แผ่นเปลือกโลก และการเปลี่ยนแปลงทางธรณีภาค (Lithosphere & Plate Tectonics)

แผ่นเปลือกโลก และการเปลี่ยนแปลงทางธรณีภาค

แผ่นเปลือกโลก และการเปลี่ยนแปลงทางธรณีภาค

(Lithosphere & Plate Tectonics)

หลังการเย็นตัวลงของพื้นผิวโลก เมื่อ 4 พันล้านปีก่อน เกิดการยกตัวขึ้นของชั้นหินเหนือผิวน้ำจนแผ่นดินผืนแรกถือกำเนิดในอีกราว 2.5 พันล้านปีต่อมา ตั้งแต่ในอดีตจนถึงปัจจุบัน การเคลื่อนที่ของ แผ่นเปลือกโลก และมหาสมุทรไม่เคยหยุดนิ่ง ภายใต้พื้นผิวโลกมีความเคลื่อนไหวและการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ก่อให้เกิดภูมิประเทศและทรัพยากรอันหลากหลาย รวมถึงปรากฏการณ์ทางธรรมชาติต่างๆ

จากการศึกษาหลักฐานทางธรณีวิทยา รวมถึงความพยายามในการจัดทำแผนที่โลกของนักวิทยาศาสตร์ในอดีต ส่งผลให้เกิดการลบล้างความเชื่อที่ว่า “แผ่นดินไม่เคยเกิดการเปลี่ยนแปลง” โดยเฉพาะการเสนอทฤษฎีการเลื่อนไหลของทวีป (Theory of Continental Drift) ในปี ค.ศ.1915

โดย อัลเฟรด เวเกเนอร์  (Alfred Wegener) นักอุตุนิยมวิทยาชาวเยอรมัน ที่สังเกตเห็นถึงความสอดคล้องกันของรูปร่างชายฝั่งตะวันออกของทวีปอเมริกาใต้และชายฝั่งตะวันตกของทวีปแอฟริกา ทำให้เกิดการตั้งสมมุติฐานที่ว่า เมื่อราว 200 ล้านปีก่อน โลกประกอบด้วยแผ่นดินผืนเดียวที่เรียกว่า “มหาทวีป” หรือ “พันเจีย” (Pangaea) ซึ่งถูกล้อมรอบด้วยมหาสมุทรขนาดใหญ่ และมหาทวีปนี้ประกอบไปด้วยดินแดนลอเรเซีย (Laurasia) ทางตอนเหนือและดินแดนกอนด์วานา (Gondwana) ทางตอนใต้ จนกระทั่งมหาสมุทรแอตแลนติกเกิดการขยายตัว ทำให้แผ่นดินเคลื่อนที่และแยกตัวออกจากกัน จนกลายเป็นทวีปและมหาสมุทรดังที่ปรากฏอยู่ในปัจจุบันนี้

แนวคิดเรื่อง “พันเจีย” ได้รับการสนับสนุนจากหลักฐานทางวิทยาศาสตร์มากมาย โดยเฉพาะการค้นพบซากดึกดำบรรพ์ของมีโซซอรัส (Mesosaurus) ซึ่งสามารถพบได้เฉพาะในทวีปอเมริกาใต้และทวีปแอฟริกา และไซโนกาทัส (Cynogathus) สัตว์เลื้อยคลานในยุคไทรแอสสิค (Triassic) ซึ่งอาศัยอยู่ในประเทศบราซิลและในทวีปแอฟริกาเท่านั้น รวมถึงการค้นพบร่องรอยธารน้ำแข็งโบราณ และการขุดพบแหล่งถ่านหินและน้ำมันดิบในปัจจุบันที่แสดงให้เห็นว่าครั้งหนึ่งแผ่นดินทั้งหลายเป็นส่วนหนึ่งของมหาทวีป หรือ พันเจีย

แผ่นเปลือกโลก

หลังจากปี ค.ศ.1999 เป็นต้นมา นักธรณีวิทยาได้ให้ข้อสรุปร่วมกันว่า แผ่นเปลือกโลก หรือ แผ่นธรณีภาค มีการเคลื่อนที่ตลอดเวลาจากการขยายตัวของมหาสมุทร (Seafloor spreading) ส่งผลให้เกิดทฤษฎีธรณีแปลสัณฐาน (Plate Tectonics Theory) ซึ่งกลายเป็นทฤษฎีที่ได้รับการยอมรับที่สุดในการอธิบายถึงการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกในขณะนี้

การเคลื่อนที่ของแผ่นธรณีภาค

แผ่นธรณีภาค (Plate) คือ แผ่นเปลือกโลก (Crust) และเนื้อโลกชั้นบนสุด (Upper mantle) ซึ่งวางตัวอยู่บนฐานธรณีภาค (Asthenosphere) หรือชั้นเนื้อโลกที่ประกอบไปด้วยหินหลอมเหลวที่มีอุณหภูมิร้อนจัด การเคลื่อนที่ของแผ่นธรณีภาคเกิดขึ้นจากการพาความร้อนของหินหนืดในชั้นเนื้อโลก   เมื่อหินหนืดมีอุณหภูมิสูงขึ้นจากความร้อนภายในแก่นโลก จะเกิดการขยายตัวและลอยตัวขึ้นออกห่างจุดกำเนิดความร้อน แต่เมื่อหินหนืดมีอุณหภูมิลดลงจะเกิดการจมตัวลงกลับไปรับความร้อนอีกครั้ง เกิดเป็นวัฏจักรที่ทำให้เปลือกโลกเคลื่อนที่ได้ หรือที่เรียกว่า “กระบวนการธรณีแปลสัณฐาน” (Plate Tectonics)

แผ่นธรณีภาค ประกอบด้วยแผ่นธรณีภาคทวีป (Continental plate) และแผ่นธรณีภาคมหาสมุทร (Oceanic plate) และในปัจจุบัน โลกของเราประกอบด้วยแผ่นธรณีภาคขนาดใหญ่ 7 แผ่น ได้แก่ แผ่นธรณีภาคแปซิฟิก แผ่นธรณีภาคอเมริกาเหนือ แผ่นธรณีภาคอเมริกาใต้ แผ่นธรณีภาคยูเรเชีย แผ่นธรณีภาคแอฟริกา แผ่นธรณีภาคอินเดีย–ออสเตรเลีย และแผ่นธรณีภาคแอนตาร์กติก นอกจากนี้ ยังมีแผ่นธรณีภาคขนาดเล็กราว 8 แผ่นแทรกตัวอยู่ระหว่างแผ่นเปลือกโลกขนาดใหญ่ทั้งหลาย

ลักษณะการเคลื่อนที่ของแผ่นธรณีภาค แบ่งออกเป็น 3 ลักษณะ คือ

การเคลื่อนที่แยกจากกัน (Divergent) เกิดขึ้นบริเวณรอยต่อของแผ่นธรณีภาค ซึ่งโดยส่วนมากจะเกิดขึ้นใต้มหาสมุทร การแยกตัวออกจากกันนี้ ส่งผลให้เกิดร่องลึกใต้ทะเล (Oceanic trench) ที่ทำให้หินหนืดดันตัวขึ้นมาตามรอยแยกดังกล่าว ก่อนสัมผัสกับอุณหภูมิที่ชั้นเปลือกโลกและเย็นตัวลง จนกลายเป็นแนวสันเขาและแนวภูเขาไฟใต้มหาสมุทรในท้ายที่สุด แต่ถ้าหากการแยกตัวออกจากกันนี้ เกิดขึ้นบนพื้นทวีปจะก่อให้เกิดหุบเขาทรุด (Rift valley) เช่น เดอะ เกรท ริฟท์ วัลเลย์ (Great Rift Valley) ในทวีปแอฟริกา

แผ่นเปลือกโลก, เกรตริฟต์แวลเลย์
เกรตริฟต์แวลเลย์ (The Great Rift Valley)

การเคลื่อนที่ชนกัน (Collision) เกิดขึ้นได้ 3 กรณี ได้แก่

  1. เมื่อแผ่นธรณีภาคทวีปเคลื่อนที่ชนกับแผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทร และจากการที่แผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรมีความหนาแน่นมากกว่า ส่งผลให้เมื่อปะทะกัน แผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรจะมุดตัวลง ก่อให้เกิดร่องลึกใกล้ชายฝั่ง เช่น การชนกันของแผ่นธรณีภาคนาซคา (Nazca plate) และแผ่นธรณีภาคอเมริกาใต้ ก่อให้เกิดร่องลึกเปรู-ชิลีในอเมริกาใต้ นอกจากนี้ การมุดตัวลงของแผ่นเปลือกโลกลงไปถึงชั้นเนื้อโลก ยังก่อให้เกิดการหลอมละลายของเปลือกโลกที่มุดตัวลงอีกครั้ง ส่งผลให้หินหนืดดันตัวขึ้นมาตามรอยแยกจนกลายเป็นต้นกำเนิดของแนวภูเขาไฟอีกด้วย
  2. การชนกันเองของแผ่นธรณีภาคมหาสมุทร ซึ่งแผ่นธรณีภาคที่มีความหนาแน่นมากกว่าจะจมตัวลง โดยที่นักธรณีวิทยาจะเรียกบริเวณนี้ว่า เขตมุดตัวของเปลือกโลก (Subduction zone) ซึ่งการมุดตัวลงนี้ ก่อให้เกิดร่องลึกใต้มหาสมุทร เช่นเดียวกับแนวภูเขาไฟที่ในภายหลังอาจยกตัวขึ้นมาเหนือผิวน้ำจนกลายเป็นหมู่เกาะรูปโค้ง (Island arc) และเป็นเขตที่เกิดแผ่นดินไหวได้ง่ายการชนกันเองของแผ่นเปลือกโลกทวีป ก่อให้เกิดแนวเทือกเขา เช่น การชนกันระหว่างแผ่นธรณีภาคอินเดีย–ออสเตรเลียและแผ่นธรณีภาคยูเรเชีย ซึ่งก่อให้เกิดการดันตัวขึ้นของชั้นหินบริเวณของแผ่นทวีปยูเรเซียกลายเป็นเทือกเขาหิมาลัย (Himalayan mountain ranges) และในปัจจุบันนี้ การเคลื่อนที่เข้าหากันของแผ่นธรณีภาคทั้งสองยังไม่ยุติ ส่งผลให้เทือกเขาหิมาลัยมีอัตราสูงขึ้นราว 5 เซนติเมตรในทุก 100 ปี อีกด้วย

    หิมาลัย, แผ่นเปลือกโลก
    เทือกเขาหิมาลัย

การเคลื่อนที่ผ่านกันหรือสวนกัน (Transform) เนื่องจากหินหนืดใต้เนื้อโลก มีอัตราการเคลื่อนที่แตกต่างกัน ในแต่ละพื้นที่ จึงส่งผลให้แผ่นเปลือกโลกเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วและทิศทางต่างกัน เมื่อแผ่นธรณีภาคทั้งสองเคลื่อนที่ผ่านกัน จึงทำให้เกิดรอยเลื่อนขนาดใหญ่ (Fault) เช่น รอยเลื่อนแซนแอนเดรอัส (San Andreas Fault) ในสหรัฐอเมริกา ซึ่งเป็นรอยเลื่อนที่มีความยาวกว่า 1,200 กิโลเมตร ที่เกิดจากการเคลื่อนที่สวนทางกันของแผ่นธรณีภาคแปซิฟิกและแผ่นธรณีภาคอเมริกาเหนือ

การเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกก่อให้เกิดภูมิประเทศที่หลากหลาย รวมถึงการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างชั้นหินและแผ่นเปลือกโลกอีกด้วย เช่น  รอยคดโค้ง (Fold) หรือ รอยเลื่อนในชั้นหินที่โค้งงอขึ้นจนกลายเป็นภูเขา ชั้นหินคดโค้งเกิดมากในชั้นหินตะกอน ซึ่งมีด้วยกัน 2 ลักษณะ คือ ชั้นหินโค้งรูปประทุนคว่ำ (Anticline) และชั้นหินคดโค้งรูปประทุนหงาย (Syncline) รวมถึงการเกิดรอยเลื่อน (Fault) จากความเค้น (Stress) และความเครียด (Strain) ของการรับแรงอัดจากการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก ซึ่งก่อให้เกิดปรากฏการณ์ทางธรรมชาติและภัยธรรมชาติต่างๆ เช่น การเกิดแผ่นดินไหวและการระเบิดของภูเขาไฟ

รอยคดโค้ง, แผ่นเปลือกโลก
ลักษณะรอยคดโค้ง

ลักษณะของรอยเลื่อน

รอยเลื่อนในแนวดิ่ง (Dip-slip fault) ประกอบด้วย รอยเลื่อนปกติ (Normal fault) และรอยเลื่อนย้อน (Reverse fault) ก่อให้เกิดความสูงที่แตกต่างกันของแผ่นเปลือกโลกทั้ง 2 ฝั่ง ซึ่งจะทำให้เกิดหน้าผาสูงชันที่พังทลายได้ง่าย รวมถึงพื้นที่ราบที่เกิดจากการทรุดตัวตามแนวดิ่งของหน้าผาสูง (Graben) เช่น หุบเขาแม่น้ำไรน์ (Rhine Valley) ในเยอรมนี อีกด้านหนึ่งที่ยกตัวขึ้นสูง (Horst) จะก่อให้เกิดภูเขาบล็อก เช่น ภูเขาเซียร์ราเนวาดา (Sierra Nevada) ในสเปนและภูเขาแบล็คฟอเรสต์ (Black Forest) ในเยอรมนี

เซียร์ร่าเนวาดา, แผ่นดิน,แผ่นเปลือกโลก,
ภูเขาเซียร์ราเนวาดา (Sierra Nevada)

รอยเลื่อนในแนวราบ (Strike-slip fault) การเคลื่อนที่แนวนี้จะไม่ทำให้เกิดหน้าผาหรือหุบเขาทรุด แต่จะก่อเกิดรอยเลื่อนขนาดใหญ่หรือร่องลึกตามรอยเลื่อนของการเคลื่อนที่ เช่น รอยเลื่อนแซนแอนเดรอัสในสหรัฐอเมริกา

แซนแอนเดรส, แผ่นเปลือกโลก
แซนแอนเดรส

อ้างอิง

ศูนย์การเรียนรู้วิทยาศาสตร์โลกและดาราศาสตร์ (LESA)

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.)


เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ : โครงสร้าของโลก

 

เรื่องแนะนำ

เรือนยอดของต้นไม้ ช่วยป้องกันโรคระบาดในพืช

เรือนยอดของต้นไม้ ในป่าล้วนรักษาระยะห่างจนเกิดเป็นช่องว่าง เรียกว่า เรือนยอดไม่บดบังกัน (crown  shyness) ซึ่งช่วยให้ต้นไม้สามารถแบ่งปันทรัพยากร และควบคุมการระบาดของโรค เดือนมีนาคม ค.ศ. 1982 ในวันที่อากาศอบอุ่น ฟรานซิส “แจ็ก” พุตซ์ (Francis “Jack” Putz) นักชีววิทยา เดินทางเข้าไปในป่าต้นโกงกางที่มี เรือนยอดของต้นไม้ เพื่อหลบหลีกจากความร้อนในช่วงบ่าย ด้วยความง่วงจากอาหารมื้อเที่ยง และการทำงานภาคสนามในอุทยานแห่งชาติ กัวนากัสเต ประเทศคอสตาริกา อย่างหนัก พุตซ์จึงตัดสินใจงีบหลับระหว่างวัน ขณะที่เขามองขึ้นไปบนท้องฟ้า สายลมพัดยอดโกงกางที่อยู่เหนือเขาไหวเอนไปมา ทำให้กิ่งก้านสาขาของต้นไม้ที่อยู่ใกล้เคียงก่ายเข้าหากัน ใบไม้และกิ่งไม้ที่อยู่ขอบนอกสุดของเรือนยอดหักลง พุตซ์สังเกตเห็นว่าการตัดแต่งกิ่งซึ่งกันและกันนี้ทิ้งร่องรอยของพื้นที่ว่างบนเรือนยอด เครือข่ายของยอดไม้ที่เรียกว่า Crown Shyness ได้รับการบันทึกไว้ในป่าทั่วโลก จากป่าโกงกางของคอสตาริกาไปจนถึงต้นการบูรบอร์เนียวที่สูงตระหง่านของมาเลเซีย มีช่องว่างระหว่างพุ่มไม้เขียวขจี แต่นักวิทยาศาสตร์ยังไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ว่า เหตุใดยอดไม้จึงไม่ยอมให้เกิดการบดบังกัน พุตซ์ให้เหตุผลว่า ต้นไม้ต้องการพื้นที่ว่างซึ่งกันและกัน เพื่อใช้ในแผ่กิ่งก้าน และดูเหมือนว่าลมจะมีบทบาทสำคัญในการช่วยให้ต้นไม้จำนวนมากรักษาระยะห่างระหว่างกันได้ การแบ่งแยกพื้นที่ว่างระหว่างกิ่งก้านของแต่ละต้น อาจช่วยเพิ่มการเข้าถึงทรัพยากรของพืช เช่น แสง อีกทั้งช่วยขัดขวางการแพร่กระจายของแมลงที่กัดกินใบ เถาวัลย์ กาฝาก หรือโรคติดเชื้ออื่น ๆ เม็ก […]

เหมียวหง่าว ทาสแมวรู้ไหมเจ้านายกำลังบอกอะไร?

เหมียวหง่าว ทาสแมวรู้ไหมเจ้านายกำลังบอกอะไร? บรรดาทาสแมวทราบหรือไม่ว่าเสียงร้องเหมียวๆ ของเจ้านายคุณกำลังสื่ออะไร นักวิทยาศาสตร์จากสวีเดนพยายามค้นหาความหมายเบื้องหลังเสียงร้องของแมวเหล่านี้ ด้วยการหารูปแบบของเสียงร้องที่คล้ายคลึงกันในแมวจากหลายสถานที่ นี่แมวของฉันกำลังหิวหรือหิวมากๆ ? แม้ว่าคุณจะไม่อาจทราบได้ แต่รู้หรือไม่ว่าวิธีการที่คุณพูดคุยกับแมวของคุณนั้น ก็จะมีผลต่อวิธีการที่แมวส่งเสียงเป็นปฏิกิริยาตอบกลับมาเช่นกัน ในงานวิจัยครั้งนี้นักวิทยาศาสตร์เปรียบเทียบเสียงร้องของแมวจากสองภูมิภาคในสวีเดน ซึ่งผู้คนพูดภาษาถิ่นแตกต่างกัน พวกเขาต้องการหาคำตอบว่าแมวที่อาศัยอยู่ต่างสถานที่ และได้รับอิทธิพลจากเสียงของเจ้าของต่างกันนั้นจะมีเสียงร้องที่ต่างกันด้วยหรือไม่? และคำตอบคือใช่! ในอนาคตพวกเขาจะยังค้นวิจัยกันต่อไป ยังมีแมวอีกหลายมุมโลกที่พร้อมร้องให้ฟัง โดยคาดหวังว่างานวิจัยครั้งนี้จะช่วยให้บรรดาทาสแมวเข้าใจว่าเจ้านายของเขานั้นกำลังบอกอะไร   อ่านเพิ่มเติม สุนัขหรือแมว ใครกันแน่ที่ฉลาดกว่า?

แรงเสียดทาน (Friction)

แรงเสียดทาน (Friction) คือแรงต้านการเคลื่อนที่บนผิวสัมผัสที่เกิดขึ้นระหว่างวัตถุ หรือแรงที่ต้านทานการเคลื่อนที่ของวัตถุไปบนพื้นผิวสัมผัส ซึ่งส่งผลให้วัตถุดังกล่าวเคลื่อนที่ช้าลงหรือหยุดนิ่งไปในท้ายที่สุด ดังนั้น แรงเสียดทานจึงมีทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ และมีขนาดขึ้นอยู่กับ ลักษณะของพื้นผิวสัมผัส และ แรงหรือน้ำหนัก ที่กระทำในลักษณะตั้งฉากต่อพื้นผิวดังกล่าว หากแรงกดตั้งฉากกับผิวสัมผัสมีขนาดมากเท่าใดย่อมส่งผลให้เกิดแรงเสียดทานมากขึ้นเท่านั้น ประเภทของแรงเสียดทาน แรงเสียดทานจำแนกออกเป็น 3 ประเภท ได้แก่ แรงเสียดทานชนิดแห้ง (Dry Friction) คือแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นจากการสัมผัสกันของวัตถุที่มีสถานะเป็นของแข็ง โดยแรงเสียดทานชนิดแห้งสามารถจำแนกออกเป็น 2 ชนิดย่อย คือ แรงเสียดทานสถิต (Static Friction) คือแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุ ในสภาวะที่วัตถุได้รับแรงกระทำแล้วหยุดนิ่งอยู่กับที่ แรงเสียดทานจลน์ (Kinetic Friction) คือแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุ ในสภาวะที่วัตถุได้รับแรงกระทำแล้วเกิดการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ แรงเสียดทานในของไหล (Fluid Friction) คือแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่ของวัตถุในของไหล (Fluid) หรือการเคลื่อนที่ของวัตถุในสสารที่มีสถานะเป็นของเหลวและก๊าซ เช่น ความต้านทานของอากาศที่กระทำต่อเครื่องบินหรือการต้านทานของน้ำที่กระทำต่อเรือ เป็นต้น แรงเสียดทานจากการหมุน (Rolling Friction) คือแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่ของวัตถุทรงกลมหรือมีพื้นผิวกลมมนบนพื้นผิวสัมผัส เช่น การเคลื่อนที่ของลูกบอลหรือล้อรถบนถนน ประโยชน์ของแรงเสียดทาน แรงเสียดทานมีบทบาทสำคัญในชีวิตประจำวันของมนุษย์มายาวนาน ตั้งแต่ยุคสมัยของการริเริ่มจุดไฟ การนำหินมากระทบกัน […]