บทที่ 2 โลกและการเปลี่ยนแปลง

บทที่2 โลกและการเปลี่ยนแปลง

ธรณีแปรสัณฐาน

เปลือกโลกมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา เราเรียกกระบวนการที่โลกสร้างและทำลายแผ่นเปลือกโลกนี้ว่า "ธรณีแปรสัณฐาน ธรณีภาค" หรือ "เพลต เทคโทนิกส์" (PLATE TECTONICS) คำว่า "เพลต" หมายถึงแผ่นธรณีภาค ส่วน "เทคโทนิกส์" เป็นคำภาษากรีกหมายถึงการสร้างขึ้นใหม่ ฉะนั้นเพลต เทคโทนิกส์จึงแปลตรงตัวว่า กระบวนการสร้างแผ่นธรณีภาค คลิกที่ภาพ เพื่อดูการเคลื่อนที่ของแผ่นธรณีเมื่อ 150 ล้านปีที่ผ่านมา

ทวีปในอดีต

อัลเฟรด เวเกเนอร์ (ALFRED WEGENER) นักอุตุนิยมวิทยาชาวเยอรมันในต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 ตั้งข้อสังเกตว่า รูปร่างโค้งชายฝั่งตะวันออกของทวีปอเมริกาใต้สอดรับกับโค้งชายฝั่งตะวันตกของทวีปแอฟริกา เขาได้ตั้งสมมติฐานว่า เมื่อประมาณสองร้อยล้านปีมาแล้ว ทวีปทั้งหลายเคยอยู่ชิดติดกันเป็นมหาทวีปชื่อว่า พันเจีย (PANGAEA) ซึ่งประกอบด้วยดินแดนตอนเหนือชื่อ ลอเรเซีย (LAURASIA) และดินแดนตอนใต้ชื่อ กอนด์วานา (GONDWANA) ดังภาพที่ 1 โดยมีหลักฐานสนับสนุนได้แก่ รูปร่างโค้งเว้าของทวีป ฟอสซิลไดโนเสาร์และพืชโบราณ ร่องรอยของธารน้ำแข็งและภูมิอากาศในอดีต รวมทั้งโครงสร้างทางธรณีวิทยา เช่น องค์ประกอบและอายุหิน ภาพที่ 1 มหาทวีป "พันเจีย"

คลิก เพื่อดูภาพเคลื่อนไหว

นักธรณีวิทยาพบว่า ทวีปที่สัณนิษฐานว่า เคยอยู่ชิดติดกัน จะมีซากฟอสซิลที่เหมือนกัน เช่น ไซโนกาทัส(CYNOGATHUS) สัตว์เลื้อยคลานในยุคไทรแอสสิคอาศัยอยู่ในบราซิลและแอฟริกา, ลีสโทรซอรัส (LYSTROSAURUS) อาศัยอยู่ในแอฟริกา อินเดีย และแอนตาร์กติก, มีโซซอรัส (MESOSAURUS) อาศัยอยู่ในตอนใต้ของอเมริกาใต้และแอฟริกา, ต้นกลอสโซเทรีส (GROSSOTERIS) เคยแพร่พันธุ์อยู่ในอเมริกา แอฟริกา อินเดีย แอนตาร์กติก และออสเตรเลีย ดังภาพที่ 2 ภาพที่ 2 การแพร่พันธุ์ของสัตว์ในอดีต นักอุตุนิยมวิทยาพบร่องรอยของธารน้ำแข็งโบราณในทวีปอเมริกาใต้ แอฟริกา อินเดีย ออสเตรเลีย และแอนตาร์กติก นักธรณีวิทยาพบว่า ภายใต้พื้นที่ทะเลทรายของอเมริกาเหนือและเอเชียกลาง ซึ่งเป็นแหล่งถ่านหินและน้ำมันดิบในปัจจุบัน ในอดีตเคยเป็นเขตศูนย์สูตรซึ่งอุดมไปด้วยป่าไม้ขนาดใหญ่ ซึ่งกลายเป็นแหล่งเชื้อเพลิงฟอสซิลในปัจจุบัน ดังภาพที่ 3 นอกจากนี้นักธรณีได้ทำการตรวจสอบอายุหินฐานซึ่งวางตัวอยู่ชั้นล่างสุด ในบริเวณตอนใต้ของทวีปอเมริกาใต้ แอฟริกา อินเดีย ออสเตรเลีย และแอนตาร์กติก พบว่าหินบริเวณเหล่านี้มีอายุเก่าไล่เลี่ยกัน ภาพที่ 3 สภาพภูมิอากาศในอดีต สีเขียวคือป่าเขตร้อน สีขาวคือธารน้ำแข็ง ในปี พ.ศ.2509 นักธรณีวิทยาชาวแคนาดาชื่อ จอห์น ทูโซ วิลสัน (JOHN TUZO WILSON) ได้ตั้งสมมติฐานว่า เปลือกโลกถูกทำลายและสร้างขี้นใหม่ในลักษณะรีไซเคิลทุกๆ 500 ล้านปี เนื่องจากโลกของเรามีเส้นรอบวงยาวประมาณ 40,000 กิโลเมตร จึงคำนวณได้ว่า เปลือกโลกเคลื่อนที่ด้วยความเร็วปีละ 4 เซนติเมตร ดังนั้นเปลือกโลกซึ่งแยกตัวออกจากกันในซีกโลกหนึ่ง จะเคลื่อนที่ไปชนกันในซีกโลกตรงข้ามโดยใช้เวลาประมาณ 500 ล้านปี ดูรายละเอียดในภาพที่ 4 ภาพที่ 4 วัฏจักรวิลสัน เปลือกโลกมหาสมุทรเกิดขึ้นใหม่จากการโผล่ขึ้นของหินหนืดในจุดร้อน (HOT SPOT) ใต้เปลือกโลก หินหนืดจากฐานธรณีภาคดันเปลือกทวีปทั้งสองให้แยกจากกัน และเคลื่อนที่ไปชนกับเปลือกโลกมหาสมุทรในซีกโลกฝั่งตรงข้าม ซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่าให้จมตัวลง การชนกันทำให้มหาสมุทรทางด้านตรงข้ามมีขนาดเล็กลง ดังภาพที่ 4 (ก) จากนั้นเปลือกโลกทวีปเคลื่อนที่ไปชนกัน ทำให้เกิดมหาทวีปในซีกโลกหนึ่ง (เช่น พันเจีย) และเกิดมหาสมุทรขนาดใหญ่ในซีกตรงข้าม ดังภาพที่ 4 (ข) เมื่อเวลาผ่านไป หินหนืดที่เกิดจากจุดร้อนใต้เปลือกโลก ดันให้เปลือกโลกทวีปเแยกออกจากกัน เกิดเปลือกโลกมหาสมุทรขึ้นมาใหม่ ดันเปลือกทวีปให้แยกตัวจากกัน และเคลื่อนที่ไปชนกับเปลือกโลกมหาสมุทรในซีกตรงข้าม มหาสมุทรจึงมีขนาดเล็กลง ดังภาพที่ 4 (ค) และท้ายที่สุดเปลือกทวีปทั้งสองก็จะชนกันเป็นมหาทวีปอีกครั้ง กระบวนการเช่นนี้เรียกว่า วัฏจักรวิลสัน (WILSON'S CYCLE)

แผ่นธรณี

จึงเย็นตัวได้เร็วกว่าขั้นที่อยู่ภายใน ชั้นที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการเปลี่ยนแปลงของแผ่นธรณีมีสองส่วนคือ ธรณีภาคและฐานธรณีภาค

แผ่นธรณีเคลื่อนที่เข้าหากัน

รอยต่อของแผ่นธรณีเคลื่อนที่เข้าหากัน (COVERGENT PLATE BOUNDARY) เกิดขึ้นในบริเวณที่แผ่นธรณีปะทะกันซึ่งเรียกว่า "เขตมุดตัว"

แผ่นธรณีเคลื่อนที่ผ่านกัน

สันเขาใต้สมุทร (MID OCEANIC RIDGE) เป็นบริเวณที่แมกมาโผล่ขึ้นมาแล้วดันแผ่นธรณีให้แยกออกจากกัน เนื่องจากแผ่นธรณีมีความหนาแน่นไม่เท่ากัน สันเขาใต้สมุทรจึงไม่สามารถต่อยาวเป็นแนวเดียว ทว่าเยื้องสลับกันคล้ายรอยตะเข็บ ด้วยเหตุนี้แผ่นธรณีที่เพิ่งเกิดขึ้นมาใหม่จึงเคลื่อนที่สวนทางกัน ในแนวตั้งฉากกับสันเขาใต้สมุทร เกิดเป็นรอยเลื่อนทรานสฟอร์ม (TRANSFORM FAULT) ดังภาพที่ 1 ปรากฏการณ์นี้ทำให้เกิดแผ่นดินไหวในระดับตื้น มีความรุนแรงปานกลาง ถ้าเกิดขึ้นบนแผ่นดินจะทำให้ถนนขาด สายน้ำเปลี่ยนทิศทางการไหล หรือทำให้เกิดหน้าผาและน้ำตก

แผ่นธรณีเคลื่อนที่ออกจากกัน

รอยต่อแผ่นธรณีเคลื่อนที่ออกจากกัน (DIVERGENT PLATE BOUNDARIES) เกิดขึ้นเนื่องจากแรงดันในชั้นฐานธรณีภาค ดันให้แผ่นธรณีโก่งตัวขึ้นจนเกิดรอยแตก แมกมาอยู่ภายในดันตัวออก ทำให้แผ่นธรณีเคลื่อนที่แยกจากกัน การเคลื่อนที่ของแผ่นธรณีในลักษณะนี้ทำให้เกิดแผ่นดินไหวไม่รุนแรง โดยมีศูนย์กลางอยู่ในระดับตื้น รอยต่อซึ่งเกิดจากแผ่นธรณีเคลื่อนที่ออกจากกันมี 2 ลักษณะ คือ แผ่นธรณีทวีปเคลื่อนที่ออกจากกัน และแผ่นธรณีมหาสมุทรเคลื่อนที่ออกจากกัน

แผ่นธรณีทวีปเคลื่อนที่ออกจากกัน แรงดันในชั้นฐานธรณีภาคดันให้แผ่นธรณีทวีปโก่งตัว ส่วนยอดของรอยโ่ก่งยืดตัวออกและบางลงจนเกิดรอยแตก และทรุดตัวลงกลายเป็น "หุบเขาทรุด" (RIFT VALLEY) แมกมาผลักให้แผ่นธรณีแยกออกจากกัน ตัวอย่างเช่น ทะเลสาบมาลาวี ในทวีปแอฟริกา และ ทะเลแดง ซึ่งกันระหว่างทวีปแอฟริกากับคาบสมุทรอาหรับ ภาพที่ 1 แผ่นธรณีทวีปเคลื่อนที่ออกจากกัน แผ่นธรณีมหาสมุทรเคลื่อนที่ออกจากกัน แรงดันในชั้นฐานธรณีภาคดันให้แผ่นธรณีมหาสมุทรยกตัวขึ้นเป็นสันเขาใต้สมุทร (MID OCEANIC RIDGE) แล้วเกิดรอยแตกที่ส่วนยอด แมกมาผลักให้แผ่นธรณีมหาสมุทรแยกออกจากกัน ตัวอย่างเช่น สันเขาใต้มหาสมุทรแอตแลนติก ภาพที่ 2 แผ่นธรณีมหาสมุทรเคลื่อนที่ออกจากกัน อายุหินและสนามแม่เหล็ก แก่นโลกชั้นในและแก่นโลกชัั้นนอกหมุนไปในทิศทางเดียวกัน แต่ด้วยความเร็วไม่เท่ากัน ถ้าแก่นโลกชั้นในหมุนเร็วกว่าแก่นโลกชั้นนอก จะเกิดแรงเหนี่ยวนำให้เส้นแรงแม่เหล็กโลกเคลื่อนที่จากขั้วใต้ไปยังขั้วเหนือ (NORMALMAGNETISM) แต่ในบางครั้งแก่นโลกชั้นในขยายตัวตามแนวศูนย์สูตร (มีรูปทรงแป้นขึ้น) เป็นสาเหตุให้แก่นโลกชั้นในหมุนช้ากว่าแก่นโลกชั้นนอก ทำให้ให้สนามแม่เหล็กกลับขั้ว (REVERSE MAGNETISM) เส้นแรงแม่เหล็กเคลื่อนที่จากขั้วเหนือไปยังขั้วใต้ (คลิกเพื่อชมวีดีโอ) ภาพที่ 3 การเคลื่อนที่ของแก่นโลกเหนี่ยวนำให้เกิดสนามแม่เหล็กโลก เมื่อแมกมาโผล่ขึ้นจากชั้นฐานธรณีภาค กลายเป็นลาวาหินบะซอลต์ไหลบนพื้นผิวโลก อะตอมของธาตุเหล็กที่มีอยู่ในแร่แมกนีไทต์ จะถูกเหนี่ยวนำให้เรียงตัวตามทิศทางของสนามแม่เหล็กโลก ภาพที่ 4 แสดงให้เห็นว่า ลาวาชั้นล่างมีอายุเก่ากว่าลาวาชั้นบน เพราะเกิดขึ้นมาก่อน ขณะที่ลาวาไหลออกมาจากปล่องภูเขาไฟ มันจะบันทึกทิศทางของเส้นแรงแม่เหล็กโลกในยุคสมัยนั้น ซึ่งจะเห็นได้ว่าเส้นแรงแม่เหล็กโลกสลับทิศทางไปมาในทุกๆ หลายแสนปี เนื่องจากสนามแม่เหล็กโลกสลับขั้วไปมา ภาพที่ 4 เส้นแรงแม่เหล็กโลกสลับขั้วในลาวาภูเขาไฟ ในทำนองเดียวกัน เมื่อแผ่นธรณีมหาสมุทรแยกออกจากกัน ลาวาที่ไหลออกมาก็จะบันทึกทิศทางของสนามแม่เหล็กโลกในยุคนั้นๆ ภาพที่ 5 แสดงให้เห็นว่า เปลือกโลกเคลื่อนที่ออกจากแหล่งกำเนิดในอัตราเฉลี่ย 10 กิโลเมตรต่อล้านปี หรือ 1 เซนติเมตรต่อปี เปลือกโลกบริเวณใกล้รอยแยกมีอายุน้อยกว่าเปลือกโลกที่อยู่ห่างออกไป เส้นแรงแม่เหล็กโลกสลับทิศทางไปมาในทุกๆ หลายแสนปี ภาพที่ 5 เส้นแรงแม่เหล็กโลกสลับขั้วในลาวาพื้นมหาสมุทร