Explore

หมู่เกาะภูเขาไฟฮาวาย-เอ็มเพอเรอร์ : ร่องรอยการเดินทางของแผ่นเปลือกโลก

ก่อนที่เราจะคุยกันเรื่อง หมู่เกาะภูเขาไฟฮาวาย-เอ็มเพอเรอร์ ผู้เขียนอยากแนะนำให้ทุกท่านย้อนกลับไปทำความเข้าใจเกี่ยวกับกระบวนการเกิดแมกมาและภูเขาไฟกันสักนิด (ตามอ่านได้ที่บทความ ใต้เปลือกโลกไม่ใช่แมกมา และภูเขาไฟก็ไม่ได้เกิดไปเรื่อยเปื่อย) เรื่องของเรื่องคือจากการกระจายตัวของ ภูเขาไฟมีพลัง (active volcano) ทั่วโลกในปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์สรุปได้ว่าภูเขาไฟไม่ได้เกิดขึ้นแบบมั่วซั่ว เพราะความจริงแล้ว ใต้เปลือกโลกปกติๆ เปลือกโลกจะวางตัวอยู่บนเนื้อโลกหรือ แมนเทิล (mantle) ซึ่งไม่ใช่แมกมาอย่างที่หลายๆ คนเข้าใจหรือจินตนาการเอาไว้ แต่การที่จะมีแมกมาเกิดขึ้นใต้เปลือกโลกแล้วฉีดพุ่งขึ้นมาเป็นภูเขาไฟได้นั้น ต้องอาศัยสภาพแวดล้อมทางธรณีวิทยาที่เหมาะสม ซึ่งก็ได้แก่

แผนที่โลกแสดงการกระจายตัวของภูเขาไฟมีพลังในปัจจุบัน (สามเหลี่ยมสีแดง)

ภูเขาไฟมีพลังโดยส่วนใหญ่เกิดตามขอบแผ่นเปลือกโลก โดยเฉพาะอย่างยิ่งตามขอบแผ่นเปลือกโลกมหาสมุทรแปซิกฟิก ที่รู้จักกันในชื่อ วงแหวนแห่งไฟ (Ring of Fire) มีภูเขาไฟมีพลังมากกว่า 452 ลูก แต่ก็มีบางส่วนที่ผุดโผล่ขึ้นมากลางแผ่น เช่น แนวภูเขาไฟหมู่เกาะฮาวาย (Hawaii Volcanic Chain) ที่ผุดขึ้นมากลางมหาสมุทรแปซิฟิก (แผ่นเปลือกโลกแปซิฟิก)

  • ขอบของแผ่นเปลือกโลกที่เคลื่อนที่แยกออกจากกัน (divergent plate boundary) เพราะแผ่นเปลือกโลกในแถบนั้นบางกว่าปกติ ทำให้ ความดันปิดล้อม (confining pressure) ลดลง ทำให้เนื้อโลกหรือแมนเทิลซึ่งเดิมมีสถานะเป็นแบบพลาสติก เหลวเป๋วขึ้น กลายเป็นของเหลวหรือแมกมา ฉีดขึ้นมาเป็นภูเขาไฟ
  • ขอบของแผ่นเปลือกโลกที่เคลื่อนที่ชนกัน (convergent plate boundary) เมื่อแผ่นเปลือกโลกชนกัน จะมีอยู่หนึ่งแผ่นที่ต้องยอมมุดตัวลงไปใต้อีกแผ่น ตามกฏของธรรมชาติ (ฝืนไม่ได้) ซึ่งด้วยความที่แผ่นที่มุดลงไปมีสถานะเป็นของแข็งบนพื้นผิวโลก แต่ถูกกดหัวให้ดำดิ่งลงไปภายในเนื้อโลกที่มีอุณหภูมิสูงกว่าที่เคยอยู่ ทำให้ส่วนที่มุดลงไปหลอมละลาย กลายเป็นแมกมาพุ่งขึ้นมาเป็นภูเขาไฟ (บริเวณเขตมุดตัวของเปลือกโลก) และ
  • ภูเขาไฟภายในแผ่นเปลือกโลก (intraplate) ซึ่งแผ่นเปลือกโลกก็มีความหนาปกติ และไม่มีแผ่นเปลือกโลกใดๆ มุดลงไปอยู่ข้างใต้ แต่กลับมีภูเขาไฟเกิดขึ้นอยู่จริงกลางแผ่นเปลือกโลก ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงเชื่อว่า แมกมาที่ฉีดพุ่งขึ้นมากลางแผ่นเปลือกโลกนี้น่าจะมาจาก แก่นโลกชั้นนอก (outer core) ซึ่งจากการสำรวจทาง วิทยาคลื่นไหวสะเทือน (seismology) เชื่อว่าแก่นโลกชั้นนอกมีสถานะเป็นของเหลวเหมือนกับแมกมา โดยที่ของเหลวนี้จะลอยตัวทะลุผ่านชั้นเนื้อโลกซึ่งเป็นพลาสติกขึ้นมา แล้วมาแปะอยู่ใต้แผ่นเปลือกโลกซึ่งเป็นของแข็ง

จุดร้อนคืออะไร

จะเห็นได้ว่าในบรรดากระบวนการเกิดแมกมาและภูเขาไฟทั้ง 3 แบบ เมื่อแผ่นเปลือกโลกใดๆ เคลื่อนที่ ภูเขาไฟที่เกิดจาก 2 สาเหตุแรก ก็จะเคลื่อนที่ตามไปด้วย ทั้งนี้ก็เพราะแมกมาที่เกิดขึ้นมานั้นเกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างขอบแผ่นเปลือกโลกทั้งสอง ซึ่งจะแตกต่างจากภูเขาไฟที่เกิดอยู่กลางแผ่นเปลือกโลก ที่แมกมาเป็นอิสระจากแผ่นเปลือกโลก ก็อย่างที่บอกว่าต้นกำเนิดแมกมามาจากแก่นโลกชั้นนอกที่ลอยขึ้นมาแปะอยู่ใต้เปลือกโลก หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า พลูมแมนเทิล (mantle plume) ทำให้ทั้ง 1) เนื้อพลูมแมนเทิลเอง และ 2) เปลือกโลกที่หลอมละลายจากความร้อนที่ถ่ายมาจากพลูม หลอมละลายกลายเป็นแมกมาและสูบฉีดขึ้นมากลายเป็นภูเขาไฟ บางครั้งนักวิทยาศาสตร์จึงเรียกเพื่อชี้เฉพาะของภูเขาไฟประเภทนี้ว่า จุดร้อน (hot spot)

และด้วยความที่จุดร้อนอยู่นิ่งอยู่กับที่ ไม่ได้ขึ้นกับการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกไม่ว่าจะแผ่นไหน ทำให้เมื่อเวลาผ่านไปเมื่อแผ่นเปลือกโลกมีการเคลื่อนที่ และจุดร้อนก็ปล่อยแมกมาฉีดขึ้นมาเป็นระยะๆ จึงทำให้เกิดภูเขาไฟเป็นจุดๆ ผุดเป็นแนว ล้อไปกับการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก เหมือนกับที่เราเอาเทียนไขตั้งไว้ แล้วเอากระดาษไปอังที่เทียนไข เมื่อเลื่อนกระดาษไปเรื่อยๆ ก็จะได้รอยเผาไหม้ของกระดาษจากเทียนไขเป็นแนวตามกระดาษที่เคลื่อน

แบบจำลองจุดร้อนและการเกิดแนวหมู่เกาะภูเขาไฟฮาวาย-เอ็มเพอเรอร์ (Hawaiian-Emperor volcanic chain)

โดยจากการสำรวจเพิ่มเติมในปัจจุบัน พบจุดร้อนจำนวนมากทั่วโลก ซึ่งหากจุดร้อนเกิดขึ้นในทะเลจะเกิดเป็น แนวหมู่เกาะภูเขาไฟ (volcanic chain) แต่หากจุดร้อนเกิดขึ้นบนพื้นทวีปจะพบลักษณะแบบ ที่ราบสูงหินบะซอลต์ไหลหลาก (flood basalt plateau)

การกระจายตัวของจุดร้อน (จุดสีเหลือง) และแนวหมู่เกาะภูเขา (เส้นสีแดง) รวมทั้งที่ราบสูงหินบะซอลต์ไหลหลาก (พื้นที่สีดำ)
ชั้นหินบะซอลต์แสดงการไหลหลากของลาวาจำนวนมากในไซบีเรีย (ที่มา : www.howstuffworks.com)

แนวภูเขาไฟ อายุภูเขาไฟ : หลักฐานการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก

จากความนิ่งของจุดร้อนดังที่กล่าวไปในข้างต้น ในปี พ.ศ. 2506 ศาสตราจารย์ ทูโซ วิลสัน (Wilson T.) ได้ใช้แนวหมู่เกาะภูเขาไฟ มาเป็นหลักฐานยืนยันว่าแผ่นเปลือกโลกมีการเคลื่อนที่ โดยจากการสังเกตการณ์กระจายตัวของ แนวหมู่เกาะภูเขาไฟฮาวาย-เอ็มเพอเรอร์ (Hawaiian-Emperor volcanic chain) ในมหาสมุทรแปซิฟิก สรุปได้ว่าในช่วงเวลาที่เกิดหมู่เกาะภูเขาไฟเอ็มเพอเรอร์ แผ่นเปลือกโลกแปซิฟิกมีการเคลื่อนที่จากใต้ไปเหนือโดยประมาณ และหลังจากนั้นแผ่นเปลือกโลกแปซิฟิกเปลี่ยนทิศทางเคลื่อนที่ไปทางตะวันตกเฉียงเหนือมุ่งหน้าพุ่งตรงไปสู่ประเทศญี่ปุ่น ทำให้ได้แนวหมู่เกาะภูเขาไฟฮาวาย

การกระจายตัวของแนวหมู่เกาะภูเขาไฟฮาวาย-เอ็มเพอเรอร์ (Hawaiian-Emperor Chain)

ประเด็นหนึ่งที่น่าสนใจคือ ทำไมในช่วง 42.4 ล้านปีก่อน แผ่นแปซิฟิกจึงเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ โดยหักมุมการเคลื่อนที่ประมาณ 60° ซึ่งจากการเก็บรวบรวมหลักฐานต่างๆ ที่เกี่ยวข้อง ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยออสโล (University of Oslo) วิเคราะห์ว่าแผ่นแปซิฟิกเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ เพราะตอนที่วิ่งขึ้นเหนือและได้แนวหมู่เกาะภูเขาไฟเอ็มเพอเรอร์ ช่วงสุดท้ายเมื่อ 42.4 ล้านปีก่อน แผ่นแปซิฟิกมุดลงไปใต้แผ่นอเมริกาเหนือทางตอนเหนือ และได้แนวหมู่เกาะภูเขาไฟรูปโค้งเอลูเทียน เกิดการขวางกันและแผ่นแปซิฟิกชนและมุดได้ยากขึ้นจึงตัดสินใจเปลี่ยนทิศทางวิ่งเข้าเฉียงๆ ไปทางทิศตะวันตกเฉียงเหนือ จวบจนปัจจุบัน

สันเขาลองจิจูด 90 องศาตะวันออก (Ninety East Ridge) คือ จุดร้อนในมหาสมุทรอินเดีย บ่งชี้ว่าแผ่นเปลือกโลกอินเดีย-ออสเตรเลียเคลื่อนที่ชนแผ่นยูเรเซีย

นอกจากนี้ผลการกำหนดอายุทางวิทยาศาสตร์กับตัวอย่างหินบะซอลต์ ที่นักวิทยาศาสตร์ไล่เก็บในทุกๆ เกาะ ตั้งแต่ตอนเหนือสุดของหมู่เกาะภูเขาไฟเอ็มเพอเรอร์ไปจนถึง ภูเขาไฟคีลาเว (Kilauea) ซึ่งเป็นจุดร้อนในปัจจุบัน พบว่าอายุหินบนภูเขาไฟหรืออายุการเย็นตัวของแมกมามีอายุอยู่ในช่วง  64.7 ล้านปีก่อน (ภูเขาไฟลูกเหนือสุดของแนวหมู่เกาะภูเขาไฟเอ็มเพอเรอร์) และมีอายุ 0 ปี ที่ภูเขาไฟคีลาเว หรือแมกมากำลังผุดขึ้นมาและแข็งตัวในปัจจุบัน โดยแผ่นเปลือกโลกแปซิฟิกเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ หรือเปลี่ยนจากแนวหมู่เกาะภูเขาไฟเอ็มเพอเรอร์ไปเป็นแนวหมู่เกาะภูเขาไฟฮาวายฮาวายเมื่อประมาณ 42.4 ร้านปีที่ผ่านมา

ภูเขาไฟคีลาเว (Kilauea)

จากอายุของหินบะซอลต์โดยละเอียด และระยะทางที่สามารถวัดได้จากเกาะสู่เกาะ นักวิทยาศาสตร์สามารถคำนวณอัตราการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกแปซิฟิกในแต่ละช่วงเวลาได้โดยละเอียด เล่าอย่างคร่าวๆ ในช่วงที่แผ่นเปลือกโลกแปซิฟิกเคลื่อนที่จากใต้ขึ้นสู่เหนือ และสร้างแนวหมู่เกาะภูเขาไฟเอ็มเพอเรอร์ เป็นแนวยาว 2,340 กิโลเมตร ใช้เวลาทั้งสิ้น 64.7-42.4 = 22.3 ล้านปี ดังนั้นอัตราการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกแปซิฟิกในช่วงแนวหมู่เกาะภูเขาไฟเอ็มเพอเรอร์นี้เฉลี่ยแล้วประมาณ 10.5 เซนติเมตรต่อปี

ผลการกำหนดอายุหินบะซอลต์ที่เก็บจากเกาะต่างๆ ตลอดแนวแนวหมู่เกาะภูเขาไฟฮาวาย-เอ็มเพอเรอร์

ส่วนในกรณีของแนวหมู่เกาะภูเขาไฟฮาวาย ระยะทางรวมทั้งสิ้น 3,580 กิโลเมตร กินเวลา 42.4 ล้านปี สรุปอัตราการเคลื่อนที่ช้ากว่าในช่วงแรกนิดหน่อย คือ 8.5 เซนติเมตรต่อปี หรือถ้าถัวเฉลี่ยแผ่นเปลือกโลกแปซิฟิกเคลื่อนที่ตลอดระยะเวลา 64.7 ล้านปี เอาที่มีหลักฐานอยู่บนโลกมานี้ เคลื่อนที่ด้วยอัตราการเคลื่อนที่ประมาณ (10.5+8.5)/2 = 9.5 เซนติเมตรต่อปี

และนี่ก็คือเรื่องราวสั้นๆ ทั้งหมด ที่นักธรณีวิทยาได้เรียนรู้และนำการเกิด แนวหมู่เกาะภูเขาไฟฮาวาย-เอ็มเพอเรอร์ (Hawaiian-Emperor Chain) มาเป็นประเด็นในการศึกษาพฤติกรรมการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก ที่เกิดขึ้นจริงในปัจจุบัน โดยเฉพาะแผ่นเปลือกโลกแปซิฟิก

Share: