การเกิด หิน และ สินแร่ ในธรรมชาติ

NGThai
4 years ago

สินแร่ และ หิน เป็นทรัพยากรธรรมชาติที่นำมาประยุกต์ใช้ในงานอุตสาหกรรมในวงกว้าง 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

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

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

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)

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)

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 และณภัทรดนัย

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