แร่และหิน แตกต่างกันอย่างไร และเกิดขึ้นในธรรมชาติได้อย่างไร

แร่และหิน (Minerals and Rocks)

แร่และหิน เป็นทรัพยากรธรรมชาติที่นำมาประยุตก์ใช้ในงานอุตสาหกรรมในวงกว้าง และสร้างมูลค่าทางเศรษฐกิจให้กับหลายประเทศ

แร่ (Minerals) คือ ธาตุหรือสารประกอบอนินทรีย์ (Inorganic Compound) ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ ประกอบด้วยอะตอมของธาตุตั้งแต่ 1 ชนิดขึ้นไป มีโครงสร้างภายในเป็นผลึก จึงมีสถานะเป็นของแข็ง อีกทั้งยังมีองค์ประกอบทางกายภาพและทางเคมีที่ค่อนข้างเสถียรและแน่นอน ซึ่งส่งผลให้แร่มีคุณสมบัติเฉพาะตัวที่เปลี่ยนแปลงได้อย่างจำกัด

คุณสมบัติทางกายภาพของแร่

  • ผลึก (Crystal) คือ โครงสร้างทางกายภาพที่เป็นผลมาจากการจัดเรียงตัวของอะตอมหรือโมเลกุลของธาตุที่ประกอบอยู่ภายในแร่ต่าง ๆ เกิดเป็นรูปทรงสามมิติที่มีระนาบ มีสมมาตร และมีการจัดเรียงอย่างเป็นระเบียบ แร่บางชนิดประกอบขึ้นจากธาตุชนิดเดียวกัน แต่มีรูปทรงผลึกแตกต่างกันออกไป เช่น เพชร (Diamond) และกราไฟต์ (Graphite)
  • แนวแตกเรียบ (Clevage) คือ รอยแตกระนาบที่เรียบไปตามโครงสร้างอะตอมในผลึกแร่ โดยทั่วไปรอยแตกนี้จะขนานไปตามผิวหน้าของแร่
  • รอยแตก (Fracture) คือ รอยแตกที่ไม่สม่ำเสมอหรือมีทิศทางไม่แน่นอนบนผิวของแร่
  • ความถ่วงจำเพาะ (Specific Gravity) คือ อัตราส่วนระหว่างน้ำหนักของสสารต่อน้ำหนักของน้ำ ณ อุณหภูมิหนึ่ง โดยทั่วไป แร่โลหะจะมีความถ่วงจำเพาะมากกว่าแร่อโลหะ
  • ความแข็ง (Hardness) คือ ความแข็งแรงทนทานต่อแรงกระทำจากภายนอกของแร่
  • สี (Color) คือ สีสันของแร่ ซึ่งแร่แต่ละชนิดอาจปรากฏให้เห็นเพียงสีเดียวหรืออาจมีสีสันหลากหลายขึ้นอยู่กับชนิดของแร่และความบริสุทธิ์หรือการเจือปนของแร่ธาตุชนิดอื่น
  • สีผงละเอียด (Streak) คือ ผงสีที่หลุดออกมาจากแร่ เมื่อนำแร่มาฝนลงบนกระเบื้องสีขาว เช่น สีผงละเอียดของแร่ฮีมาไทต์ (Hematite) ที่เป็นสีแดงและแมกนีไทต์ (Magnetite) ที่เป็นสีดำ ทั้งที่ทั้งคู่ต่างเป็นสินแร่เหล็กเช่นเดียวกัน
  • ความวาว (Luster) คือ คุณสมบัติในการสะท้อนแสงของผิวแร่ ซึ่งสามารถจำแนกออกเป็น 3 ลักษณะ คือ วาวแบบโลหะ วาวแบบอโลหะ และวาวแบบกึ่งโลหะ

หินและแร่, หิน, แร่, สินแร่, ทรัพยากรธรรมชาติ, ทรัพยากร

ประเภทของแร่

1. แร่ประกอบหิน (Rock Forming Minerals) คือ แร่ที่เป็นส่วนประกอบสำคัญของหินชนิดต่าง ๆ ซึ่งแร่ประกอบหิน ประกอบด้วยธาตุหลักจำนวน 8 ธาตุ ได้แก่ ออกซิเจน ซิลิคอน อะลูมิเนียม เหล็ก แคลเซียม โพแทสเซียม โซเดียม และแมกนีเซียม โดยมีอัตราส่วนแตกต่างกันออกไปในหินแต่ละก้อน

2. แร่เศรษฐกิจ (Economic Minerals) คือ แร่ที่มีคุณค่าทางเศรษฐกิจ ซึ่งมนุษย์สามารถนำมาใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมด้านต่าง ๆ โดยแร่เศรษฐกิจสามารถจำแนกออกเป็น 2 กลุ่มหลัก คือ

  • แร่โลหะ (Metallic Minerals) หรือแร่ที่มีความคงทนแข็งแรง สามารถทนความร้อนและนำไฟฟ้าได้ดี เช่น ดีบุก เหล็ก แมงกานีส ทองแดง และตะกั่ว รวมไปถึงทองคำ เงิน และทองคำขาวที่เรียกรวมกันว่า “แร่โลหะมีค่า”
  • แร่อโลหะ (Non-metallic Minerals) คือ แร่ที่ไม่สามารถนำความร้อน มีลักษณะโปร่งแสง เปราะบางและแตกหักง่าย เช่น ฟลูออไรท์ ยิปซัม หินทราย ดินขาว ควอตซ์ และโดโลไมต์
หินและแร่, หิน, แร่, สินแร่, ทรัพยากรธรรมชาติ, ทรัพยากร
สินแร่

3. นอกจากนี้ ยังมี “สินแร่” (Ore) หรือแร่ประกอบหินที่มีแร่เศรษฐกิจเจือปนอยู่ในปริมาณมาก ซึ่งมนุษย์พิจารณาแล้วว่าคุ้มค่าต่อการนำมาใช้ประโยชน์ เช่น แร่รัตนาชาติ (Gemstone) และแร่เชื้อเพลิง ไม่ว่าจะเป็นถ่านหิน น้ำมันดิบ หรือก๊าซธรรมชาติ

หินและประเภทของหิน

หิน (Rocks) คือ มวลของแข็งที่ประกอบขึ้นจากแร่ ทั้งจากแร่ชนิดเดียวกันหรือแร่หลายชนิดในธรรมชาติ ซึ่งรวมตัวกันอยู่บริเวณเปลือกโลก โดยเปลือกโลกส่วนใหญ่ ประกอบขึ้นจากแร่ตระกูลซิลิเกต (Silicate) และคาร์บอเนต (Carbonate) จากการที่บรรยากาศของโลกในอดีตนั้น มีคาร์บอนไดออกไซด์เป็นองค์ประกอบหลัก ซึ่งส่งผลให้ฝนหรือหยาดน้ำฟ้าที่ตกลงสู่ผืนดินได้ทำการละลายและนำคาร์บอนไดออกไซด์จากชั้นบรรยากาศลงมาสะสมอยู่บนเปลือกโลกและมหาสมุทร และยังทำให้คาร์บอนกลายเป็นธาตุหลักที่สิ่งมีชีวิตบนโลกนำมาใช้ในการสร้างธาตุอาหาร อวัยวะต่าง ๆ และร่างกาย

หินและแร่, หิน, แร่, สินแร่, ทรัพยากรธรรมชาติ, ทรัพยากร, แร่และหิน

เนื่องจากเปลือกโลกมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา หินจึงมีการแปรสภาพ ผุพังลง และเกิดการทับถม เพื่อสร้างตัวขึ้นใหม่ กลายเป็นวงจรการกำเนิดและการเปลี่ยนแปลงของหินที่เรียกว่า “วัฏจักรหิน” (Rock Cycle) ซึ่งทำให้เราสามารถจำแนกหินตามลักษณะการเกิดได้ 3 ประเภท ดังนี้

1. หินอัคนี (Igneous Rocks) คือ หินที่เกิดจากการแข็งตัวของหินหนืด (Magma) จากชั้นแมนเทิลที่โผล่ขึ้นมาบนพื้นผิวโลก หินอัคนีสามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ

  • หินอัคนีแทรกซอน (Intrusive Igneous Rocks) คือ หินที่เกิดจากหินหนืด ซึ่งเย็นตัวลงภายในเปลือกโลกอย่างช้า ๆ ทำให้ผลึกแร่มีขนาดใหญ่และมีเนื้อหยาบ เช่น เช่น หินแกรนิต (Granite) หินไดออไรต์ (Diorite) และหินแกบโบร (Gabbro)
  • หินอัคนีพุ (Extrusive Igneous Rocks) หรือ “หินภูเขาไฟ” คือ หินหนืดที่เกิดจากการเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วของลาวา (Lava) บนผิวโลก ทำให้ผลึกแร่มีขนาดเล็กและมีเนื้อละเอียด เช่น หินบะซอลต์ (Basalt) หินแอนดีไซต์ (Andesite) และหินไรโอไลต์ (Rhyolite)

หินและแร่, หิน, แร่, สินแร่, ทรัพยากรธรรมชาติ, ทรัพยากร, แร่และหิน

2. หินตะกอน (Sedimentary Rocks) คือ หินที่เกิดจากการทับถมและการสะสมตัวของตะกอนต่าง ๆ เช่น เศษหิน แร่ กรวด ทราย และดิน ที่ผุพัง สึกกร่อนหรือถูกกัดเซาะมาจากหินดั้งเดิม โดยปัจจัยต่าง ๆ ในธรรมชาติ เช่น การเคลื่อนที่ของธารน้ำแข็ง กระแสลม หรือคลื่นในทะเล

หินตะกอนสามารถแบ่งตามลักษณะเนื้อหินได้ 2 ประเภท คือ

  • หินชั้นเนื้อประสม (Clastic Sedimentary Rocks) คือ หินชั้นที่เนื้อเดิมของตะกอนยังคงอยู่ในสภาพสมบูรณ์ สามารถพิสูจน์ได้ เช่น หินทราย (Sandstone) หินดินดาน (Shale) และหินกรวดมน (Conglomerate)
  • หินชั้นเนื้อประสาน (Non-clastic Sedimentary Rocks) คือ หินที่เกิดจากการตกผลึกทางเคมีหรือจากสิ่งมีชีวิต มีเนื้อประสานกันอย่างสมบูรณ์ จนไม่สามารถพิสูจน์สภาพดั้งเดิมของตะกอนต่าง ๆ ได้ เช่น หินปูน (Limestone) หินเชิร์ต (Chert) และถ่านหิน (Coal)

แร่และหิน

3. หินแปร (Metamorphic Rocks) คือ หินที่เกิดจากการแปรสภาพ โดยความร้อน ความดันและปฏิกิริยาทางเคมี ซึ่งทำให้เนื้อของหิน แร่ประกอบต่าง ๆ และโครงสร้างดั้งเดิมเปลี่ยนแปลงไป

  • การแปรสภาพแบบภูมิภาคหรือบริเวณไพศาล (Regional Metamorphism) คือ การแปรสภาพของหินที่ส่วนใหญ่เกิดจากการเคลื่อนที่ของเปลือกโลก โดยอาศัยทั้งความร้อนและความดันสูงลึกลงไปใต้ผิวโลกที่ทำให้แร่ดั้งเดิม เกิดการแปรสภาพเป็นแร่ชนิดใหม่ เกิดการเปลี่ยนแปลงของรูปร่างและการจัดเรียงตัวของแร่ที่แสดงริ้วขนาน (Foliation) อันเนื่องมาจากแร่เดิมถูกบีบอัดจนเรียงตัวเป็นแนวหรือแถบขนานกัน เช่น หินไนส์ (Gneiss) หินชีสต์ (Schist) และหินชนวน (Slate)
  • การแปรสภาพแบบสัมผัส (Contact Metamorphism) คือ การแปรสภาพของหินที่เกิดจากสัมผัสกับความร้อนและเกิดปฏิกิริยาทางเคมีจากสารละลายที่ขึ้นมาพร้อมกับหินหนืด โดยไม่มีปัจจัยของความดันมาเกี่ยวข้องมากนัก อาจทำให้เกิดแร่ชนิดใหม่บางส่วนหรือเกิดแร่ใหม่แทนที่แร่ในหินดั้งเดิมเฉพาะบริเวณที่มีการสัมผัสเท่านั้น ไม่แสดงริ้วขนาน เช่น หินอ่อน (Marble) และหินควอตไซต์ (Quartzite)

สืบค้นและเรียบเรียง
คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ


ข้อมูลอ้างอิง

National Geographic – https://www.nationalgeographic.com/science/earth/inside-the-earth/rocks/
กรมทรัพยากรธรณี – http://www.dmr.go.th/ewtadmin/ewt/minerals/ewt_news.php?nid=74
ศูนย์การเรียนรู้วิทยาศาสตร์โลกและดาราศาสตร์ – http://www.lesa.biz/earth/lithosphere/rocks
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) – https://www.scimath.org/lesson-chemistry/item/7187-2017-06-08-14-16-10
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ – http://www.mwit.ac.th/~weerawut/ppt/Earth06_Mineral.pdf
มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ – http://www.geol.science.cmu.ac.th/


เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ : การกำเนิดดินและทรัพยากรดิน

เรื่องแนะนำ

NGT x SaySci Ep.14 “เครื่องดื่มเกลือแร่”

เครื่องดื่มเกลือแร่แต่ละชนิดต่างกันอย่างไร วันนี้เราจะพาไปรู้จักเกลือแร่ทั้งแบบผง และแบบน้ำ เพื่อการเลือกบริโภคที่ถูกต้องและไม่เป็นอันตรายต่อร่างกาย

วิทยาศาสตร์น่ารู้: วัฏจักรน้ำ

เคยสงสัยกันหรือไม่? เหตุใดน้ำที่ใช้อุปโภคบริโภคจึงไม่เคยหมดไปจากโลก คำตอบก็คือเพราะน้ำมีวัฏจักรหมุนวนจากพื้นดินกลับขึ้นไปบนฟ้า หล่อเลี้ยงทุกสรรพชีวิตบนโลกนี้

หนังปลานิลช่วยรักษาแผลไฟไหม้

หนังปลานิลช่วยรักษาแผลไฟไหม้ ผ้าพันแผลเป็นปัญหาสำหรับบรรดาสัตว์ เพราะหากพวกมันกินเข้าไป วัตถุแปลกปลอมสำหรับร่างกายนี้จะไปอุดตันในลำไส้  แต่ทีมสัตวแพทย์จาก UC Davis ร่วมกับกรมสัตว์ป่าและปลาของแคลิฟอร์เนีย พวกเขาพบทางเลือกใหม่ที่ดีกว่า ในการรักษาบาดแผลด้วย หนังปลานิล ในหลายประเทศ แพทย์สมัยใหม่ใช้หนังปลานิลรักษาบาดแผลไฟไหม้ให้แก่ผู้คน ความชุ่มชื้นจากหนังปลาจะช่วยให้กระบวนการถ่ายเทคอลลาเจนดีขึ้น บาดแผลจึงหายได้รวดเร็วขึ้นกว่าเดิม ซึ่งทีมสัตวแพทย์ได้ใช้วิธีการเดียวกันนี้รักษาบาดแผลไฟไหม้ให้แก่หมีสองตัวที่ได้รับบาดเจ็บจากเหตุไฟป่าในรัฐแคลิฟอร์เนีย เมื่อเดือนธันวาคมปีที่ผ่านมา โดยเฉพาะแม่หมีตัวหนึ่งที่กำลังตั้งท้อง พวกเขาหวังว่าด้วยวิธีการรักษาใหม่นี้บาดแผลของมันจะหายทันก่อนที่มันจะให้กำเนิดลูก   อ่านเพิ่มเติม กัญชา : ความจริงที่คุณต้องรู้

วิทยาศาสตร์เบื้องหลัง “ สตาร์ วอร์ ” ที่เป็นแรงบันดาลใจในการเรียนรู้

เรื่องราวจากกาแลกซีอันไกลโพ้น แม้นานมาแล้ว สตาร์ วอร์ส ยังคงสร้างแรงบันดาลใจในการเรียนรู้วิทยาศาสตร์แก่แฟนหนังอยู่เสมอ เรื่องราวจากกาแลกซีอันไกลโพ้นเต็มไปด้วยจินตนาการทางวิทยาศาสตร์ล้ำสมัยมากมายซึ่งสร้างแรงบันดาลใจในการเรียนรู้ให้แก่แฟนหนังอยู่เสมอ คุณ Elizabeth Holm นักวัสดุศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยคาร์เนกีเมลลอนกล่าวว่า “ฉันคิดว่านักวิทยาศาสตร์หลายๆ คนได้ความรู้สึกจากตัวหนังว่า มันก็เป็นไปได้นะ และมันทำให้ฉันจินตนาการถึงอนาคตมากกว่าปัจจุบันอีกด้วย” สตาร์ วอร์สร้างแรงบันดาลใจในการเรียนรู้ทางวิทยาศาสตร์ไว้อย่างไร สามารถอ่านได้ที่นี่ จุดจบของดาวมรณะ “ดาวมรณะ” หรือ “เดธสตาร์” (Death Star) นั้นไม่ใช่ดวงจันทร์แต่เป็นสุดยอดขีปนาวุธของจักรวรรดิกาแลกติกที่มีประสิทธิภาพการทำลายล้างสูง ไม่สมดุลกับความทนทาน คุณกาย วอล์คเกอร์ (Guy Walker) อาจารย์วิศวกรรมโยธาแห่งมหาวิทยาลัยแฮเรียต-วัตต์ ประเทศสก็อตแลนด์ และคณะของเขา ทำการศึกษาคู่มือโมเดลทางเทคนิคของเดธสตาร์และหาข้อบกพร่องของดาวมรณะโดยจำกัดเวลาเพียงสี่วัน ซึ่งเทียบเท่ากับเวลากับที่พันธมิตรกบฏ (Rebel Alliance) ใช้ในการวางแผน การวิเคราะห์ด้วยกรอบวิธี “Work domain analysis” ทำให้คุณกายและคณะสามารถยืนยันถึงความบกพร่องทางวิศวกรรมในช่องระบายความร้อนของดาวมรณะได้ นอกจากนั้นยังมีจุดอ่อนอื่นๆ เช่นระบบรักษาความปลอดภัยของระบบแรงโน้มถ่วงที่มีระดับต่ำและความอ่อนไหวต่อการโจมตีทางชีวภาพของดาว การวิจัยมีผลสรุปว่ากลวิธีที่มีประสิทธิภาพในการทำลายดาวมรณะที่สุดคือ “การใช้ อาร์ทูดีทู (R2-D2) สอดแทรกไวรัสคอมพิวเตอร์ไปในเครือข่ายของเดธสตาร์” ซึ่งอาจฟังดูไม่น่าตื่นเต้นเท่าในหนังเท่าไหร่ การแพทย์ในกาแลกซีอันไกลโพ้น สงครามในกาแลกซีอันไกลโพ้นเต็มไปด้วยอันตรายจากอาวุธนานาชนิดทั้งปืนเลเซอร์และกระบี่แสง การมีชีวิตรอดจึงต้องพึ่งพาการแพทย์และระบบดูแลสุขภาพที่มีประสิทธิภาพและล้ำสมัยอย่างแขนกลของลุค สกายวอล์คเกอร์ (Luke […]