เรียนรู้

แผ่นเปลือกโลก และกลไกการเคลื่อนที่

หลังจากปี พ. ศ. 2458 อัลเฟรด เวเกเนอร์ (Alfred Wegener) ได้นำเสนอ แนวคิดทวีปเคลื่อน (continental drift) แต่ตอนนั้นก็ไม่ได้รับการยอมรับ ต่อมาพอปี พ.ศ. 2472 อาร์เธอร์ โฮล์มส์ (Arthur Holmes) ได้นำเสนอแนวคิดที่เรียกว่า แนวคิดกระแสพาความร้อน (convection current) ซึ่งอธิบายเกี่ยวกับกลไกการหมุนวนของเนื้อโลก เพื่อช่วยสนับสนุนกลไกการเคลื่อนที่ของทวีปของเวเกเนอร์ แต่ยังไม่ค่อยได้รับความสนใจเช่นกัน ซึ่งในปี พ. ศ. 2473 เวเกเนอร์ไปขั้วโลกเหนือครั้งที่ 4 ของชีวิต และเขาก็เสียชีวิตที่นั่น ทำให้ตลอดช่วงชีวิตของเวเกเนอร์ แนวคิดทวีปเคลื่อนนั้นไม่เคยถูกยอมรับ

จนกระทั่งในปี พ.ศ. 2488 หลังสงครามโลกครั้งที่ 2 สิ้นสุดลง เมื่อ แฮรีย์ เฮสส์ (Harry Hess) เริ่มคิดและนำเสนอ แนวคิดพื้นมหาสมุทรแผ่กว้าง (Sea-floor Spreading) ประกอบกับผลงานการสำรวจและวิจัยของ แนวคิดของไวน์-แมททิว-มอร์เลย์ (Vine-Matthews-Morley) ได้ถูกตีพิมพ์ในปี พ.ศ. 2506 เพื่อยืนยันการมีอยู่จริงของ กระแสพาความร้อน การมีพื้นมหาสมุทรเกิดขึ้นใหม่ และการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก ทำให้ในปี พ.ศ. 2508 วิลเลียม เจสัน มอร์แกน (William Jason Morgan) นักธรณีวิทยาชาวสหรัฐอเมริกา จึงได้ประมวลองค์ความรู้จากแนวคิดต่างๆ ขมวดสรุป และนำเสนอ ทฤษฏีธรณีแปรสัณฐาน (tectonic) นับตั้งแต่วันนั้น เรื่องราวต่างๆ เกี่ยวกับการเดินทางของแผ่นเปลือกโลกจึงเริ่มต้นขึ้น

ธรณีภาค (lithosphere) เป็นของแข็งแตกเป็นแผ่นๆ วางตัวและเคลื่อนที่อย่างช้าๆ บน ฐานธรณีภาค (asthenosphere) ซึ่งเป็นของหนืดไหลวนอยู่ใต้โลก

ทฤษฏีธรณีแปรสัณฐาน (tectonic) วิลเลียม เจสัน มอร์แกน (Morgan, W.J.) พ.ศ. 2508
วิลเลียม เจสัน มอร์แกน รับรางวัลด้านการวิจัยระดับชาติจากประธานาธิบดี จอร์จ ดับเบิลยู บุช ในปี ค.ศ. 2003

จากทฤษฎีธรณีแปรสัณฐาน นักธรณีวิทยาเชื่อว่า แผ่นเปลือกโลก (tectonic plate) ในแต่ละแผ่นเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลาทั้งในอดีต ปัจจุบัน และจะยังเคลื่อนที่ต่อไปอีกในอนาคต ซึ่งผลจากการเคลื่อนที่และกระทบกระทั่งกันระหว่างขอบแผ่นเปลือกโลก ทำให้เกิดกระบวนการต่างๆ มากมาย เช่น การเกิดภูเขา (mountain building หรือ orogeny) ภูเขาไฟ (volcano) แผ่นดินไหว (earthquake) รวมทั้งการเกิดแหล่งทรัพยากร (earth resource) ทั้งแร่และปิโตรเลียม ฯลฯ

จากการสังเกตการกระจายตัวของภูเขาไฟมีพลัง (active volcano) ที่มีอยู่ทั่วโลก พบว่าภูเขาไฟมีพลังโดยส่วนใหญ่เกิดเป็นแนวคล้ายกับเป็นขอบของอะไรซัก โดยเฉพาะอย่างยิ่งตามขอบทหาสมุทรแปซิกฟิก หรือที่รู้จักกันในชื่อ วงแหวนแห่งไฟ (Ring of Fire) ซึ่งมีภูเขาไฟมีพลังกระจายอยู่รายรอบมากกว่า 452 ลูก

แผนที่โลกแสดงการกระจายตัวของภูเขาไฟมีพลังในปัจจุบัน (สามเหลี่ยมสีแดง)

นอกจากนี้ นักธรณีวิทยายังสังเกตพบว่า แผ่นดินไหวไม่ได้เกิดไปมั่วซั่วทั่วโลก แต่จะมีการกระจายตัวของจุดศูนย์กลางแผ่นดินไหวที่เฉพาะเจาะจง จึงเกิดคำถามขึ้นว่าทำไมแผ่นดินไหวถึงได้เกิดเฉพาะบางพื้นที่ ซึ่งเมื่อนักธรณีวิทยาแผ่นดินไหวลองนำข้อมูลการเกิดแผ่นดินไหวมาเปรียบเทียบหาความสัมพันธ์กับการกระจายตัวของภูเขาไฟมีพลังรวมทั้งประเด็นอื่นๆ ทางธรณีวิทยา พบว่าพื้นผิวของโลกไม่ได้เป็นผืนเดียวกันแต่แตกย่อยเป็นแผ่น โดยมีขอบเขตของแผ่นตามการกระจายตัวของภูเขาไฟมีพลังและแผ่นดินไหว

แผนที่โลกแสดงเหตุการณ์แผ่นดินไหวขนาด 5.0 ขึ้นไป ที่เคยเกิดขึ้นและบันทึกไว้ได้ในช่วงปี ค.ศ. 1900-2020 (120 ปี) จากฐานข้อมูลของหน่วยงาน International Seismological Centre (ISC)

ซึ่งจากการจำแนกและกำหนดขอบเขตพบว่าโลกประกอบด้วยแผ่นเปลือกโลกทั้งหมดทั้งสิ้น 14 แผ่น ดังนี้

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)
แผนที่โลกแสดงขอบเขตและการกระจายตัวของแผ่นเปลือกโลก ลูกศรแสดงทิศทางการเคลื่อนที่ และความยาวของลูกศรแสดงอัตราการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกต่างๆ (หน่วย เซนติเมตร/ปี)

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)

แผ่นเปลือกโลกที่มีขนาดใหญ่ที่สุด คือ แผ่นแปซิฟิก รองลงมาคือแผ่นยูเรเซียและแผ่นแอฟริกาตามลำดับ ส่วนแผ่นเปลือกโลกที่เล็กที่สุด คือ แผ่นฮวนเดฟูกา

นอกจากนี้ยังมีแผ่นเล็กๆ น้อยๆ แผ่นยิบๆ ย่อยๆ ในท้องถิ่นอีกบางส่วน ตัวอย่างเช่น แผ่นโอค็อตสค์ (Okhotsk Plate) ซึ่งครอบคลุมทะเลโอค็อตสค์ คาบสมุทรคัมชัตคา ของประเทศรัสเซีย และเก่ะฮอกไกโด ในประเทศญี่ปุ่น

กลไกการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก

ในปี พ.ศ. 2472 อาร์เธอร์ โฮล์มส์ (Arthur Holmes) ได้นำเสนอแนวคิดที่เรียกว่า กระแสพาความร้อน (convection current) ซึ่งปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าเป็นกลไกหลักของการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก ซึ่งกระแสพาความร้อน เป็นกระบวนการที่โลกพยายามลดอุณหภูมิภายในโลก เนื่องจากโลกในช่วงแรกยังมีอุณหภูมิสูง แต่ภายนอกโลกสัมผัสกับอวกาศซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่ามากเมื่อเปรียบเทียบกับอุณหภูมิของโลก ทำให้ต่อมาส่วนนอกสุดของโลกจึงแข็งตัวกลายเป็นแผ่นเปลือกโลกปิดกั้นการระบายความร้อนที่เหลืออยู่ภายในโลก ดังนั้นหินหนืดภายในเนื้อโลกจึงใช้วิธีการถ่ายเทความร้อนภายในด้วยการหมุนเวียนหินหนืด

ซึ่งหินหนืดที่อยู่ด้านล่างของโลกมีอุณหภูมิสูงกว่าและความหนาแน่นน้อยกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับหินหนืดด้านบน มวลหินหนืดด้านล่างจึงลอยตัวขึ้นสู่ด้านบน ในขณะเดียวกันหินหนืดด้านบนเมื่อสัมผัสกับแผ่นเปลือกโลกทำให้อุณหภูมิลดลงและมีความหนาแน่นสูงจึงจมตัวลงสู่ด้านล่าง การหมุนเวียนของมวลหินหนืดนี้เกิดขึ้นไปอย่างต่อเนื่องเป็นกระแสขับเคลื่อนให้แผ่นเปลือกโลกเคลื่อนที่

แบบจำลองกระแสพาความร้อน (convection current) (ซ้าย) ตัวอย่างในหม้อต้มน้ำ (ขวา) ตัวอย่างที่คาดว่าเกิดขึ้นภายในโลก

หินหนืดบางส่วนจะแทรกดันผ่านแผ่นเปลือกโลกขึ้นมาสร้างเป็นแผ่นเปลือกโลกมหาสมุทรใหม่ และผลักให้สองแผ่นเปลือกโลกแยกออกจากกันตาม แนวคิดพื้นมหาสมุทรแผ่กว้าง (Sea-floor Spreading) ที่ แฮรีย์ เฮสส์ (Harry Hess) เริ่มคิดและนำเสนอไว้ในขณะที่ส่วนที่จมตัวจะช่วยดึงแผ่นเปลือกโลกเก่าอีกด้านหนึ่งลงสู่ภายในโลก เกิดเป็น เขตมุดตัวของแผ่นเปลือกโลก (subduction zone) เป็นวัฏจักร (Randy และ Kunstatter, 2010)

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

Share: