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

Robo-Dog หุ่นยนต์สำรวจใต้น้ำลึก

Robo-Dog หุ่นยนต์สำรวจใต้น้ำลึก Marcello Calisti นักสำรวจจากเนชั่นแนล จีโอกราฟฟิก เป็นหัวหน้าโครงการ SILVER (Seabed-Interaction Legged Vehicle for Exploration and Research) โครงการสำรวจใต้น้ำใหม่ที่ใช้หุ่นยนต์แทนนักประดาน้ำ โดยฟุตเทจที่คุณผู้อ่านจะได้ชมนี้ เป็นซากของเรืออับปางบริเวณเกาะ Elba ของอิตาลี ที่หุ่ยนต์สำรวจเป็นผู้ถ่ายไว้ ด้วยขาทั้งสี่ข้างที่เลียนแบบมาจากการเคลื่อนไหวของสัตว์ หุ่นสำรวจ SILVER สามารถเดินท่องไปบนพื้นของมหาสมุทรทั้งยังสามารถเปลี่ยนรูปแบบจากการเดินเป็นการคลาน และยังสามารถกระโดดได้อีกด้วย เมื่อต้องสำรวจในสภาพแวดล้อมต่างๆ ซึ่งเทคโนโลยีใหม่นี้ใช้พลังงานน้อยกว่าการสำรวจด้วยเรือดำน้ำหรือโดรน ทั้งยังปลอดภัยสำหรับนักประดาน้ำในการสำรวจพื้นที่ที่ยากต่อการเข้าถึง นอกจากนั้นทีมนักวิจัยคาดหวังว่าในอนาคตพวกเขาจะใช่ SILVER ในการสำรวจประชากรสัตว์น้ำ หรือเก็บตัวอย่างจากก้นทะเล   อ่านเพิ่มเติม 5 ตัวอย่างที่โดรนใต้น้ำกำลังช่วยปกป้องมหาสมุทรให้เรา

โลกร้อน กับวิกฤติหมอกควัน คลื่นความร้อนมรณะ และภัยหนาวสุดขั้ว

จากวิกฤติหมอกควันในแถบเอเชีย ถึงภัยหนาวสุดขั้วจากปรากฏการณ์ลมวนขั้วโลกในสหรัฐฯ และคลื่นความร้อนมรณะในออสเตรเลีย ทั้งหมดนี้เกี่ยวข้องกับภาวะโลกร้อนหรือการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศหรือไม่อย่างไร

มดปากตะขอโจมตีเหยื่อเร็วกว่ากระพริบตา

มดปากตะขอในสองสายพันธุ์เป็นมดที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว ด้วยกรามขนาดใหญ่ที่พร้อมจะจู่โจมศัตรูทุกเมื่อ อย่างไรก็ตามวิดีโอบันทึกการทำงานของกรามมดชนิดนี้ ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน นี่จึงนับเป็นวิดีโอแรก ทางทีมงานได้ใช้กล้องถ่ายภาพพิเศษที่จับภาพด้วยความเร็ว 50,000 เฟรมต่อวินาที เอาไว้ จากนั้นทีมนักวิทยาศาสตร์ใช้เทคโนโลยี CT Scan เพื่อสร้างภาพ 3 มิติของการทำงานภายในขากรรไกรมดขึ้นมา จากการศึกษาพวกเขาพบว่าขากรรไกรของมดปากตะขอมีตัวล็อคอัตโนมัติที่ช่วยอ้าขากรรไกรออกกว้างอยู่ตลอดเวลา ซึ่งแตกต่างจากขากรรไกรของมดสายพันธุ์อื่น เมื่อต้องการโจมตีตัวล็อคจะคลายออก ส่งผลให้ขากรรไกรที่อ้านั้นหุบเข้าหากันอย่างรวดเร็วซึ่งจากการวัดความเร็วพบว่า มดปากตะของับเหยื่อได้เร็วกว่าความเร็วของการกระพริบตาในมนุษย์ถึง 700 เท่าเลยทีเดียว…มิน่าล่ะ ทำไมเวลามดกัดถึงได้เจ็บนัก   อ่านเพิ่มเติม : แมวของคุณไปไหนมาบ้าง?, สปีชีส์ใหม่ๆ ของสัตว์และพืชถูกค้นพบทุกวันในป่าแอมะซอน

เหตุผลอันน่าประหลาดใจ ว่าทำไมหมีขั้วโลกต้องพึ่งพาน้ำแข็งทะเลเพื่ออยู่รอด

งานวิจัยชิ้นใหม่สำรวจความเชื่อมโยงชิ้นสำคัญในห่วงโซ่อาหารของเหล่า หมีขั้วโลก ทุกฤดูหนาว น้ำแข็งในทะเลอาร์กติกจะขยายตัวรอบขั้วโลก กิ่งก้านเยือกแข็งของมันแผ่ขยายไปตามแนวชายฝั่งทางเหนือ ขณะนี้ น้ำแข็งทะเลเพิ่งผ่านจุดที่ขยายตัวมากที่สุดในรอบปี และจะเริ่มหดตัวเมื่อฤดูใบไม้ผลิมาถึง นี่เป็นช่วงเวลาที่สำคัญสำหรับหมีขั้วโลก ซึ่งมีแหล่งอาหารที่เกี่ยวพันกับน้ำแข็งทะเลอย่างไม่อาจแยกขาดจากกันได้ และในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา น้ำแข็งทะเลหดตัวอย่างรวดเร็วกว่าที่เคยเป็นมา ข้อมูลจากศูนย์ข้อมูลด้านหิมะและน้ำแข็งแห่งชาติ (National Snow and Ice Data Center) ระบุว่า ในปี 2019 น้ำแข็งทะเลที่ปกคลุมอาร์กติก มีขนาดเล็กที่สุดเป็นอันดับเจ็ด นับตั้งแต่พวกเขาเริ่มเก็บข้อมูลจากดาวเทียมเมื่อ 40 ปีก่อน ในปีนี้ “[การหดตัวของน้ำแข็งทะเล] ไม่ได้สร้างสถิติใหม่ แต่สิ่งสำคัญคือแนวโน้ม” แอนดรูว์ เดโรเชอร์ (Andrew Derocher) นักวิทยาศาสตร์ด้านหมีขั้วโลกแห่งมหาวิทยาลัยแอลเบอร์ตา กล่าว “แนวโน้มเชิงลบของน้ำแข็งทะเลตลอดทุกเดือน เป็นสิ่งที่น่ากังวล” ฤดูใบไม้ผลิที่หนาวเย็นทำให้น้ำแข็งคงตัวอยู่ได้ ซึ่งทำให้หมีขั้วโลกสามารถเข้าถึงหนึ่งในอาหารโปรดอย่างแมวน้ำได้ง่ายขึ้น แต่ฤดูใบไม้ผลิที่อุ่นขึ้นทำให้เส้นทางหาอาหารที่สำคัญของพวกมันขาดหายไป “สำหรับ หมีขั้วโลก หมีตัวที่อ้วนที่สุดคือตัวที่อยู่รอด” เดโรเชอร์กล่าว หมีที่ตัวอ้วนกว่า มีโอกาสที่จะอยู่รอดในฤดูร้อนซึ่งไม่มีน้ำแข็งและไม่มีหรือแทบไม่มีแหล่งอาหาร มากกว่าตัวที่ผอม และหมีเพศเมียที่อ้วนกว่า ต้องการพลังงานเพื่อให้กำเนิดและเลี้ยงดูลูกให้มีสุขภาพดีได้โดยสมบูรณ์ “ไม่เคยมี หมีขั้วโลก ตัวไหนที่มองตัวเองในทะเลสาบที่ละลาย แล้วคิดว่านี่ฉันอ้วนเกินไปแล้วนะ” […]