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

เผยวงการร่างทรงในมุมมองที่คุณอาจยังไม่เคยรู้

การทรงเจ้า เเละ ร่างทรง ถือได้ว่าเป็นความเชื่อที่อยู่คู่กับวัฒนธรรมประเพณีไทยมาตั้งเเต่โบราณกาล ทว่าศรัทธาเหล่านี้มีจริงหรือไม่?

ซากดึกดำบรรพ์ หรือฟอสซิล (Fossil)

จากการค้นพบ ซากดึกดำบรรพ์ ล่าสุดในประเทศไทย กลายเป็นกระแสไปทั่วโลกออนไลน์ ปลุกกระแสวงการบรรพชีวินในประเทศไทยขึ้นอีกครั้ง ซากดึกดำบรรพ์ หรือ “ฟอสซิล” (Fossil) คือ หินที่เก็บรักษาซากสิ่งมีชีวิตโบราณหรือร่องรอยของการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ได้เป็นอย่างดี ไม่ว่าจะเป็นพืช สัตว์ แบคทีเรีย ส่วนของละอองเกสร หรือแม้แต่รอยเท้าต่าง ๆ ซึ่งถูกแปรสภาพและเก็บรักษาไว้ด้วยกระบวนการทางธรรมชาติในชั้นหินใต้เปลือกโลก ก่อนจะกลายมาเป็นหลักฐานทางธรณีวิทยาที่สำคัญให้เราได้ทำการศึกษาและทำความเข้าใจต่อโลกและสิ่งมีชีวิตในอดีต ซากสิ่งมีชีวิตจะกลายเป็นซากดึกดำบรรพ์ เมื่อมีอายุตั้งแต่ 1 หมื่นปีขึ้นไป ดังนั้น ซากดึกดำบรรพ์ที่ถูกขุดพบสามารถแสดงร่องรอยของสิ่งมีชีวิต ตั้งแต่บรมยุคอาร์เคียน (Archean Eon) เมื่อเกือบ 4 พันล้านปีก่อนเรื่อยมาจนถึงยุคสมัยโฮโลซีน (Holocene Epoch) ซึ่งเป็นยุคสมัยของเรา ซากดึกดำบรรพ์ที่มีอายุเก่าแก่ที่สุดที่เคยถูกขุดพบ คือ ซากของสาหร่ายโบราณที่อาศัยอยู่ในมหาสมุทรเมื่อราว 3 พันล้านปีก่อน สำหรับประเทศไทย กรมทรัพยากรธรณีเป็นหน่วยงานหลักที่ศึกษาและรับผิดชอบเรื่องซากดึกดำบรรพ์ ที่ผ่านมาค้นพบซากฟอสซิลที่เป็นประโยชน์ต่อการศึกษาประวัติศาสตร์ทางบรรพชีวินวิทยา ทั้งซากดึกดำบรรพ์ของพืชและสัตว์ จากข่าวล่าสุดในพื้นที่จังหวัดสระแก้ว เมื่อวันที่ 1 ธันวาคม 2562 ที่ผ่านมา รายงานพบซากดึกดำบรรพ์ของ “ไครนอยด์” (Crinoid) หรือพลับพลึงทะเล สัตว์ทะเลโบราณในมหายุคพาลีโอโซอิก (Paleozoic […]

วัคซีน แอสตร้าเซนเนก้า ดีหรือไม่ – ทำงานอย่างไร และข้อสงสัยในผลข้างเคียง

วัคซีน แอสตร้าเซนเนก้า แม้จะมีข้อสงสัยในผลข้างเคียงที่ปรากฏออกมา แต่ก็ได้รับการยืนยันว่าเป็นวัคซีนที่ปลอดภัย มีประสิทธิภาพ และสามารถเป็นวัคซีนที่ช่วยชีวิตประเทศยากจนหรือกำลังพัฒนาได้ ในช่วงเดือนมีนาคม ที่ผ่านมา ผู้ผลิตวัคซีน แอสตร้าเซนเนก้า ได้เปิดเผยผลการวิเคราะห์วัคซีนระยะที่สามในสหรัฐอเมริกาว่า วัคซีนชนิดนี้มีประสิทธิภาพป้องกันอาการของโรคติดเชื้อโควิด-19 ร้อยละ 76 การป้องกันของวัคซีนจะได้ผลดีมากขึ้นสำหรับผู้ที่มีอายุ 65 ปีขึ้นไป ซึ่งจะมีประสิทธิผลร้อยละ 85 และที่สำคัญที่สุด วัคซีนนี้สามารถป้องกันอาการร้ายแรงจากโรคโควิด-19 ได้มากถึงร้อยละ 100 และไม่มีรายงานผลข้างเคียงร้ายแรง แม้ว่าจะมีข้อกังขาในที่หลายประเทศในยุโรปได้สั่งหยุดการใช้วัคซีนชนิดนี้หลังจากมีผู้เสียชีวิตจากภาวะอาการลิ่มเลือด แม้ว่าผลดังกล่าวจะแสดงให้เห็นว่าวัคซีนชนิดนี้อาจมีประสิทธิภาพที่ไม่เท่ากับวัคซีนชนิด mRNA อย่างไฟเซอร์/ไบโอเอนเทค และโมเดอร์นา แต่ก็ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพที่เพียงพอ ผลการทดสอบขั้นต้นที่ออกมาถือเป็นข่าวดีสำหรับผู้ที่ควบคุมดูแลการใช้วัคซีนในสหราชอาณาจักร สหภาพยุโรป และองค์การอนามัยโลกที่พยายามฟื้นคืนความเชื่อมั่นที่มีต่อวัคซีนโควิด-19 ของแอสตราเซนกา โดยเจ้าหน้าที่สาธารณสุขสามารถใช้ผลการวิเคราะห์นี้เพื่อยืนยันต่อสาธารณชนได้ว่า วัคซีนนี้ปลอดภัย และยังไม่มีข้อบ่งชี้ที่ชัดเจนว่า การฉีดวัคซีนชนิดนี้ก่อให้เกิดภาวะลิ่มเลือดอุดตัน “หากวัคซีนนี้มีส่วนเกี่ยวข้อง (กับภาวะลิ่มเลือด) จริง จะต้องมีสัญญาณที่ปรากฏออกมาอย่างรวดเร็วและชัดเจนกว่านี้” เอ็ดเวิร์ด โจนส์-โลเปซ ผู้เชี่ยวชาญด้านโรคติดต่อ คณะแพทยศาสตร์เค็ก มหาวิทยาลัยเซาเทิร์นแคลิฟอร์เนีย หนึ่งในคณะทำงานด้านการทดสอบทางคลินิกวิทยาของวัคซีนแอสตราเซเนกาในสหรัฐฯ กล่าวและเสริมว่า “แต่เมื่อคุณใช้กับคนนับล้านคน ซึ่งเป็นปริมาณที่มากกว่าการทดสอบทางคลินิก ผลข้างเคียงซึ่งปรากฏได้ยากก็จะชัดเจนขึ้นครับ” ในสหราชอาณาจักร ซึ่งมีผู้คนกว่า 10 […]