เมื่อพวกเขาเปรียบเทียบตัวอย่างชั้นตะกอนในแต่ละหลุมเจาะ พวกเขาพบว่าชั้นตะกอนจะบางเมื่ออยู่ใกล้กับสันเขากลางมหาสมุทรและการสะสมตัวของตะกอนหนาขึ้นอย่างต่อเนื่องในบริเวณที่ห่างออกไป

แผนที่โลกแสดงความหนาของชั้นตะกอนซึ่งโดยภาพรวมตะกอนจะบางบริเวณกลางมหาสมุทรและตะกอนหนาบริเวณใกล้ขอบของทวีป (ที่มา : NOAA)

โดยธรรมชาติ กระแสน้ำในมหาสมุทรจะค่อนข้างนิ่ง ทำให้อัตราการสะสมตัวของตะกอนจึงสม่ำเสมอ ไวน์และแมททิวจึงตั้งข้อสังเกตว่าพื้นทะเลบริเวณที่ห่างจากสันเขากลางมหาสมุทรอาจจะเกิดขึ้นก่อนพื้นทะเลที่ใกล้สันเขากลางมหาสมุทร ทำให้มีเวลาในการสะสมตัวของตะกอนมากกว่าและมีการสะสมตะกอนหนากว่า

แนวคิดการสะสมตัวของตะกอน ในมหาสมุทรด้วยอัตราการสะสมตัวที่คงที่

ประเด็นที่ 2 : การกระจายตัวของฟอสซิล

นอกจากนี้ในชั้นตะกอนที่ห่างจากสันเขากลางมหาสมุทรมีความหลากหลายของชนิดฟอสซิลมากกว่าที่พบในบริเวณสันเขากลางมหาสมุทร (สัญลักษณ์ a b c d ในรูปด้านล่างแสดงฟอสซิลชนิดต่างๆ ที่ถูกพบอยู่ในชั้นตะกอน) โดยฟอสซิลที่บ่งบอกอายุที่แก่ จะเริ่มหายไปในชั้นตะกอนเมื่อเข้าใกล้สันเขากลางมหาสมุทร

ความหนานของชั้นตะกอนและการกระจายตัวของฟอสซิลชนิด a b c และ d

ประเด็นที่ 3 : อายุหินบะซอลต์

นอกจากนี้ไวน์และแมททิว วิเคราะห์หาอายุหินบะอลต์จากพื้นมหาสมุทร ซึ่งแสดงถึงอายุที่แมกมาเย็นตัวกลายเป็นหินแข็ง ผลการกำหนดอายุบ่งชี้ว่าหินบะซอลต์ทั้ง 2 ฝั่งซึ่งมีระยะห่างจากสันเขากลางมหาสมุทรใกล้เคียงกันจะมีอายุใกล้เคียงกัน โดยหินบะซอลต์ที่อยู่ใกล้สันเขากลางมหาสมุทรจะมีอายุอ่อนกว่าหินบะซอลต์ที่อยู่ห่างออกไปจากสันเขากลางมหาสมุทร

แบบจำลองผลการกำหนดอายุตัวอย่างหินบะซอลต์ของ ไวน์และแมททิว
ผลการศึกษาอายุหินบะซอลต์ทั่วโลก (หน่วย ล้านปี)

ประเด็นที่ 4 การกลับขั้วของสนามแม่เหล็กโลก

อย่างที่เล่าไปในตอนต้นว่า Cox และคณะ (1967) ศึกษาและพบองค์ความรู้ใหม่ที่บอกว่าในอดีต สนามแม่เหล็กโลกเคยกลับขั้วไป-มาหลายครั้ง (magnetic reversal) ซึ่งจากการตรวจสอบตัวอย่างหินบะซอลต์ที่เก็บมาได้ ไวน์และแมททิวพบว่าหินบะซอลต์มีการกลับขั้วสนามแม่เหล็กไป-มา หลายครั้งจริงๆ และถ้าพับครึ่งบริเวณสันเขากลางมหาสมุทรจะพบว่าพฤติกรรมการกลับขั้วของทั้ง 2 ฝั่งซ้าย-ขวานั้นสมมาตรกัน

แบบจำลองแสดงการกลับขั้วสนามแม่เหล็กโลกไป-มา ซึ่งถูกบันทึกไว้ในหินบะซอลต์ที่ ไวน์และแมททิวเก็บมาจากพื้นมหาสมุทร

จากทั้ง่ 4 ประเด็นที่ไวน์และแมททิวค้นพบ พวกเขาจึงสรุปผลการศึกษาวิจัยว่า 1) มีการเกิดขึ้นใหม่ของพื้นมหาสมุทรอยู่ตลอดเวลาในบริเวณสันเขากลางมหาสมุทร และ 2) แนวคิดทวีปเคลื่อนของอัลเฟรด เวเกเนอร์ และแนวคิดพื้นทะเลแผ่กว้างของแฮรีย์ เฮส นั้นถูกต้องและเป็นจริง

ในปี พ.ศ. 2506 ไวน์และแมททิวได้ตีพิมพ์ผลการศึกษาของพวกเขา (Vine and Matthews, 1963) และในเวลาไล่เรี่ยกัน มอร์เลย์ (Lawrence Whitaker Morley) นักธรณีวิทยาชาวแคนาดา ก็ตีพิมพ์ผลการศึกษาคล้ายๆ กันในปี พ.ศ. 2507  (Morley and Larochelle, 1964) แต่จริงๆ แล้วในแวดลงการทำวิจัยก็รู้กันว่าทั้งสองทีมนี้มีแนวคิดเดียวกันและทำงานวิจัยคล้ายกันมาตั้งแต่ต้น ดังนั้นเพื่อเป็นการให้เกียรติเพื่อนร่วมสายด้านการวิจัย สังคมวิทยาศาสตร์จึงเรียกงานชิ้นนี้ว่า แนวคิดของไวน์-แมททิว-มอร์เลย์ (Vine-Matthews-Morley) ซึ่งถือเป็นผลการศึกษาวิจัยที่ช่วยตอบโจทย์และข้อสงสัยเกี่ยวกับการเคลื่อนตัวของทวีปต่างๆ ของโลกได้เป็นอย่างดี

(ซ้าย) ไวน์ (กลาง) แมททิว (ขวา) มอร์เลย์

ซึ่งจากแนวคิดและหลักฐานต่างๆ ไม่ว่าจะเป็น 1) แนวคิดพื้นมหาสมุทรแผ่กว้าง (Sea-floor Spreading) ของแฮรี่ เฮสส์ 2) แนวคิดทวีปเคลื่อน (continental drift) และ 3) แนวคิดของไวน์-แมททิว-มอร์เลย์ (Vine-Matthews-Morley) ทำให้ในปี พ.ศ. 2508 วิลเลียม เจสัน มอร์แกน (Morgan, W J) นักวิทยาศาสตร์สหรัฐอเมริกา นำข้อมูลทั้งหมดมาประมวลผลให้เห็นภาพรวม และนำเสนอทฤษฎี ธรณีแปรสัณฐาน (tectonic) โดยอธิบายว่าโลกประกอบด้วยชั้น ธรณีภาค (lithosphere) ซึ่งเป็นของแข็งแตกเป็นแผ่นๆ วางตัวและเคลื่อนที่อย่างช้าๆ ยู่บนชั้น ฐานธรณีภาค (asthenosphere) ซึ่งมีสถานะเป็นของหนืดไหลวนอยู่ใต้พื้นผิวโลก ถือเป็นจุดเริ่มต้นของทฤษฏี ธรณีแปรสัณฐาน ที่ใช้อธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ ของโลกอยู่ในปัจจุบัน

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

Share: