Learn

ใต้เปลือกโลกไม่ใช่แมกมา และภูเขาไฟก็ไม่ได้เกิดไปเรื่อยเปื่อย

ภูเขาไฟ (volcano) คือ ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่โลกพยายามคลายความร้อนภายในโลกออกสู่ภายนอกในรูปแบบการปะทุของ หินหนืด (molten rock) ซึ่งตั้งแต่โลกเกิดขึ้นมา มีหินหนืดไหลขึ้นมาบนพื้นโลกผ่านกระบวนการปะทุของภูเขาไฟอย่างนับไม่ถ้วน โดยในบรรดาภูเขาไฟที่ยังมีให้เห็นอยู่บนโลก หลายลูกก็ดับสนิทไปแล้ว ในขณะที่บางลูกก็ฮึ่มๆ พร้อมปะทุได้ทุกเวลา ซึ่งในทางธรณีวิทยา นิสัยคร่าวๆ ที่นักธรณีวิทยาใช้แยกความดุหรือความมีภัยพิบัติของภูเขาไฟคือ ความถี่ของการปะทุและเวลาการปะทุครั้งล่าสุดของภูเขาไฟลูกนั้นๆ ซึ่งแบ่งภูเขาไฟที่มีอยู่บนโลกออกเป็น 3 ระดับ คือ

1) ภูเขาไฟดับสนิท (extinct volcano) คือภูเขาไฟที่ไม่มีประวัติการปะทุและไม่มีสัญญาณทางวิทยาศาสตร์ว่ามีกิจกรรมทางภูเขาไฟอยู่ใต้พื้นที่นั้น เช่น ภูเขาไฟคีรีมันจาโร (Kilimanjaro) ในแอฟริกา ภูเขาไฟอีเกอร์มอนท์ (Egremont) ในนิวซีแลนด์ เป็นต้น

2) ภูเขาไฟสงบหรือภูเขาไฟที่ยังหลับ (dormant volcano) คือ ภูเขาไฟที่ไม่ที่มีประวัติการปะทุในช่วง 10,000 ปี แต่มีหลักฐานทางวิทยาศาสตร์ที่บ่งชี้ว่ายังมีกิจกรรมทางภูเขาไฟอยู่ เช่น เกิดแผ่นดินไหวขนาดเล็กหรือการรั่วซึมของก๊าซต่างๆ ในพื้นที่ภูเขาไฟ เช่น ภูเขาไฟฟูจิ (Fuji) ประเทศญี่ปุ่น ภูเขาไฟเรนเนียร์ (Rainier) ในประเทศสหรัฐอเมริกา เป็นต้น

3) ภูเขาไฟมีพลัง (active volcano) คือ ภูเขาไฟที่มีประวัติการปะทุในช่วง 10,000 ปี ที่ผ่านมา ซึ่งจากการสำรวจพบว่าปัจจุบันมีภูเขาไฟที่ยังมีพลังอยู่อย่างน้อย 500 ลูก ทั่วโลก เช่น ภูเขาไฟเมราปี (Merapi) ในประเทศอินโดนีเซีย ภูเขาไฟเซนต์เฮเลนส์ ในประเทศสหรัฐอเมริกา เป็นต้น

ตัวอย่างภูเขาไฟบางส่วนที่มีระดับของภัยพิบัติหรือความมีพลังแตกต่างกัน

เปลือกโลกไม่ได้ลอยอยู่บนแมกมา

จากการศึกษา คลื่นไหวสะเทือน (seismic wave) หรือคลื่นแผ่นดินไหว นักธรณีวิทยาสามารถแบ่งโลกออกเป็นชั้นๆ ที่มีทั้งวัสดุ (ธาตุ) และสถานะของวัสดุ (ของแข็ง ของเหลว) ที่แตกต่างกัน โดยโลกของเราประกอบด้วยชั้นบนสุด คือ เปลือกโลก (crust) ที่วางตัวอยู่บนชั้น เนื้อโลก (mantle) และถัดลงไปก็เป็น แก่นโลกชั้นนอก (outer core) และ แก่นโลกชั้นใน (inter core) ตามลำดับ

ความถ่วงจำเพาะของธาตุที่แตกต่างกัน คือปัจจัยสำคัญที่จะทำให้แต่ละธาตุเลือกที่จะจมลงไปอยู่ในแต่ละชั้นของโลก

และจากการศึกษาวิจัย นักธรณีวิทยาพบว่าโลกมี การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตามความลึก (geothermal gradient) แต่ในขณะเดียวกันโลกก็มี ความดันปิดล้อม (confining pressure) เพิ่มขึ้นทุกทิศทางแปรผันตามความลึกเช่นกัน ซึ่งทั้งอุณหภูมิและความดันนั้นส่งผลต่อสถานะของวัสดุโลก โดยที่อุณหภูมิสูงจะเพิ่มความสามารถในการหลอมละลายของวัสดุ ในขณะที่ความดันสูงจะลดความสามารถในการหลอมละลายลง

การเปลี่ยนแปลง (ซ้าย) อุณหภูมิตามความลึก ยิ่งลึกลงไปในซาลาเปา ยิ่งร้อน เนื้อไส้ซาลาเปาก็ควรจะยิ่งเหลว (ขวา) ความดันปิดล้อม ยิ่งนักดำน้ำดำลึกลงไปในทะเล ยิ่งความดันสูง ตัวนักดำน้ำก็ควรจะยิ่งถูกบีบอัดให้เล็กลงและข้นแข็ง หนาแน่นขึ้น

แผ่นเปลือกโลก อุณหภูมิโดยเฉลี่ยเพิ่มขึ้นตามความลึกประมาณ 20-60 องศาเซลเซียส/กิโลเมตร ส่วนความดันปิดล้อมจะเพิ่มขึ้นตามความลึกประมาณ 270-300 บาร์/กิโลเมตร

ซึ่งนักธรณีวิทยาเชื่อว่าสัดส่วนของอุณหภูมิและความดันที่เพิ่มขึ้นในแต่ระดับความลึกภายในโลกนั้นสมดุลกัน สมดุลเพียงพอที่จะทำให้สถานะของวัสดุภายในโลกยังคงที่ โดยแผ่นเปลือกโลกยังคงสภานะของแข็งและเนื้อโลกยังคงสถานะพลาสติก (คือจะเหลวก็ไม่ใช่จะแข็งก็ไม่ใช่) ซึ่งไม่ใช่แมกมาที่เป็นต้นตอของการเกิดภูเขาไฟ ในขณะที่แก่นโลกชั้นนอกและแก่นโลกชั้นในนั้นมีสถานะเป็นของเหลวและของแข็ง ตามลำดับ

ในเชิงเปรียบเทียบ แมกมาที่เราเห็นในสื่อว่ามันหนืด จริงๆ แล้วมันก็ยังเหลวกว่าเนื้อโลก ( นักธรณีวิทยาเชื่ออย่างนั้น) ความเหลว ของแมกมาที่ว่าก็พอๆ กับสถานะของเหลวของแก่นโลกชั้นนอก ซึ่งถ้าเราเชื่อแบบจำลองของโครงสร้างภายในโลกแบบนี้ สรุปได้ว่า แก่นโลกมีแมกมาอยู่ แต่ใต้เปลือกโลกไม่มีแมกมา แต่เป็นเนื้อโลกที่หนืดกว่านั้น

การกระจายตัวของภูเขาไฟมีพลัง

จากการสังเกตการกระจายตัวของภูเขาไฟมีพลัง (active volcano) ที่มีอยู่ทั่วโลก พบว่าภูเขาไฟมีพลังโดยส่วนใหญ่เกิดตามขอบแผ่นเปลือกโลก โดยเฉพาะอย่างยิ่งตามขอบแผ่นเปลือกโลกมหาสมุทรแปซิกฟิก หรือที่รู้จักกันในชื่อ วงแหวนแห่งไฟ (Ring of Fire) ซึ่งมีภูเขาไฟมีพลังหรือยังมีกิจกรรมทางภูเขาไฟอย่างน้อย 452 ลูก คิดเป็น 75% ของภูเขาไฟมีพลังทั่วโลก (Lopes, 2005) ดังนั้นนักธรณีวิทยาจึงเชื่อว่าแมกมาและภูเขาไฟ ไม่ได้เกิดกระจายแบบสุ่ม แต่น่าจะมีปัจจัยอะไรบางอย่างที่สร้างแมกมาใต้โลกและพุ่งพรวดขึ้นมาเป็นภูเขาไฟ ซึ่งจากการกระจายตัวของภูเขาไฟ ประกอบกับทฤษฎีธรณีแปรสัณฐาน นักธรณีวิทยาจำแนกรูปแบบการสร้างงแมกมาและทำให้เกิดภูเขาไฟออกเป็น 3 สาเหตุ

แผนที่โลกแสดงการกระจายตัวของภูเขาไฟมีพลังในปัจจุบัน (สามเหลี่ยมสีแดง)

1) ไอระเหย (volatile)

เป็นสาเหตุสำคัญของการเกิดภูเขาไฟบริเวณเขตมุดตัวของแผ่นเปลือกโลก โดยเชื่อว่าเมื่อแผ่นเปลือกโลกซึ่งโดยส่วนใหญ่เป็นแผ่นเปลือกโลกมหาสมุทรที่มุดตัวลงไป น้ำที่แทรกซึมอยู่ตามชั้นตะกอนจะระเหยลอยขึ้นไปใต้แผ่นเปลือกโลกที่ถูกมุด ทำให้มีการปรับสมดุล ระดับอุณหภูมิสำหรับการหลอมละลายลดต่ำลง เนื้อโลกจึงสามารถหลอมเป็นแมกมาได้ง่ายขึ้นทั้งที่มีความดันปิดล้อมเท่าเดิม เรียกกระบวนการแบบนี้ว่า การหลอมละลายเปียก (wet melting) หรือ การหลอมละลายที่มีน้ำสัมพันธ์ (hydration melting) ซึ่งภูเขาไฟจำพวกนี้จะเกิดบริเวณขอบของแผ่นเปลือกโลกที่มีการชนและมุดกันของแผ่นเปลือกโลก

แบบจำลองการมุดกันของแผ่นเปลือกโลกและการเกิดแนวภูเขาไฟ

2) ความดัน (pressure)

เป็นสาเหตุสำคัญของการเกิดภูเขาไฟบริเวณโซนการแยกตัวของแผ่นเปลือกโลก โดยเชื่อว่ากระแสพาความร้อน (convection current) ที่ลอยขึ้นมาชนฐานของแผ่นเปลือกโลก ทำให้แผ่นเปลือกโลกบริเวณนั้นถูกหลอมและถูกดึงจนบางลง ทำให้มีความดันปิดล้อมที่ต่ำกว่าสภาวะปกติ ส่งผลให้หินหนืดสามารถหลอมละลายกลายเป็นแมกมาได้ง่ายขึ้น ทั้งที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตามความลึกเท่ากับสภาวะปกติ เรียกกระบวนการแบบนี้ว่า การหลอมละลายแห้ง (dry melting) หรือ การหลอมละลายจากการลดความดัน (decompression melting) ซึ่งภูเขาไฟจำพวกนี้จะเกิดบริเวณขอบของแผ่นเปลือกโลกที่มีการแยกออกจากัน

วิวัฒนาการเคลื่อนที่ออกจากันของแผ่นเปลือกโลก

3) ความร้อน (heat)

นอกจากภูเขาไฟที่เกิดระหว่างขอบแผ่นเปลือกโลก นักธรณีวิทยายังพบว่ามีบางกรณีที่ภูเขาไฟเกิดขึ้นเป็นแนวยาวภายในแผ่นเปลือกโลก เช่น ภูเขาไฟเมานาโลอา (Mauna Loa) บนหมู่เกาะฮาวาย กลางมหาสมุทรแปซิฟิก ซึ่งเพื่อที่จะอธิบายสาเหตุการเกิด นักธรณีวิทยาจึงตั้งสมมุติฐานว่าภูเขาไฟกลางแผ่นเปลือกโลกเหล่านี้ น่าจะเกิดจากการที่มีมวลแมกมาร้อนและลึกอย่างผิดปกติ ลอยขึ้นมาเป็น จุดร้อน (hot spot) หลอมละลายและแทรกดันแผ่นเปลือกโลกเป็นระยะๆ ในขณะที่แผ่นเปลือกโลกเคลื่อนที่ไป ทำให้ได้แนวภูเขาไฟภายในแผ่นเปลือกโลกที่วางตัวสัมพันธ์กับการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก

(ก) การกระจายตัวของแนวหมู่เกาะภูเขาไฟฮาวาย-เอ็มเพอเรอร์ (ข) แบบจำลองการเกิดจุดร้อน

ปัจจุบันนักธรณีวิทยาเชื่อว่าแมกมาที่เป็นแหล่งกำเนิดของจุดร้อนน่าจะเป็นแมกมาระดับลึกที่ลอยขึ้นมาจาก แก่นโลกชั้นนอก

การกระจายตัวของจุดร้อน (จุดสีเหลือง) และแนวหมู่เกาะภูเขา (เส้นสีแดง) รวมทั้งที่ราบสูงหินบะซอลต์ไหลหลาก (พื้นที่สีดำ)

ก็ถือว่าครบถ้วนกระบวนความแล้วนะครับ สำหรับสาเหตุการเกิดแมกมาและภูเขาไฟ โดยสรุป จากการต่อสู้ดึงดันกันระหว่าง 1) การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตามความลึก และ 2) ความดันปิดล้อม ทำให้ใต้เปลือกโลกเป็นเนื้อโลกซึ่งไม่ใช่แมกมา ทำให้ภูเขาไฟไม่ได้เกิดแบบสุ่มไปเรื่อยเปื่อย เพราะการที่จะเกิดภูเขาไฟได้ ใต้เปลือกโลกบริเวณนั้นต้องมีสภาพแวดล้อมที่เอื้อต่อการสร้างแมกมา ซึ่งจากการกระจายตัวของภูเขาไฟที่ยังมีพลังอยู่ในปัจจุบัน นักธรณีวิทยาสรุปว่าแมกมาเกิดขึ้นได้ 3 กรณี คือ 

1) ขอบแผ่นเปลือกโลกที่แยกออกจากกันซึ่งแผ่นเปลือกโลกบริเวณนั้นจะบางกว่าปกติ ทำให้ความดันปิดล้อมลดลง ถึงแม้จะมีอุณหภูมิตามความลึกเท่าเดิม เนื้อโลกบางส่วนจึงหลอมละลายกลายเป็นแมกมา  

2) ขอบแผ่นเปลือกโลกที่มีการชนและมุดกัน แผ่นเปลือกโลกส่วนที่มุดลงไปมีน้ำเป็นส่วนประกอบ ทำให้อุณหภูมิการหลอมละลายต่ำลง เรียกว่าหลอมละลายได้ง่ายขึ้น ทั้งๆ ที่ความดันปิดล้อมอย่างเท่าเดิม แต่เนื้อโลกก็สามารถหลอมละลายกลายเป็นแมกมาได้เหมือนกัน

3) บริเวณภายในหรือกลางแผ่นเปลือกโลก ซึ่งไม่มีการเปลี่ยนแปลงทั้งเรื่องอุณหภูมิและความดัน ดูเผินๆไม่น่าจะเกิดแมกมาได้ แต่ข้อเท็จจริงคือมีภูเขาไฟเกิดขึ้นกลางแผ่นในหลายที่ทั่วโลก ซึ่งถือว่าเป็นการพยายามหาเหตุผลมาสนับสนุนข้อเท็จจริงนี้ นักธรณีวิทยาจึงคาดว่าแมกมาที่อยู่กลางแผ่นน่าจะมาจากการที่แมกมาจากแก่นโลกชั้นนอก ลอยทะลุผ่านเนื้อโลกขึ้นมาและอยู่ใต้แผ่นเปลือกโลก และพุ่งขึ้นไปกลายเป็นภูเขาไฟภายในแผ่นเปลือกโลก

Share: