วันนี้จะมาพูดถึงเรื่องหินหนืด หรือ magma ครับ เพราะว่าดูเหมือนเกือบๆจะทุกคนเข้าใจเรื่องนี้ผิดไปค่อนข้างเยอะครับ ...มาเริ่มกันเลย
จากการศึกษาเราแบ่งโครงสร้างของโลกออกเป็น 2 แบบคือ แบ่งตามลักษณะทางกายภาพ และแบ่งตามองค์ประกอบทางเคมีดังรูป
ถ้าพูดถึงกายภาพจากคุณสมบัติการไหลของของเหลว เราจะวัดเป็นค่าความหนืด มีหน่วยเป็น ปัวส์ (poise)
ชั้น lithosphere มีความหนืดประมาณ 10^23 ปัวส์ (poise)
ชั้น asthenosphere มีความหนืดประมาณ 10^21 ปัววส์ ความหนืดเป็นคุณสมบัติของของเหลวที่จะต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุในของเหลว ถ้าหากของเหลวมีความหนาแน่นมากๆจะมีความหนืดมาก แรงต้านภายในของของเหลวต่อวัตถุที่เคลื่อนที่ผ่านเรียกว่า แรงหนืด และ 1 ปัวส์ หรือ 1 นิวตัน-วินาที/เมตร^2 คือ ความเค้นเฉือน 1 นิวตัน/เมตร^2 กระทํากับของเหลวทําให้เกิด strain rate 1.0 วินาที-1 เพื่อเปรียบเทียบให้เห็นภาพชัด ลองนึกถึงกรณีที่เราว่ายน้ําหรือเดินในน้ําความหนืดของน้ําประมาณ 0.008 ปัวส์ กรณีเดินในน้ําผึ้งโดยน้ําผึ้งมีความหนืดประมาณ 4 ปัวส์ กรณีเดินในจารบีโดยจารบีมีความหนืดประมาณ 10^7 ปัวส์ หรือเดินในนํ้าแข็งโดยนํ้าแข็งมีความหนืดประมาณ 10^12 ปัวส์ หรือเดินในหินทรายโดยหินทรายมีความหนืดประมาณ 10^18 ปัวส์ จากตัวอย่างที่กล่าวมาจะเห็นว่าความหนืดของชั้น asthenosphere นั้นมีมากกว่าหินทราย ดังนั้นจึงไม่เป็นของเหลวแต่อย่างใด แต่เมื่อเทียบกับชั้น lithosphere แล้วมีความหนืดน้อยกว่าจึงทําให้ชั้น lithosphere เคลื่อนที่อยู่บน ชั้น asthenosphere ...แล้วหินหนืดมาจากไหน ?
กําเนิดหินหนืด (Origin of magma)
ในอดีตการอธิบายกําเนิดของหินหนืดนั้นค่อนข้างคลุมเครือ เพราะข้อมูลยังมีค่อนข้างน้อย บ้างก็อธิบายว่า หินหนืดนั้นอยู่ใต้เปลือกโลก และเปลือกโลกลอยอยู่บนทะเลหินหนืด
จากคําอธิบายข้างต้น ถ้าเปลือกโลกลอยอยู่บนทะเลหินหนืด หากเปลือกโลกเกิด การแตก หินหนืดอาจปะทุหรือแทรกขึ้นมาได้ ดังนั้น ทุกๆ พื้นที่ย่อมมีโอกาสที่จะเกิดการปะทุของภูเขาไฟได้ และมนุษย์เราคงอยู่กันด้วยความหวาดกลัวภัยพิบัติจากภูเขาไฟระเบิด เพราะทุกๆ พื้นที่มีความเสี่ยงเท่ากัน แต่ความจริงไม่ได้เป็นเช่นนั้น ปัจจุบันเราทราบว่าพื้นที่ใดมีความเสี่ยงต่อการปะทุของภูเขาไฟมากที่สุด และพื้นที่ใดไม่มีโอกาสของการปะทุของภูเขาไฟได้เลยในรอบ หมื่น แสน หรือ ล้านปี เป็นต้น เพราะข้อมูลของการเกิดภูเขาไฟระเบิดและแผ่นดินไหว และข้อมูลการสํารวจสภาพพื้นดินใต้ผิวดิน ใต้ทะเล และใต้พื้นทะเล ทําให้เราพบแนวของภูเขาไฟ ดังแสดงในรูป คําอธิบายว่าเปลือกโลก ลอยอยู่บนทะเลหินหนืดจึงตกไป หรือไม่ถูกต้อง
ปัจจุบันคําอธิบายของการเกิดหินหนืด อธิบายในลักษณะที่เชื่อมโยงกับ กระบวนการแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลก (tectonic process) หากตําราใดที่ไม่ได้อ้างถึงกระบวนการแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลก เมื่ออธิบายถึงกําเนิดของหินหนืดถือว่าไม่มีการปรับแก้ (update)
คําอธิบายของการเกิดหินหนืด เมื่อผนวกเอาความรู้เกี่ยวกับกระบวนการแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลก ทําให้เป็นที่ยอมรับกันในปัจจุบันมากที่สุด เพราะจากรูปข้างบน พบการปะทุของหินหนืด หรือแนวภูเขาอยู่บริเวณขอบของแผ่นเปลือกโลก (plate boundary) เป็นส่วนใหญ่ มีเพียงส่วนน้อยที่พบห่างจากขอบของแผ่นเปลือกโลกหรืออยู่กลางแผ่นเปลือกโลก การพบแนวภูเขาไฟอยู่กลางแผ่นเปลือกโลก หรือห่างจากขอบของแผ่นเปลือกโลกมากๆ อธิบายว่าเกิดจากส่วนที่เป็น จุดความร้อนสูง (hot spot) ที่มีคําอธิบายแต่ยังไม่เป็นที่สรุปว่า (1) อาจมีแหล่งกําเนิดจากแกนโลก หรือ (2) อาจเกิดอยู่ในชั้นเนื้อโลกที่มีความผิดปกติ จุดความร้อนสูงทําให้หินในเนื้อโลกหลอมเหลวไปบางส่วน (partial melting) และปะทุขึ้นมา จุดความร้อนสูงอยู่ตําแหน่งเดิมไม่เคลื่อนที่ (fix) แต่เพราะว่าแผ่นเปลือกโลกมีการเคลื่อนที่ ตลอดเวลา(moving plate) ดังนั้นแนวภูเขาไฟในบริเวณที่มีจุดความร้อนสูง จึงมีการขยับไป ตามการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก
ดังนั้นในทุกๆ พื้นที่ใต้เปลือกโลกไม่ได้มีหินหนืด หินหนืดมีเฉพาะในบางพื้นที่เท่านั้น นั่นคือ บริเวณขอบของแผ่นเปลือกโลกไม่ว่าจะเป็นส่วนที่มีการมุดตัว (subduction zone) หรือส่วนที่มีการแยกออกจากกันของแผ่นเปลือกโลกในทะเล (seafloor spreading) แนวของแผ่นดินไหวสามารถเทียบได้ว่า คือ แหล่งกําเนิดของแนวหินหนืด
ในบริเวณส่วนที่มีการมุดตัวของแผ่นเปลือกโลก (plate) ลงไปใต้แผ่นเปลือกโลกอีกแผ่น จะทําให้หินในส่วนของเปลือกโลก (crust) จากแผ่นเปลือกโลก (plate) ที่มุดเคลื่อนตัวลงสู่ชั้นเนื้อโลก (mantle) อุณหภูมิ และการเสียดสีจากการเคลื่อนลึกลงไปรวมทั้งจากแรงโน้มถ่วงที่ดึงเอาแผ่นเปลือกโลกนั้นจมลง (slap pull) และจากน้ำหนักกดจากแผ่นเปลือกโลกด้านบน และจากแรงผลัก (ridge push) ในส่วนที่มีการแยกออกจากกัน ดังแสดงในรูปข้างล่าง
หินของเปลือกโลก (crustal rocks) จะหลอมเหลว และหินในเนื้อโลก (mantle rocks) บางส่วน ก็จะหลอมเหลวตามไปด้วย ซึ่งการหลอมเหลวบางส่วน (partial melting) ของหินในเนื้อโลก หมายถึง การหลอมเหลวของแร่องค์ประกอบบางตัวในเนื้อหินที่สามารถหลอมได้ แต่ก็ยังมีบางส่วนไม่หลอมเหลว รูป (ก) แสดงแผนภาพตัวอย่างคร่าวๆ แสดงขอบเขตของสภาวะของแร่ที่เกิดเป็นของแข็ง หลอมเหลวบางส่วน และของเหลว ซึ่งปกติหินในเนื้อโลกไม่หลอมเหลว แต่ถ้าหากถูกทําให้อุณหภูมิสูงขึ้น จนถึงจุดหลอมเหลวย่อมสามารถหลอมเหลวได้ การเคลื่อนตัวลงไปของแผ่นเปลือกโลก ทําให้เกิดความร้อนจากการเสียดสี (friction heat) ความร้อนนี้หากสูงพอจนทําให้หินในเนื้อโลกหลอมเหลวได้ (รูป (ข)) หินในเนื้อโลกก็จะหลอมเหลวเป็นหินหนืด เรียกว่าเป็นการหลอมเหลวบางส่วน
จากบริเวณที่มี (1) การมุดตัวของแผ่นเปลือกโลก (2) การแยกตัวออกจากกันของแผ่นเปลือกโลกในทะเล และ (3) การยืดหรือขยายในที่สุดก็จะเกิดการแยกของแผ่นเปลือกโลก (rifting) ทั้ง 3 กรณี ย่อมมีความแตกต่างของความร้อนเกิดขึ้นใต้บริเวณนั้น จากหลักฟิสิกส์ของการแตกต่างของความร้อน บริเวณใดที่ความแตกต่างของความร้อน บริเวณนั้นย่อมมีการถ่ายเทความร้อน เพื่อปรับให้สมดุล กระแสความร้อนต่ำจะเคลื่อนลงชั้นล่าง กระแสความร้อนสูงจะเคลื่อนขึ้นบน ทําให้เกิดการเคลื่อนที่ ของกระแสความร้อน (convection current) ดังรูป
จากรูปข้างบน เมื่อประยุกต์อธิบายในบริเวณที่มีการแยกตัวของแผ่นเปลือกโลกในทะเลดังแสดง ในรูปด้านล่าง กระแสความร้อนที่ร้อน จะเคลื่อนขึ้นสู่บริเวณรอยแยก ย่อมทําให้อุณหภูมิของบริเวณรอย แยกร้อนมากขึ้น ตรงกันข้าม กระแสความร้อนต่ําจะเคลื่อนตัวลง ย่อมทําให้อุณหภูมิที่อยู่ลึกลงไปลดลง ไล่ให้อุณหภูมิสูงเคลี่อนขึ้นบน หินในชั้นเนื้อโลกบริเวณที่มีกระแสของอุณหภูมิสูงเคลื่อนผ่าน หากอุณหภูมิสูงเกินจุดหลอมเหลวของแร่บางประเภทของหินในเนื้อโลก หินในเนื้อโลกย่อมเกิดการหลอมเหลวบางส่วนแทรกดันขึ้นมา ซึ่งในบริเวณนี้ พบหินบะซอลต์ และแกบโบรเป็นส่วนใหญ่
ในบริเวณที่มีการแยกตัวของแผ่นเปลือกโลกในทะเล การเกิดหินหนืด นอกจากเกิดจาก กระแสการหมุนเวียนของความร้อน (convection current) แล้วยังเกิดจากผลของการที่น้ำหนักหายไปทําให้ ความดันหรือความเค้นลดลง (decompression) เมื่อความดันหรือความเค้นลดลง จุดหลอมเหลวของหิน ก็จะลดลง ตัวอย่างเช่น แร่ควอตซ์บริสุทธิ์ จะหลอมเหลวที่อุณหภูมิ 1,500 องศาเซลเซียส ในความดันห้อง หรือความดันบรรยากาศ (อันเดียวกันรึป่าวไม่แน่ใจ ^^) แต่ถ้าเพิ่มความดันเข้าไป 2,600 MPa แร่ควอตซ์จะหลอมเหลวที่อุณหภูมิสูงขึ้น ตรงกันข้ามถ้าลดความดันลง แร่ควอตซ์จะหลอมเหลวที่อุณหภูมิต่ําลง เป็นต้น
ภาพ sketch ของบริเวณแผ่นเปลือกโลกที่มีการยืด และในที่สุดก็จะเกิดการแยกของแผ่นเปลือกโลก (rifting) ดังแสดงในรูปด้านล่าง ซึ่งความหนาของแผ่นเปลือกโลกลดลงตามลําดับ น้ําหนักที่เคยกดทับด้านบนหายไปความดันรอบข้าง (confining pressure) เปลี่ยนไปหินในเนื้อโลกยกตัวสูงขึ้น (mantle upwelling) อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงไป ดังนั้นหากผลของอุณหภูมิเปลี่ยนแปลงเกิด convection current ผนวกกับความดันเปลี่ยนแปลงเกิด decompression โอกาสหินในเนื้อโลกจะหลอมเหลวเป็นหินหนืดก็มีมากขึ้น
ทํานองเดียวกับกรณีของบริเวณที่มีการมุดตัวของแผ่นเปลือกโลก (รูปด้านล่าง) หินจากเปลือกโลก (crust) ในส่วนที่มุดลงไปใต้แผ่นเปลือกโลกอีกแผ่น จะหลอมเหลวที่ความลึกประมาณ 60-100 กิโลเมตร จากผลของการมุดลงไปและหลอมเหลว ส่งผลให้หินในเนื้อโลกหลอมเหลวด้วย การหลอมเหลวของหินในเนื้อโลก ถ้าหากมีสิ่งแปลกปลอม นั่นคือ หินจากเปลือกโลกส่วนที่มุดลงไป จะทําให้จุดหลอมเหลวของหินในเนื้อโลกลดลง เพราะมีสิ่งแปลกปลอมแทรกเข้ามา เช่น กรณีของแร่ควอตซ์บริสุทธิ์หลอมเหลวที่ 1,500 องศาเซลเซียส แต่ถ้ามีเฟลด์สปาร์ปะปนบางส่วน แร่ควอตซ์จะ หลอมเหลวที่ 1,000 องศาเซลเซียส เป็นต้น
หินอัคนีในบริเวณที่เป็นรอยแยกของแผ่นเปลือกโลกในทะเล (sea floor spreading) หรือหินในเปลือกมหาสมุทร (oceanic crust) จะเป็นหินจําพวกบะซอลต์ (basalt) และแกบโบร(gabbro) จัดเป็น หินหนืดประเภทบะซอลต์ (basaltic magma) ซึ่งมีองค์ประกอบทางเคมีคล้ายหินในเนื้อโลกมาก คําอธิบายที่กล่าวมาจึงน่าเชื่อถือ หินในเนื้อโลกส่วนใหญ่ คือ หินเพริโดไทต์ (peridotite) ประกอบด้วย แร่โอลิวีน (olivine) ออร์โทไพรอกซีน (orthopyroxene) และไคลโนไพรอกซีน (clinopyroxene) ซึ่ง เนื้อโลกหนาประมาณ 3,490 กิโลเมตร และที่ความลึกระหว่าง 400 ถึง 670 กิโลเมตร เนื้อโลกมีลักษณะของความเป็นพลาสติกสูง (highly ductile) ทําให้วัดความเร็วของคลื่นจากหินของเนื้อโลกบริเวณนี้ต่ำ ผิดปกติเรียกว่าขอบเขตความเร็วต่ำ (Low Velocity Zone, LVZ) อธิบายว่าหินเพริโดไทต์ที่มีองค์ประกอบของโอลิวีน และไพรอกซีนเป็นหลักนั้น มีการเปลี่ยนเฟส (phase change) ทําให้เกิดความผิดปกติในช่วงบริเวณนี้ การหลอมเหลวบางส่วนของหินในเนื้อโลกจึงได้หินหนืดที่มีองค์ประกอบของพวกเหล็กและแมกนีเซียม
จากคําอธิบายนี้ ย่อมทําให้เราเข้าใจได้แล้วว่า ทําไมหินอัคนีของเปลือกโลกส่วนที่เป็นมหาสมุทร (oceanic crust) จึงแตกต่างจากเปลือกโลกส่วนที่เป็นทวีป (continental crust) นั่นคือ แหล่งกําเนิดต่างกัน เปลือกโลกส่วนที่เป็นมหาสมุทรมีแหล่งกําเนิดจากหินในเนื้อโลกทั้งหมด ขณะที่ในเปลือกโลกส่วนที่เป็นทวีปมาจากหินในเปลือกโลก ซึ่งอาจเป็นทั้งเปลือกโลกส่วนที่เป็นมหาสมุทร หรือส่วนที่เป็นทวีป รวมทั้งจากหินในเนื้อโลกบางส่วน (partial melting) จะได้เป็นหินหนืดจําพวกแอนดีไซต์ (andesitic magna) ส่วนมหาสมุทรได้เป็นจําพวกบะซอลต์ (basaltic magma)
กรณีหินหนืดที่เกิดจากจุดความร้อนสูงพบเป็นหินจําพวกบะซอลต์ (basaltic magma) เพราะ แหล่งกําเนิดมาจากหินในเนื้อโลก หลอมเหลวจากผลที่เคลื่อนผ่านตําแหน่งของจุดความร้อนสูง กรณีศึกษาการเกิดหินอัคนีส่วนนี้ที่สําคัญคือบริเวณหมู่เกาะฮาวาย (Hawaii) จะเป็นแนวของภูเขาไฟที่สอดคล้องกับทิศทางการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก หินหนืดส่วนที่ไม่ได้เกิดจากบริเวณจุดความร้อนสูง (hot spot) จึงเกิดจากผลของการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกถ้าแผ่นเปลือกโลกไม่เคลื่อนที่ไม่มีการมุด ไม่มีการแยกตัวออกจากกัน (rifting and spreading) หินหนืดจะไม่เกิดขึ้น
โอเครครับ คงน่าจะพอเข้าใจและเห็นภาพนะครับ หากมีข้อสงสัยก็ลองสอบถามเข้ามาได้ครับ หรือมีข้อผิดพลาดอยากจะชี้แนะก็ยินดีครับผม ^^
มาทำความเข้าใจเกี่ยวกับโลกกันใหม่ดีกว่า : กำเนิดหินหนืด (Origin of Magma)
จากการศึกษาเราแบ่งโครงสร้างของโลกออกเป็น 2 แบบคือ แบ่งตามลักษณะทางกายภาพ และแบ่งตามองค์ประกอบทางเคมีดังรูป
ถ้าพูดถึงกายภาพจากคุณสมบัติการไหลของของเหลว เราจะวัดเป็นค่าความหนืด มีหน่วยเป็น ปัวส์ (poise)
ชั้น lithosphere มีความหนืดประมาณ 10^23 ปัวส์ (poise)
ชั้น asthenosphere มีความหนืดประมาณ 10^21 ปัววส์ ความหนืดเป็นคุณสมบัติของของเหลวที่จะต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุในของเหลว ถ้าหากของเหลวมีความหนาแน่นมากๆจะมีความหนืดมาก แรงต้านภายในของของเหลวต่อวัตถุที่เคลื่อนที่ผ่านเรียกว่า แรงหนืด และ 1 ปัวส์ หรือ 1 นิวตัน-วินาที/เมตร^2 คือ ความเค้นเฉือน 1 นิวตัน/เมตร^2 กระทํากับของเหลวทําให้เกิด strain rate 1.0 วินาที-1 เพื่อเปรียบเทียบให้เห็นภาพชัด ลองนึกถึงกรณีที่เราว่ายน้ําหรือเดินในน้ําความหนืดของน้ําประมาณ 0.008 ปัวส์ กรณีเดินในน้ําผึ้งโดยน้ําผึ้งมีความหนืดประมาณ 4 ปัวส์ กรณีเดินในจารบีโดยจารบีมีความหนืดประมาณ 10^7 ปัวส์ หรือเดินในนํ้าแข็งโดยนํ้าแข็งมีความหนืดประมาณ 10^12 ปัวส์ หรือเดินในหินทรายโดยหินทรายมีความหนืดประมาณ 10^18 ปัวส์ จากตัวอย่างที่กล่าวมาจะเห็นว่าความหนืดของชั้น asthenosphere นั้นมีมากกว่าหินทราย ดังนั้นจึงไม่เป็นของเหลวแต่อย่างใด แต่เมื่อเทียบกับชั้น lithosphere แล้วมีความหนืดน้อยกว่าจึงทําให้ชั้น lithosphere เคลื่อนที่อยู่บน ชั้น asthenosphere ...แล้วหินหนืดมาจากไหน ?
กําเนิดหินหนืด (Origin of magma)
ในอดีตการอธิบายกําเนิดของหินหนืดนั้นค่อนข้างคลุมเครือ เพราะข้อมูลยังมีค่อนข้างน้อย บ้างก็อธิบายว่า หินหนืดนั้นอยู่ใต้เปลือกโลก และเปลือกโลกลอยอยู่บนทะเลหินหนืด
จากคําอธิบายข้างต้น ถ้าเปลือกโลกลอยอยู่บนทะเลหินหนืด หากเปลือกโลกเกิด การแตก หินหนืดอาจปะทุหรือแทรกขึ้นมาได้ ดังนั้น ทุกๆ พื้นที่ย่อมมีโอกาสที่จะเกิดการปะทุของภูเขาไฟได้ และมนุษย์เราคงอยู่กันด้วยความหวาดกลัวภัยพิบัติจากภูเขาไฟระเบิด เพราะทุกๆ พื้นที่มีความเสี่ยงเท่ากัน แต่ความจริงไม่ได้เป็นเช่นนั้น ปัจจุบันเราทราบว่าพื้นที่ใดมีความเสี่ยงต่อการปะทุของภูเขาไฟมากที่สุด และพื้นที่ใดไม่มีโอกาสของการปะทุของภูเขาไฟได้เลยในรอบ หมื่น แสน หรือ ล้านปี เป็นต้น เพราะข้อมูลของการเกิดภูเขาไฟระเบิดและแผ่นดินไหว และข้อมูลการสํารวจสภาพพื้นดินใต้ผิวดิน ใต้ทะเล และใต้พื้นทะเล ทําให้เราพบแนวของภูเขาไฟ ดังแสดงในรูป คําอธิบายว่าเปลือกโลก ลอยอยู่บนทะเลหินหนืดจึงตกไป หรือไม่ถูกต้อง
ปัจจุบันคําอธิบายของการเกิดหินหนืด อธิบายในลักษณะที่เชื่อมโยงกับ กระบวนการแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลก (tectonic process) หากตําราใดที่ไม่ได้อ้างถึงกระบวนการแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลก เมื่ออธิบายถึงกําเนิดของหินหนืดถือว่าไม่มีการปรับแก้ (update)
คําอธิบายของการเกิดหินหนืด เมื่อผนวกเอาความรู้เกี่ยวกับกระบวนการแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลก ทําให้เป็นที่ยอมรับกันในปัจจุบันมากที่สุด เพราะจากรูปข้างบน พบการปะทุของหินหนืด หรือแนวภูเขาอยู่บริเวณขอบของแผ่นเปลือกโลก (plate boundary) เป็นส่วนใหญ่ มีเพียงส่วนน้อยที่พบห่างจากขอบของแผ่นเปลือกโลกหรืออยู่กลางแผ่นเปลือกโลก การพบแนวภูเขาไฟอยู่กลางแผ่นเปลือกโลก หรือห่างจากขอบของแผ่นเปลือกโลกมากๆ อธิบายว่าเกิดจากส่วนที่เป็น จุดความร้อนสูง (hot spot) ที่มีคําอธิบายแต่ยังไม่เป็นที่สรุปว่า (1) อาจมีแหล่งกําเนิดจากแกนโลก หรือ (2) อาจเกิดอยู่ในชั้นเนื้อโลกที่มีความผิดปกติ จุดความร้อนสูงทําให้หินในเนื้อโลกหลอมเหลวไปบางส่วน (partial melting) และปะทุขึ้นมา จุดความร้อนสูงอยู่ตําแหน่งเดิมไม่เคลื่อนที่ (fix) แต่เพราะว่าแผ่นเปลือกโลกมีการเคลื่อนที่ ตลอดเวลา(moving plate) ดังนั้นแนวภูเขาไฟในบริเวณที่มีจุดความร้อนสูง จึงมีการขยับไป ตามการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก
ดังนั้นในทุกๆ พื้นที่ใต้เปลือกโลกไม่ได้มีหินหนืด หินหนืดมีเฉพาะในบางพื้นที่เท่านั้น นั่นคือ บริเวณขอบของแผ่นเปลือกโลกไม่ว่าจะเป็นส่วนที่มีการมุดตัว (subduction zone) หรือส่วนที่มีการแยกออกจากกันของแผ่นเปลือกโลกในทะเล (seafloor spreading) แนวของแผ่นดินไหวสามารถเทียบได้ว่า คือ แหล่งกําเนิดของแนวหินหนืด
ในบริเวณส่วนที่มีการมุดตัวของแผ่นเปลือกโลก (plate) ลงไปใต้แผ่นเปลือกโลกอีกแผ่น จะทําให้หินในส่วนของเปลือกโลก (crust) จากแผ่นเปลือกโลก (plate) ที่มุดเคลื่อนตัวลงสู่ชั้นเนื้อโลก (mantle) อุณหภูมิ และการเสียดสีจากการเคลื่อนลึกลงไปรวมทั้งจากแรงโน้มถ่วงที่ดึงเอาแผ่นเปลือกโลกนั้นจมลง (slap pull) และจากน้ำหนักกดจากแผ่นเปลือกโลกด้านบน และจากแรงผลัก (ridge push) ในส่วนที่มีการแยกออกจากกัน ดังแสดงในรูปข้างล่าง
หินของเปลือกโลก (crustal rocks) จะหลอมเหลว และหินในเนื้อโลก (mantle rocks) บางส่วน ก็จะหลอมเหลวตามไปด้วย ซึ่งการหลอมเหลวบางส่วน (partial melting) ของหินในเนื้อโลก หมายถึง การหลอมเหลวของแร่องค์ประกอบบางตัวในเนื้อหินที่สามารถหลอมได้ แต่ก็ยังมีบางส่วนไม่หลอมเหลว รูป (ก) แสดงแผนภาพตัวอย่างคร่าวๆ แสดงขอบเขตของสภาวะของแร่ที่เกิดเป็นของแข็ง หลอมเหลวบางส่วน และของเหลว ซึ่งปกติหินในเนื้อโลกไม่หลอมเหลว แต่ถ้าหากถูกทําให้อุณหภูมิสูงขึ้น จนถึงจุดหลอมเหลวย่อมสามารถหลอมเหลวได้ การเคลื่อนตัวลงไปของแผ่นเปลือกโลก ทําให้เกิดความร้อนจากการเสียดสี (friction heat) ความร้อนนี้หากสูงพอจนทําให้หินในเนื้อโลกหลอมเหลวได้ (รูป (ข)) หินในเนื้อโลกก็จะหลอมเหลวเป็นหินหนืด เรียกว่าเป็นการหลอมเหลวบางส่วน
จากบริเวณที่มี (1) การมุดตัวของแผ่นเปลือกโลก (2) การแยกตัวออกจากกันของแผ่นเปลือกโลกในทะเล และ (3) การยืดหรือขยายในที่สุดก็จะเกิดการแยกของแผ่นเปลือกโลก (rifting) ทั้ง 3 กรณี ย่อมมีความแตกต่างของความร้อนเกิดขึ้นใต้บริเวณนั้น จากหลักฟิสิกส์ของการแตกต่างของความร้อน บริเวณใดที่ความแตกต่างของความร้อน บริเวณนั้นย่อมมีการถ่ายเทความร้อน เพื่อปรับให้สมดุล กระแสความร้อนต่ำจะเคลื่อนลงชั้นล่าง กระแสความร้อนสูงจะเคลื่อนขึ้นบน ทําให้เกิดการเคลื่อนที่ ของกระแสความร้อน (convection current) ดังรูป
จากรูปข้างบน เมื่อประยุกต์อธิบายในบริเวณที่มีการแยกตัวของแผ่นเปลือกโลกในทะเลดังแสดง ในรูปด้านล่าง กระแสความร้อนที่ร้อน จะเคลื่อนขึ้นสู่บริเวณรอยแยก ย่อมทําให้อุณหภูมิของบริเวณรอย แยกร้อนมากขึ้น ตรงกันข้าม กระแสความร้อนต่ําจะเคลื่อนตัวลง ย่อมทําให้อุณหภูมิที่อยู่ลึกลงไปลดลง ไล่ให้อุณหภูมิสูงเคลี่อนขึ้นบน หินในชั้นเนื้อโลกบริเวณที่มีกระแสของอุณหภูมิสูงเคลื่อนผ่าน หากอุณหภูมิสูงเกินจุดหลอมเหลวของแร่บางประเภทของหินในเนื้อโลก หินในเนื้อโลกย่อมเกิดการหลอมเหลวบางส่วนแทรกดันขึ้นมา ซึ่งในบริเวณนี้ พบหินบะซอลต์ และแกบโบรเป็นส่วนใหญ่
ในบริเวณที่มีการแยกตัวของแผ่นเปลือกโลกในทะเล การเกิดหินหนืด นอกจากเกิดจาก กระแสการหมุนเวียนของความร้อน (convection current) แล้วยังเกิดจากผลของการที่น้ำหนักหายไปทําให้ ความดันหรือความเค้นลดลง (decompression) เมื่อความดันหรือความเค้นลดลง จุดหลอมเหลวของหิน ก็จะลดลง ตัวอย่างเช่น แร่ควอตซ์บริสุทธิ์ จะหลอมเหลวที่อุณหภูมิ 1,500 องศาเซลเซียส ในความดันห้อง หรือความดันบรรยากาศ (อันเดียวกันรึป่าวไม่แน่ใจ ^^) แต่ถ้าเพิ่มความดันเข้าไป 2,600 MPa แร่ควอตซ์จะหลอมเหลวที่อุณหภูมิสูงขึ้น ตรงกันข้ามถ้าลดความดันลง แร่ควอตซ์จะหลอมเหลวที่อุณหภูมิต่ําลง เป็นต้น
ภาพ sketch ของบริเวณแผ่นเปลือกโลกที่มีการยืด และในที่สุดก็จะเกิดการแยกของแผ่นเปลือกโลก (rifting) ดังแสดงในรูปด้านล่าง ซึ่งความหนาของแผ่นเปลือกโลกลดลงตามลําดับ น้ําหนักที่เคยกดทับด้านบนหายไปความดันรอบข้าง (confining pressure) เปลี่ยนไปหินในเนื้อโลกยกตัวสูงขึ้น (mantle upwelling) อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงไป ดังนั้นหากผลของอุณหภูมิเปลี่ยนแปลงเกิด convection current ผนวกกับความดันเปลี่ยนแปลงเกิด decompression โอกาสหินในเนื้อโลกจะหลอมเหลวเป็นหินหนืดก็มีมากขึ้น
ทํานองเดียวกับกรณีของบริเวณที่มีการมุดตัวของแผ่นเปลือกโลก (รูปด้านล่าง) หินจากเปลือกโลก (crust) ในส่วนที่มุดลงไปใต้แผ่นเปลือกโลกอีกแผ่น จะหลอมเหลวที่ความลึกประมาณ 60-100 กิโลเมตร จากผลของการมุดลงไปและหลอมเหลว ส่งผลให้หินในเนื้อโลกหลอมเหลวด้วย การหลอมเหลวของหินในเนื้อโลก ถ้าหากมีสิ่งแปลกปลอม นั่นคือ หินจากเปลือกโลกส่วนที่มุดลงไป จะทําให้จุดหลอมเหลวของหินในเนื้อโลกลดลง เพราะมีสิ่งแปลกปลอมแทรกเข้ามา เช่น กรณีของแร่ควอตซ์บริสุทธิ์หลอมเหลวที่ 1,500 องศาเซลเซียส แต่ถ้ามีเฟลด์สปาร์ปะปนบางส่วน แร่ควอตซ์จะ หลอมเหลวที่ 1,000 องศาเซลเซียส เป็นต้น
หินอัคนีในบริเวณที่เป็นรอยแยกของแผ่นเปลือกโลกในทะเล (sea floor spreading) หรือหินในเปลือกมหาสมุทร (oceanic crust) จะเป็นหินจําพวกบะซอลต์ (basalt) และแกบโบร(gabbro) จัดเป็น หินหนืดประเภทบะซอลต์ (basaltic magma) ซึ่งมีองค์ประกอบทางเคมีคล้ายหินในเนื้อโลกมาก คําอธิบายที่กล่าวมาจึงน่าเชื่อถือ หินในเนื้อโลกส่วนใหญ่ คือ หินเพริโดไทต์ (peridotite) ประกอบด้วย แร่โอลิวีน (olivine) ออร์โทไพรอกซีน (orthopyroxene) และไคลโนไพรอกซีน (clinopyroxene) ซึ่ง เนื้อโลกหนาประมาณ 3,490 กิโลเมตร และที่ความลึกระหว่าง 400 ถึง 670 กิโลเมตร เนื้อโลกมีลักษณะของความเป็นพลาสติกสูง (highly ductile) ทําให้วัดความเร็วของคลื่นจากหินของเนื้อโลกบริเวณนี้ต่ำ ผิดปกติเรียกว่าขอบเขตความเร็วต่ำ (Low Velocity Zone, LVZ) อธิบายว่าหินเพริโดไทต์ที่มีองค์ประกอบของโอลิวีน และไพรอกซีนเป็นหลักนั้น มีการเปลี่ยนเฟส (phase change) ทําให้เกิดความผิดปกติในช่วงบริเวณนี้ การหลอมเหลวบางส่วนของหินในเนื้อโลกจึงได้หินหนืดที่มีองค์ประกอบของพวกเหล็กและแมกนีเซียม
จากคําอธิบายนี้ ย่อมทําให้เราเข้าใจได้แล้วว่า ทําไมหินอัคนีของเปลือกโลกส่วนที่เป็นมหาสมุทร (oceanic crust) จึงแตกต่างจากเปลือกโลกส่วนที่เป็นทวีป (continental crust) นั่นคือ แหล่งกําเนิดต่างกัน เปลือกโลกส่วนที่เป็นมหาสมุทรมีแหล่งกําเนิดจากหินในเนื้อโลกทั้งหมด ขณะที่ในเปลือกโลกส่วนที่เป็นทวีปมาจากหินในเปลือกโลก ซึ่งอาจเป็นทั้งเปลือกโลกส่วนที่เป็นมหาสมุทร หรือส่วนที่เป็นทวีป รวมทั้งจากหินในเนื้อโลกบางส่วน (partial melting) จะได้เป็นหินหนืดจําพวกแอนดีไซต์ (andesitic magna) ส่วนมหาสมุทรได้เป็นจําพวกบะซอลต์ (basaltic magma)
กรณีหินหนืดที่เกิดจากจุดความร้อนสูงพบเป็นหินจําพวกบะซอลต์ (basaltic magma) เพราะ แหล่งกําเนิดมาจากหินในเนื้อโลก หลอมเหลวจากผลที่เคลื่อนผ่านตําแหน่งของจุดความร้อนสูง กรณีศึกษาการเกิดหินอัคนีส่วนนี้ที่สําคัญคือบริเวณหมู่เกาะฮาวาย (Hawaii) จะเป็นแนวของภูเขาไฟที่สอดคล้องกับทิศทางการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก หินหนืดส่วนที่ไม่ได้เกิดจากบริเวณจุดความร้อนสูง (hot spot) จึงเกิดจากผลของการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกถ้าแผ่นเปลือกโลกไม่เคลื่อนที่ไม่มีการมุด ไม่มีการแยกตัวออกจากกัน (rifting and spreading) หินหนืดจะไม่เกิดขึ้น
โอเครครับ คงน่าจะพอเข้าใจและเห็นภาพนะครับ หากมีข้อสงสัยก็ลองสอบถามเข้ามาได้ครับ หรือมีข้อผิดพลาดอยากจะชี้แนะก็ยินดีครับผม ^^