ธรณีแปรสัณฐานแผ่นธรณีภาค (Plate Tectonics)

by

เมื่อกว่าหลายทศวรรษที่ผ่านมา นักทำแผนที่ได้สังเกตเห็นว่าแผ่นทวีปต่างๆ บนโลกนั้นสามารถนำมาต่อกันได้ราวกับว่าครั้งหนึ่งแผ่นทวีปเหล่านี้เคยเป็นแผ่นเดียวกันมาก่อน จากการสังเกตครั้งนั้นร่วมกับการค้นพบซากดึกดำบรรพ์ชนิดเดียวกันบนชายฝั่งอเมริกาเหนือและแอฟริกาในเวลาต่อมา ทำให้นักวิทยาศาสตร์ในช่วงต้นคริสต์ศตวรรษที่ยี่สิบได้เสนอความคิดว่าแผ่นทวีปต่างๆ ที่เคยคิดว่าอยู่นิ่งนั้น แท้จริงแล้วได้มีการเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลา แต่อย่างไรก็ตามในขณะนั้นยังไม่มีใครสามารถอธิบายถึงสาเหตุที่ทำให้แผ่นเปลือกโลกเคลื่อนที่ได้

ในช่วงปีค.ศ. 1950 ถึง 1960 ได้มีการศึกษาทางสุมทรศาสตร์อย่างมากเพื่อหาข้อสนับสนุนแนวความคิดต่างๆ ในอดีต และได้ก่อให้เกิดทฤษฎีของ เพลตเทคโทนิก (plate tectonics) ขึ้นในเวลาต่อมา ทฤษฎีดังกล่าวอธิบายว่าการเคลื่อนที่และปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันของแผ่นหินแข็งที่เรียกว่า แผ่นเปลือกโลก (plates) นั้นมีความเกี่ยวข้องอย่างมากกับการเปลี่ยนแปลงพื้นผิวโลกตลอดช่วงธรณีกาล แผ่นเปลือกโลกเหล่านี้หมายถึงแผ่นธรณีภาค (lithosphere) ที่ประกอบด้วยเปลือกโลก (crust) และชั้นเนื้อโลกส่วนบน (upper mantle) โดยแผ่นธรณีภาควางตัวอยู่บนชั้นหินหนืดร้อนที่สามารถไหลได้คล้ายของเหลวเรียกว่า หินฐานธรณีภาค (asthenosphere) ซึ่งสามารถเปลี่ยนสภาพและเลื่อนไหลในอัตราส่วนเป็นนิ้วต่อปี และก็ได้เป็นคำตอบของสาเหตุที่ทำให้แผ่นเปลือกโลกเคลื่อนที่นั่นเอง

การเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกมี 3 ลักษณะคือ เคลื่อนที่แยกออกจากกัน (divergent) เคลื่อนที่เข้าชนกัน (convergent) และเคลื่อนผ่านกันได้ (transform)

ภาพจำลองดัดแปลงจาก Cybu Richli (www.c2f.to)

เปลือกโลกเคลื่อนที่แยกออกจากกัน

เมื่อแผ่นเปลือกโลกเคลื่อนที่แยกออกจากกันที่บริเวณแนวแผ่นเปลือกโลกแยกตัว (divergent boundaries) หินหนืดร้อน (hot magma) จากชั้นแมนเทิลจะแทรกตัวขึ้นมาตามช่องว่างตามแนวการแยกตัว เมื่อหินหนืดเย็นตัวก็จะกลายเป็นแผ่นเปลือกโลกใหม่  การแทรกตัวขึ้นมาของหินหนืดยังช่วยให้แนวแยกตัวนั้นสูงขึ้นกลายเป็น แนวเทือกเขากลางมหาสมุทร (mid-ocean ridges) ที่ดูเหมือนจะแสดงถึงขอบของแผ่นเปลือกโลกในมหาสมุทร เปลือกโลกใหม่ที่ถูกสร้างขึ้นอย่างต่อเนื่องมีอัตราเร็วในการกำเนิดประมาณ 20 ลูกบาศ์กกิโลเมตรต่อปี

เปลือกโลกเคลื่อนที่เข้าหากัน

เมื่อแผ่นเปลือกโลกมหาสมุทรใหม่มีการเย็นตัวเป็นเวลามากกว่าสิบกว่าล้านปี ความหนาแน่นก็จะค่อยๆ เพิ่มมากขึ้นจนมากกว่าชั้นหินหนืดที่อยู่ด้านล่าง จากนั้นก็จะมุดตัวลงไปใต้โลกในกระบวนการที่เรียกว่า เปลือกโลกมุดตัว (subduction) การมุดตัวนี้จะเกิดขึ้นในบริเวณ แนวแผ่นเปลือกโลกลู่เข้าหากัน (convergent plate boundaries)  ที่ซึ่งแผ่นเปลือกโลกสองแผ่นมีการเคลื่อนที่เข้าชนกัน แผ่นเปลือกโลกมหาสมุทรที่หนักกว่าจะเข้าชนและมุดตัวใต้แผ่นเปลือกโลกภาคพื้นทวีปที่เบากว่า

แผ่นดินไหวและภูเขาไฟ

เมื่อแผ่นเปลือกโลกมุดตัวลงไปในโลก การบดอัดของแผ่นเปลือกโลกทั้งสองและหลอมเป็นบางส่วน (partially melting) เนื่องจากอุณหภูมิและความดันที่สูงขึ้น ก่อให้เกิดแผ่นดินไหวระดับลึก และภูเขาไฟ ขึ้นเหนือบริเวณที่มีการมุดตัว

ตัวการที่ทำให้แผ่นเปลือกโลกเคลื่อน

นักธรณีวิทยาเคยเชื่อว่าความร้อนจากภายในโลกคือตัวการหลักของแรงที่ทำให้แผ่นเปลือกโลกเคลื่อนที่ ปัจจุบันมีการค้นพบว่าเมื่อขอบของแผ่นเปลือกโลกมุดตัว แรงโน้มถ่วง (gravity) จะลากดึงส่วนที่เหลือของแผ่นเปลือกโลกลงไปด้วย แรงดึงนี้เรียกว่า แรงดึงจากการมุดตัวของเปลือกโลก (slab pull)  ซึ่งสามารถดึงให้แผ่นเปลือกโลกแยกออกจากกันในที่บริเวณแนวแผ่นเปลือกโลกแยกตัว และดึงให้แผ่นเปลือกโลกมุดลงในบริเวณแนวการมุดตัว ซึ่งการสร้างและทำลายแผ่นเปลือกโลกโดยกระบวนการเพลตเทคโทนิกนี้เปรียบเสมือนกระบวนการรีไซเคิลเปลือกโลกอย่างช้าๆ นั่นเอง

การสร้างเทือกเขา
          แรงดันจากการมุดตัวของแผ่นเปลือกโลกมหาสมุทรทำให้แผ่นเปลือกภาคพื้นทวีปที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าที่เคลื่อนที่ต้านแรงดังกล่าวเกิดการโก่งตัวเกิดเป็นแนวเทือกเขาขนาดใหญ่ (mountain ranges) ดังเช่น เทือกเขาหิมาลัย
ร่องลึกมหาสมุทรและหมู่เกาะ
          เมื่อแผ่นเปลือกโลกมหาสมุทรสองแผ่นเคลื่อนที่ชนกันและการมุดตัว บริเวณที่มีการมุดตัวจะเกิดร่องลึกมหาสมุทร (oceanic trenches) และแนวหมู่เกาะภูเขาไฟ (volcanic island chains)

เปลือกโลกเคลื่อนที่ผ่านกัน

แผ่นเปลือกโลกบางแผ่นมีการเคลื่อนที่ผ่านซึ่งกันและกันในบริเวณแนวรอยเลื่อนแปรสภาพขนาดใหญ่ (transform boundaries) ที่ซึ่งไม่มีการสร้างหรือทำลายแผ่นเปลือกโลก  แนวแผ่นเปลือกโลกตามรอยเลื่อนแปรสภาพขนาดใหญ่นี้มักพบในแผ่นเปลือกโลกมหาสมุทร ซึ่งเป็นสาเหตุทำให้แนวเทือกเขากลางมหาสมุทรเลื่อนเหลื่อมออกจากกัน บางบริเวณก็พบว่าตัดผ่านแผ่นเปลือกโลกภาคพื้นทวีปด้วย ในมหาสมุทรแนวดังกล่าวนี้มักจะก่อให้เกิดแผ่นดินไหวขนาดเล็กอยู่เป็นประจำ ส่วนในภาคพื้นทวีปแนวดังกล่าวมักถูกจำกัดทำให้เกิดการสะสมพลังงานและก่อให้เกิดแผ่นดินไหวรุนแรงในเวลาต่อมาเมื่อเกิดการเลื่อนอย่างฉับพลัน ซึ่งก่อให้เกิดความเสียหายได้ ดังเช่น รอยเลื่อนซานแอนเดียส

เราสามารถแบ่งเปลือกโลกขนาดใหญ่ออกเป็นแผ่นๆ ได้กว่า 15 แผ่น โดยภูเขาไฟและแผ่นดินไหวมักเกิดขึ้นในบริเวณรอยต่อของแผ่นเปลือกโลกต่างๆ ดังเช่นบริเวณที่เรียกว่า วงแหวนภูเขาไฟแปซิฟิก (the Pacific Ring of Fire)

ภาพแผนที่จาก Müller et al. 2008

เมื่อมีการสร้างแผ่นเปลือกโลกใหม่ที่บริเวณแนวเทือกเขากลางมหาสมุทร แผ่นเปลือกโลกที่แก่กว่าจะถูกผลักออกไปทางด้านข้างในกระบวนการที่เรียกว่าการเปิดออกของพื้นมหาสมุทร (seafloor spreading) ดังนั้นเราสามารถเทียบอายุของเปลือกโลกได้จากกระบวนการนี้ แนวเทือกเขากลางมหาสมุทรคือบริเวณที่เป็นเส้นสีแถงตรงกลาง

ภาพสรุปลักษณะธรณีแปรสัณฐานแผ่นธรณีภาค

2 Comments

  1. Pingback: เส้นทางอาชีพนักธรณีวิทยา

  2. ขอบคุณมากๆเลยนะคะ ได้ความรู้มากๆเลย

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Connect with Facebook

*

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>