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

ปลายหางของอสุจิเป็นรูปทรงเกลียว

ปลายหางของอสุจิเป็นรูปทรงเกลียว เราทุกคนรู้กันดีว่าสเปิร์มหรืออสุจิคือเซลล์สืบพันธุ์ของมนุษย์เพศชาย พวกมันมีลักษณะคล้ายกับลูกอ๊อดตัวโปร่งแสงที่ประกอบด้วยส่วนหัว, ส่วนลำตัว และหางยาวซึ่งใช้ในการแหวกว่ายเข้าไปหาไข่ ภายในเวลา 1 วินาทีร่างกายของมนุษย์ผู้ชายสามารถผลิตสเปิร์มได้ 1,500 ตัว และในการหลั่งแต่ละครั้งจะปลดปล่อยสเปิร์มมากถึง  250 ล้านตัวเลยทีเดียว แม้ว่าองค์ความรู้เกี่ยวกับกระบวนการสืบพันธุ์ นักวิทยาศาสตร์จะทราบกับดีอยู่แล้ว แต่ทว่าโครงสร้างของเซลล์สืบพันธุ์นั้นกลับยังไม่ได้ถูกศึกษาอย่างละเอียดเท่าใด ด้วยเทคโนโลยีใหม่ที่เรียกว่า Cryogenic electron tomography (Cryo-ET) หรือกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบแช่แข็ง นวัตกรรมนี้สามารถซูมภาพเข้าไปยังเซลล์และให้ผลลัพธ์ที่เป็นภาพสามมิติออกมาได้ เทคโนโลยีใหม่นี้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2017 ไปครอง ซึ่ง Davide Zabeo นักศึกษาปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยกอเทนเบิร์กในสวีเดน และทีมงานวิจัยของเขาได้นำ Cryo-ET มาทดลองใช้กับอสุจิของมนุษย์ ผลการวิจัยถูกแผยแพร่ลงในวารสาร Scientific Reports จากกล้องจุลทรรศน์เผยให้เห็นว่าที่ปลายหางของอสุจินั้นมีเซลล์รูปร่างเป็นขดเกลียวที่หมุนวนไปทางซ้ายมือ ซึ่งเป็นข้อมูลใหม่ที่ไม่เคยพบมาก่อน การค้นพบครั้งนี้อาจช่วยฉายภาพให้เห็นว่าเหตุใดอสุจิบางตัวจึงว่ายเข้าหาไข่ได้รวดเร็วกว่าอสุจิตัวอื่น และอาจนำไปสู่การพัฒนายาที่ช่วยแก้ไขปัญหาให้แก่ผู้ชายที่มีบุตรยากตลอดจนาคุมกำเนิดที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น Cryogenic electron tomography คือการรวมเทคโนโลยีกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเข้ากับ CT สแกน ตัวอย่างที่นำมาสแกนก็เช่น เซลล์, เนื้อเยื่อ หรือชิ้นส่วนอวัยวะต่างๆ ซึ่งจะมาในรูปแบบของการแช่แข็ง เพื่อช่วยให้เนื้อเยื่อนั้นๆ ยังคงสภาพเดิมได้มากที่สุดใกล้เคียงกับธรรมชาติ  “เราจะได้ภาพที่ดีที่สุดของเซลล์ในขณะที่มันยังมีชีวิต”  Gary […]

ดูเหมือนว่าเกราะของไดโนเสาร์ไม่ได้มีไว้แค่ต่อสู้

ดูเหมือนว่าเกราะของไดโนเสาร์ไม่ได้มีไว้แค่ต่อสู้ ไดโนเสาร์ บางชนิดมีเกราะไว้สำหรับช่วยให้มันได้เปรียบยามต่อสู้ แต่สำหรับไดโนเสาร์สายพันธุ์หนึ่งที่เคยมีชีวิตอยู่ในยุคครีเตเชียส ร่างกายที่ปกคลุมไปด้วยแผ่นเกราะของมันดูเหมือนว่าจะมีส่วนช่วยในการจับคู่ผสมพันธุ์ด้วย ผลการศึกษาฟอสซิลของ Borealopelta markmitchelli ไดโนเสาร์หุ้มเกราะ พบว่าแผ่นกระดูกที่อยู่ล้อมรอบคอและไหล่ของมันนั้นมีขนาดใหญ่โตเกินไปสำหรับการต่อสู้ นั่นจึงเป็นไปได้ว่าแผ่นกระดูกเหล่านี้น่าจะมีไว้สำหรับการดึงดูดความสนใจของเพศตรงข้ามหรือใช้ข่มขวัญคู่แข่งของมัน ย้อนกลับไปเมื่อ 110 ล้านปีก่อน เจ้าไดโนเสาร์กินพืชตัวนี้ตาย ร่างของมันจมลงไปยังก้นมหาสมุทรโบราณ ในปี 2011 คนงานเหมืองในแคนาดาค้นพบร่างของมันเข้าโดยบังเอิญ  นับเป็นความโชคดีที่ร่างของมันจมลงในตะกอน ส่งผลให้แร่ธาตุเข้าไปแทนที่เนื้อเยื่อก่อนที่มันจะเน่าเปื่อย ร่างที่กลายเป็นหินทั้งร่างช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาได้ว่าไดโนเสาร์ตัวนี้เคยมีชีวิตอยู่อย่างไร ในความเป็นจริงการคาดเดาว่าเกราะของสัตว์นั้นถูกใช้เพื่อการต่อสู้และการจับคู่ก็ไม่ได้เป็นสิ่งที่น่าประหลาดใจนัก ช้างเองก็ใช้งวงของมันในการต่อสู้ ป้องกันตัว และงวงเดียวกันนี้ก็ใช้เป็นเกณฑ์ในการวัดด้วยเช่นกันหากตัวเมียต้องการที่จะเลือกผสมพันธุ์ “ส่วนใหญ่ของโครงสร้างที่ซับซ้อนเหล่านี้ ไม่ว่าจะเป็นหางของนก การเปลี่ยนสีของกิ้งก่า หรือเขาในสัตว์สี่เท้า แรงขับที่ทำให้พวกมันวิวัฒนาการสิ่งเหล่านี้ขึ้นมาล้วนมาจากการคัดสรรทางเพศ” Caleb Brown นักวิจัยจากพิพิธภัณฑ์ Royal Tyrrell กล่าว ซึ่งตัวเขาเองกำลังอยู่ระหว่างการศึกษาไดโนเสาร์ Borealopelta ด้วยทุนสนับสนุนจากเนชั่นแนล จีโอกราฟฟิก ผลการวิจัยเจ้า Borealopelta ใหม่จาก Brown ถูกเผยแพร่ผ่านเว็บไซต์ PeerJ ซึ่งเป็นหนึ่งในงานวิจัยไม่กี่ชิ้นที่ศึกษาเกี่ยวกับไดโนเสาร์หุ้มเกราะ และเป็นงานวิจัยแรกที่มุ่งเป้าไปที่การศึกษาฟอสซิลของเนื้อเยื่อ ซึ่งไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน “มันยากที่จะพิจารณาการใช้งานจากรูปร่างของอวัยวะ แม้แต่ในสัตว์ที่ยังมีชีวิตอยู่ก็ตาม” Victoria Arbour นักชีววิทยาผู้เชี่ยวชาญด้านไดโนเสาร์หุ้มเกราะโดยเฉพาะ […]

ปลาบึก : ราชินีแห่งสายน้ำ

(ภาพบน) นักสำรวจของเนชั่นแนล จีโอกราฟฟิก เซบ โฮแกน (ซ้าย) กำลังช่วยเหลือเจ้าหน้าที่กรมประมงของกัมพูชาติดแท็กติดตามและปล่อยกลับสู่แม่น้ำโขง ซึ่งชาวประมงจับได้ใกล้กับกรุงพนมเปญ เมื่อวันที่ 9 พฤศจิกายน 2558 / ภาพถ่ายได้รับความอนุเคราะห์จาก THE UNIVERSITY OF NEVADA, RENO ปลาบึก เป็นปลาน้ำจืดไม่มีเกล็ดที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในโลก ขนาดตัวเต็มวัยยาวประมาณ 3 เมตร มีน้ำหนักมากกว่า 250 กิโลกรัม แต่เดิมเป็นปลาเฉพาะถิ่น (endemic species) ที่พบเฉพาะในแม่น้ำโขงและแม่น้ำสาขาเท่านั้น ปัจจุบัน จำนวนประชากร ปลาบึก มีจำนวนน้อยมาก และอยู่ในกลุ่มสัตว์ใกล้สูญพันธุ์ (Endangered species) ปลาบึกมีชื่อสามัญว่า Mekong giant catfish (Pangasianodon gigas) อาหารของปลาบึกคือพืชน้ำและตะไคร่น้ำ ในประเทศไทยพบการกระจายตัวอยู่ในแม่น้ำโขงตั้งแต่จังหวัดเชียงรายจนถึงจังหวัดอุบลราชธานี ที่ผ่านมา ปลาบึกเป็นปลาที่สร้างมูลค่าทางเศรษฐกิจให้กับชาวประมงพื้นบ้านเป็นอย่างมาก แต่เนื่องจากประชากรปลาไม่สามารถสืบพันธุ์และเจริญเติบโตทันความต้องการ รวมทั้งปัจจัยการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพของแม่น้ำโขง ส่งผลให้จำนวนประชากรปลาบึกตามธรรมชาติลดลงอย่างต่อเนื่อง กรมประมงจึงได้พยายามดำเนินการเพาะขยายพันธุ์ จนประสบผลสำเร็จครั้งแรกในปี 2526 ซึ่งจากความสำเร็จดังกล่าวทำให้การศึกษาทางอนุกรมวิธานของปลาบึกสมบูรณ์ยิ่งขึ้น […]

สุนัขกินเจ้าของ เรื่องบังเอิญหรือตั้งใจ?

แน่ใจได้อย่างไรว่าสุนัขที่เลี้ยงไว้จะไม่บังเอิญกินคุณ หากคุณเสียชีวิต สัดส่วนสุนัขกินเจ้าของเกิดขึ้นในหมาใหญ่มากกว่าหมาเล็ก และเรื่องนี้ไม่เกี่ยวกับว่าคุณเลี้ยงสุนัขมาอย่างไร