เนื้อหา

วัฏจักรหิน

นักธรณีวิทยาแบ่งหินออกเป็น 3 ประเภท ตามลักษณะของการเกิด ได้แก่ หินอัคนี หินตะกอน และหินแปรเมื่อหินหนืดร้อนภายในโลก (Magma) และ หินหนืดร้อนบนพื้นผิวโลก (Lava) เย็นตัวลงกลายเป็น “หินอัคนี” (Igneous rocks) ลมฟ้าอากาศ น้ำ แสงแดด และสิ่งมีชีวิต ทำให้หินผุพังสึกกร่อนเป็นตะกอนทับถมกัน เป็นเวลานานหลายล้านปี แรงดันและปฏิกิริยาเคมีทำให้เกิดการรวมตัวเป็น “หินตะกอน” (Sedimentary rocks) การเปลี่ยนแปลงของเปลือกโลกและความร้อนจากแมนเทิลใต้เปลือกโลก ทำให้เกิดการแปรสภาพเป็น “หินแปร” (Metamorphic rocks)  กระบวนการเหล่านี้เกิดขึ้นเป็นวงรอบเรียกว่า “วัฏจักรหิน” (Rock cycle) อย่างไรก็ตามกระบวนการของวัฏจักรหินไม่จำเป็นต้องเรียงลำดับตามที่กล่าวมาแล้ว การเปลี่ยนแปลงของหินอาจเกิดขึ้นย้อนกลับไปมาได้ ขึ้นอยู่กับปัจจัยแวดล้อม ตามที่แสดงในภาพที่ 1

ภาพที่ 1 วัฏจักรหิน

หินอัคนี

        หินอัคนี (Igneous rock) เป็นหินที่เกิดจากการแข็งตัวของแมกมาจากใต้เปลือกโลกที่แทรกตัวขึ้นมา เราแบ่งหินอัคนีตามแหล่งที่มาเป็น 2 ประเภท คือ 

• หินอัคนีแทรกซอน (Intrusive igneous rock) เป็นหินที่เกิดจากหินหนืดที่เย็นตัวลงภายในเปลือกโลกอย่างช้าๆ ทำให้ผลึกแร่มีขนาดใหญ่และมีเนื้อหยาบ เช่น หินแกรนิต หินไดออไรต์ และหินแกบโบร
  

   ภาพที่ 1 แหล่งกำเนิดหินอัคนี

• หินอัคนีพุ (Extrusive igneous rock)  บางทีเรียกว่า หินภูเขาไฟ เป็นหินหนืดที่เกิดจากลาวาบนพื้นผิวโลกเย็นตัวอย่างรวดเร็ว ทำให้ผลึกมีขนาดเล็ก และเนื้อละเอียด เช่น หินบะซอลต์ หินไรออไรต์ และหินแอนดีไซต์ 

        นอกจากนั้นนักธรณีวิทยายังจำแนกหินอัคนี โดยใช้องค์ประกอบของแร่ เป็น หินชนิดกรด หินชนิดปลางกลาง หินชนิดด่าง และหินอัลตราเมฟิก โดยใช้ปริมาณของซิลิกา (SiO₂) เป็นเกณฑ์แบ่งจากมากไปหาน้อยตามลำดับ ดังรายละเอียดในตารางที่ 1 ซึ่งจะเห็นได้ว่า หินที่มีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นควอตซ์และเฟลด์สปาร์จะมีสีอ่อน ส่วนหินที่มีองค์ประกอบเป็นเหล็กและแมกนีเซียมมากจะมีสีเข้ม

หินแกรนิต (Granite) เป็นหินอัคนีแทรกซอนที่เย็นตัวลงภายในเปลือกโลกอย่างช้าๆ จึงมีเนื้อหยาบซึ่งประกอบด้วยผลึกขนาดใหญ่ของแร่ควอตซ์สีเทาใส แร่เฟลด์สปาร์สีขาวขุ่น และแร่ฮอร์นเบลนด์สีดำ หินแกรนิตแข็งแรงมาก ชาวบ้านใช้ทำครก เช่น ครกอ่างศิลา ภูเขาหินแกรนิตมักเตี้ยและมียอดมน เนื่องจากเปลือกโลกซึ่งเคยอยู่ชั้นบนสึกกร่อนผุพัง เผยให้เห็นแหล่งหินแกรนิตซึ่งอยู่เบื้องล่าง

• หินบะซอลต์ (Basalt) เป็นหินอัคนีพุ เนื้อละเอียด เกิดจากการเย็นตัวของลาวา มีสีเข้มเนื่องจากประกอบด้วยแร่ไพร็อกซีนเป็นส่วนใหญ่ อาจมีแร่โอลิวีนปนมาด้วย เนื่องจากเกิดขึ้นจากแมกมาใต้เปลือกโลก หินบะซอลต์หลายแห่งในประเทศไทยเป็นแหล่งกำเนิดของอัญมณี (พลอยชนิดต่างๆ) เนื่องจากแมกมาดันผลึกแร่ซึ่งอยู่ลึกใต้เปลือกโลก ให้โผล่ขึ้นมาเหนือพื้นผิว
  

หินไรโอไลต์ (Ryolite) เป็นหินอัคนีพุซึ่งเกิดจากการเย็นตัวของลาวา มีเนื้อละเอียดซึ่งประกอบด้วยผลึกแร่ขนาดเล็ก มีแร่องค์ประกอบเหมือนกับหินแกรนิต แต่ทว่าผลึกเล็กมากจนไม่สามารถมองเห็นได้ ส่วนมากมีสีชมพู และสีเหลือง 

หินแอนดีไซต์ (Andesite) เป็นหินอัคนีพุซึ่งเกิดจากการเย็นตัวของลาวาในลักษณะเดียวกับหินไรโอไรต์แต่มีองค์ประกอบของแมกนีเซียมและเหล็กมากกว่า จึงมีสีเขียวเข้ม 

• หินพัมมิซ (Pumice) เป็นหินแก้วภูเขาไฟชนิดหนึ่งซึ่งมีฟองก๊าซเล็กๆ อยู่ในเนื้อมากมายจนโพรกคล้ายฟองน้ำ มีส่วนประกอบเหมือนหินไรโอไลต์ แต่เกิดขึ้นจากเถ้าภูเขาไฟ (Pyroclastic flow) มีน้ำหนักเบาลอยน้ำได้ ชาวบ้านเรียกว่า หินส้ม ใช้ขัดถูภาชนะทำให้มีผิววาว 

• หินออบซิเดียน (Obsedian) เป็นหินแก้วภูเขาไฟซึ่งเย็นตัวเร็วมากจนผลึกมีขนาดเล็กมาก เนื้อหินเหมือนแก้วสีดำ 

หินชั้น หรือ หินตะกอน (Sedimentary Rock)

                 หินตะกอนเกิดจากการสะสมตัวของตะกอนที่ถูกพัดพามาด้วย น้ำ และลม และเกิดการแข็งตัว หินตะกอนมีอยู่ปริมาณ 5% ของเปลือกโลก คิดเป็นความหนาแน่นประมาณ 10 กิโลเมตร ดังนั้นหินตะกอนจึงมีสภาพเป็นส่วนที่ปกคลุมอยู่บนผิวโลกในลักษณะชั้นบาง ๆ เท่านั้น และจับตัวแข็งกลายเป็นหินตะกอน ได้แก่ หินปูน และหินดินดาน แบ่งกลุ่มของหินตะกอนได้ 3 ชนิดใหญ่ๆได้ คือ
                 1. หินตะกอนชนิดแตกหลุด หรือ Clastic (sedimentary ) Rocks หมายถึง หินตะกอนที่ประกอบด้วยมวลอนุภาคที่แตกหลุดและพัดพามาจากที่อื่นบางที่เรียกว่า Terrigenous (sedimentary) Rocks หรือ Detrital rocks เช่นหินทราย
                 2. หินตะกอนชนิดตกผลึก หรือ Chemical (sedimentary) Rocks หมายถึง หินตะกอนที่เกิดจากกรตกผลึกจากสารละลายทางเคมี ณ อุณหภูมิต่ำ บางทีเรียกว่า Precitated (sedimentary) Rocks หรือ Nonclastic rocks เช่นหินปูน
                  3. หินตะกอนอินทรีย์ หรือ Biological (sedimentary) rocks หมายถึงหินตะกอนที่เกิดจากการสะสมสารอินทรีย์วัตถุโดยส่วนใหญ่หรือ Organic (sedimentary) Rocks เช่นถ่านหิน

                   นักธรณีวิทยาให้ความสำคัญกับหินชั้นหรือหินตะกอนอย่างยิ่งเพราะเป็นหินที่บ่งบอกถึงประวัติความเป็นมาของโลกในอดีตได้เป็นอย่างดี อย่างไรก็ตามลักษณะในการเกิดหินตะกอนนั้นอาจแบ่งได้เป็น 4 ขบวนการย่อย คือ
                  1. ขบวนการผุพังสลายตัว (Weathering Processes) ทำให้หินดั้งเดิมเกิดการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ เช่น การแตก หัก ยุ่ย สลาย ผุพัง
                   2. ขบวนการกัดกร่อนและพัดพา (Erosional &Transportational Processes) เป็นการเคลื่อนย้ายอนุภาคที่ได้จากขบวนการผุพัง โดยมีตัวการ เช่น ลม น้ำ ธารน้ำแข็ง แรงโน้มถ่วง หรือจากสิ่งมีชีวิต การเคลื่อนย้ายมี 3 รูปแบบ คือ แบบสารละลาย แบบแขวนลอย และแบบของแข็ง
                   3. ขบวนการสะสมตัว ( Depositional Processes ) ขบวนการนี้มวลอนุภาคทั้งที่เป็นของแข็งและสารละลายที่ถูกพัดพามาจะถูนำมาสะสมตัวหรือตกตะกอนทับถมกันเรื่อย ๆ
                   4. ขบวนการอัดเกาะแน่น( Diagenesis ) หลังจากที่เกิดการตกตะกอนไม่ว่าจะโดยทางเคมีหรือทางกายภาพ แต่ตะกอนเหล่านี้ก็อัดตัวกันแน่นหรือเชื่อมประสานตัวกัน กลายเป็นมวลสารที่เกาะตัวแน่นจนกลายเป็นหินตะกอน
                   วัตถุประสานในหินตะกอนได้แก่ ซิลิกา เหล็กออกไซด์ อะลูมิเนียมออกไซด์และแคลเซียมคาร์บอเนต

หินชั้นหรือหินตะกอน (Sedimentary Rock)

เกิดจากการทับถม และสะสมตัวของตะกอนต่างๆ ได้แก่ เศษหิน แร่ กรวด ทราย ดินที่ผุพังหรือสึกกร่อนถูกชะละลายมาจากหินเดิม โดยตัวการธรรมชาติ คือ ธารน้ำ ลม ธารน้ำแข็งหรือคลื่นในทะเล พัดพาไปทับถมและแข็งตัวเป็นหินในแอ่งสะสมตัวหินชนิดนี้แบ่งตามลักษณะเนื้อหินได้ 2 ชนิดใหญ่ ๆ คือ

1. หินชั้นเนื้อประสม (Clastic Sedimentary Rock) เป็นหินชั้นที่เนื้อเดิมของตะกอน พวกกรวด ทราย เศษหินและดิน ยังคงสภาพอยู่ให้พิสูจน์ได้ เช่น หินทราย (Sandstone) หินดินดาน (Shale) หินกรวดมน (Conglomerate) เป็นต้น

2.หินเนื้อประสาน (Nonclastic Sedimentary Rock) เป็นหินที่เกิดจากการตกผลึกทางเคมี หรือจากสิ่งมีชีวิต มีเนื้อประสานกันแน่นไม่สามารถพิสูจน์สภาพเดิมได้ เช่น หินปูน (Limestone) หินเชิร์ต (Chert) เกลือหิน (Rock Salte) ถ่านหิน (Coal) เป็นต้น

หินแปร

หินแปร เป็นหินที่เกิดจากการแปรสภาพของหินเดิม ซึ่งเป็นไปได้ทั้งหินอัคนี หินตะกอน และหินแปร ภายใต้อิทธิพลของความร้อนหรือความดัน หรือทั้งสองอย่างภายใต้เปลือกโลก หินแปรมีทั้งแบบที่แสดงการเรียงตัวของแร่ หรือไม่มีก็ได้ อย่างไรก็ตาม หินแปรต้องประกอบด้วยแร่ใหม่ซึ่งเกิดจากกระบวนการแปรสภาพเสมอ ซึ่งแร่บางชนิดสามารถใช้เป็นตัว บ่งบอกถึงอุณหภูมิและความกดดันระหว่างที่เกิดการแปรสภาพ

หินแปรอาจมีส่วนประกอบเหมือนหรือใกล้เคียงกับหินเดิม หรือต่างกันก็ได้
การแปรสภาพ จำแนกออกเป็น 2 แบบ คือ

1. หินแปรที่เกิดจากการแปรสภาพแบบไพศาล ( Regional Metamorphism )

ภาพที่ 1 การแปรสภาพบริเวณไพศาล

หินแปรกลุ่มนี้สามารถมองเห็นชั้นริ้วลายของการแปรสภาพที่เรียกว่า “ ริ้วขนาน ” ( foliation ) ได้ชัดเจน เนื้อหินมีการเรียงตัวของเม็ดแร่ หรืออาจมีการแสดงการแยกชั้นของแร่ ตัวอย่างหินแปรที่พบมากได้แก่

หินชนวน หรือ หินกาบ (Slate) เป็นหินแปรแบบที่มีรอยขนาน โดยแปรสภาพมาจากหินดินดานหรือหินเถ้าภูเขาไฟ เนื่องจากได้รับความร้อนและความดัน มีเนื้อละเอียดแข็ง แซะออกได้เป็นแผ่น ๆ ผิวรอยแยกเรียบนวลมีสีต่าง ๆ เช่น สีเทา ดำ แดง ม่วง และเขียว จะประกอบด้วย แร่ดิน แร่ไมกา ประโยชน์ใช้ทำหินประดับ มุงหลังคา แผ่นปูพื้น

หินฟิลไลต์(Phyllite) เป็นหินแปรที่มีส่วนประกอบเช่นเดียวกับหินชนวน แต่ได้รับความร้อนความกดดันสูงกว่า ทำให้มีเนื้อหยาบกว่าหินชนวน ผิวเนื้อหินวาวกว่าหินชนวนเพราะแร่ไมกาใหญ่ขึ้น การถูกบีบอัดอย่างแรงทำให้เกิดเป็นริ้วรอยขนาน คดโค้งเป็นลูกคลื่น ผุพังแตกสลายกลายเป็นดินได้ง่าย


หินชีสต์(Schist) เป็นหินที่แปรสภาพมาจากหินดินดานหินภูเขาไฟเนื้อละเอียด ถูกแปรสภาพด้วยความร้อนและความกดดันสูงมาก มีการเรียงตัวขนานกันของผลึกแร่ที่มีลักษณะแบนหรือเป็นแผ่นบาง ๆ หรือเป็นแท่งยาว ทำให้มีลักษณะเนื้อแบบชีสต์เช่น ผลึกของแร่ไมกา แร่ฮอร์นเบลนด์

หินไนส์ (Gneiss) เป็นหินแปรเนื้อหยาบ เกิดจากหินอัคนีถูกความร้อนและความกดดัน ทำให้แยกแร่สีดำและสีขาวออกมาเรียงตัวขนานกันเป็นทาง ๆ ประกอบด้วยแร่ควอร์ตซ์ เฟลด์สปาร์ ทัวร์มาลีน ฮอร์นเบลนด์ ใช้ทำครก หินประดับเช่นปูพื้น

2.หินแปรที่เกิดจากการแปรสภาพแบบสัมผัส ( Contact Metamorphism )

ภาพที่ 2 การแปรสภาพสัมผัส

เกิดจากการเปลี่ยนแปลงโดยความร้อนและปฏิกิริยาเคมีของสารละลายที่ขึ้นมาพร้อมกับหินหนืด มาสัมผัสกับหินท้องถิ่น ซึ่งทำให้หินมีเนื้อแน่นและแข็งมากขึ้น ปฏิกิริยาเคมีอาจทำให้เกิดแร่ใหม่เป็นบางส่วน หรือเกิดแร่ใหม่แทนที่แร่ในหินเดิม ตัวอย่างหินแปรชนิดนี้ ได้แก่

หินควอร์ตซ์ไซต์ (Quartzite) เป็นหินแปรแบบไม่มีรอยขนาน โดยแปรสภาพมาจากหินทราย เนื่องมาจากได้รับความร้อนและความกดดันสูง เม็ดทรายและวัสดุประสานจะเชื่อมประสานกันสนิท ทำให้แข็งแรงมาก จะแตกแบบก้นหอย รอยแตกจะผ่าเข้าไปในเม็ดแร่ มักจะประกอบด้วยแร่ควอร์ตซใช้รองพื้นถนน คอนกรีต ทำหินลับมีด และทำวัสดุทนไฟ

หินอ่อน (Marble)เป็นหินแปรแบบที่ไม่มีรอยขนาน โดยแปรสภาพมาจากหินปูน มีทั้งเนื้อละเอียดและหยาบ ประกอบด้วยผลึกแร่แคลไซต์ตกผลึกใหม่ มีขนาดใหญ่ขึ้น เนื้อหินจะแวววาวขึ้น โดยมากมีสีขาว แต่ก็พบสีอื่น เช่น ชมพู แดง เหลือง น้ำตาล และดำ หินอ่อนทำปฏิกิริยากับกรดเกลือใช้ทำหินขัดมันประดับอาคารบ้านเรือน สำนักงาน หรือแกะสลักเป็นรูปต่าง ๆ

หินฮอนเฟลส์ (Hornfels) เป็นหินแปรไร้ริ้วขนาน เนื้อละเอียดสีดำหรือเข้ม มีความแข็งและมีขอบคมเมื่อแตกออก แปรสภาพมาจากหินอะไรก็ได้ที่มีเนื้อละเอียด (เช่น หินดินดานหรือหินโคลน) ที่สัมผัสอยู่กับหินอัคนีบาดาล เมืองไทยพบอยู่ตามเทือกเขาใหญ่ที่มีหินแกรนิตอยู่ เช่น ภูเก็ต พังงา ตาก ลพบุรี เลย และประจวบคีรีขันธ์