หิน และวัฏจักรของหิน

วัฏจักรของหิน   หมายถึง    กระบวนการเปลี่ยนแปลงและกระบวนการหมุนเวียนของหินอัคนี   หินตะกอนและหินแปร   สามารถเปลี่ยนจากหินชนิดหนึ่งไปเป็นหินอีกชนิดหนึ่งได้โดยความร้อนแรงกดดัน  การพุพุ่ง  การพัดพา  และการทับถม

      การเกิดหินในปัจจุบัน มีหินใหม่เกิดขึ้นตลอดเวลา ทั้งบริเวณผิวโลกหรือลึกลงไปใต้เปลือกโลก เช่น บริเวณปากแม่น้ำไนล์ ในอียิปต์ที่ไหลไปบรรจบทะเลเมดิเตอร์เรเนียน ตะกอนทีพับมาทับถม เมื่อเวลาผ่านไปชั้นตะกอนเหล่านี้กลายเป็นชั้นหิน ทีเหลือร่องรอยบอกถึงสภาวะ   แวดล้อมในช่วงศตวรรษที่ 20 หรือซากฟอสซิลปะการังที่พบแถบจังหวัดสระบุรี มีองค์ประกอบของหินปูน มีสิ่งมีชีวิต ซึ่งในอดีตอาศัยอยู่ในทะเลมาก่อน 
                      - การวัดอายุกัมมันตรังสี นักวิทยาศาสตร์ค้นพบวิธีหาอายุหินจากการตรวจวัดธาตุกัมมันตรังสี โดยอะตอมของธาตุกัมมันตรังสีบางชนิดที่อยู่ในหิน จะสลายตัวตลอดเวลา ด้วยการวัดปริมาณของอะตอมดังกล่าว ที่คงเหลืออยู่ในหินสามารถนำมาคำนวณอายุของหินได้ 
                       - การตรวจหาอายุซากดึกดำบรรพ์ เช่น สัตว์จำพวกไดโนเสาร์ที่สูญพันธุ์ไปแล้ว เคยมีชีวิตอยู่เมื่อประมาณ 245 - 65 ล้านปีก่อน ดังนั้นชั้นหินที่พบกระดูกไดโนเสาร์ที่เหลืออยู่จะต้องเกิดขึ้นในช่วงระยะเวลาดังกล่าว ผู้ที่ศึกษาร่องรอยของซากดึกดำบรรพ์เป็นคนแรกคือวิลเลียม สมิธ (ค.ศ.1769-1839) วิศวกรชาวอังกฤษ เป็น "บิดาแห่งธรณีวิทยายุคปัจจุบัน" เชื่อว่าซากฟอสซิลบอกอายุของหินชั้นชนิดต่าง ๆได้

                                           หิน แบ่งออกเป็น   3  ประเภท  คือ

 1. หินอัคนี

        เกิดจากการแข็งตัวของหินหนืดที่หลอมละลายอยู่ใต้เปลือกโลกและลาวาแบ่งออกเป็น 2 พวก คือ

1. เกิดจากการที่หินหนืด (ลาวา) เย็นตัวและตกผลึกอย่างรวดเร็ว กลายเป็นหินที่มีผลึกแร่ขนาดเล็กละเอียดเรียกว่า หินอัคนีพุหรือหินอัคนีภูเขาไฟ (Vocalnic or Extrusive Rocks) เย็นตัวบนเปลือกโลกหรือผิวโลก เช่นหินไรโอไลต์ (Rhyolite) หินบะซอลต์ (Basalt) เป็นต้น

หินไรโอไลต์ประกอบด้วยผลึกแร่เนื้อละเอียดเป็นพวกแร่ควอตซ์ แร่เฟลด์สปาร์ และแร่ไมกา

2. เกิดจากการที่หินหนืด (Magma) เย็นตัวและตกผลึกอย่างช้า ๆ กลายเป็นหินอัคนีที่มีผลึกแร่ขนาดใหญ่ เย็นตัวภายในเปลือกโลก เรียกว่าหินอัคนีแทรกซอนหรือหินอัคนีบาดาล ( Plutonic or Intrusive Rocks) เช่น หินแกบโบ (Gabbro)
หินแกรนิต (Granite) เป็นต้น   

หินแกบโบเป็นหินเนื้อหยาบเกิดจากหินหนืด ที่ขึ้นมาจากชั้นแมนเทิลเย็นตัวลงกลายเป็นหิน เป็นหินที่หายากบนผิวโลก แร่ประกอบหิน มีปริมาณซิลิกาน้อย แต่พบางครั้งพบแร่กลุ่ม เฟลด์สปาร์ โอลีวีนและแร่ไพรอกซีน

 2.หินตะกอน

       เกิดจากการสะสมตัวของตะกอนที่ถูกพัดพามาด้วย น้ำ และลม และเกิดการแข็งตัว หินตะกอนมีอยู่ปริมาณ 5% ของเปลือกโลก คิดเป็นความหนาแน่นประมาณ 10 กิโลเมตร ดังนั้นหินตะกอนจึงมีสภาพเป็นส่วนที่ปกคลุมอยู่บนผิวโลกในลักษณะชั้นบาง ๆ เท่านั้น และจับตัวแข็งกลายเป็นหินตะกอน ได้แก่ หินปูน และหินดินดาน แบ่งกลุ่มของหินตะกอนได้ 3 ชนิดใหญ่ๆได้ คือ
                 1. หินตะกอนชนิดแตกหลุด หรือ Clastic (sedimentary ) Rocks หมายถึง หินตะกอนที่ประกอบด้วยมวลอนุภาคที่แตกหลุดและพัดพามาจากที่อื่นบางที่เรียกว่า Terrigenous (sedimentary) Rocks หรือ Detrital rocks เช่นหินทราย
                 2. หินตะกอนชนิดตกผลึก หรือ Chemical (sedimentary) Rocks หมายถึง หินตะกอนที่เกิดจากกรตกผลึกจากสารละลายทางเคมี ณ อุณหภูมิต่ำ บางทีเรียกว่า Precitated (sedimentary) Rocks หรือ Nonclastic rocks เช่นหินปูน 
                  3. หินตะกอนอินทรีย์ หรือ Biological (sedimentary) rocks หมายถึงหินตะกอนที่เกิดจากการสะสมสารอินทรีย์วัตถุโดยส่วนใหญ่หรือ Organic (sedimentary) Rocks เช่นถ่านหิน

                   นักธรณีวิทยาให้ความสำคัญกับหินชั้นหรือหินตะกอนอย่างยิ่งเพราะเป็นหินที่บ่งบอกถึงประวัติความเป็นมาของโลกในอดีตได้เป็นอย่างดี อย่างไรก็ตามลักษณะในการเกิดหินตะกอนนั้นอาจแบ่งได้เป็น 4 ขบวนการย่อย คือ
                  1. ขบวนการผุพังสลายตัว (Weathering Processes) ทำให้หินดั้งเดิมเกิดการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ เช่น การแตก หัก ยุ่ย สลาย ผุพัง
                   2. ขบวนการกัดกร่อนและพัดพา (Erosional & Transportational Processes) เป็นการเคลื่อนย้ายอนุภาคที่ได้จากขบวนการผุพัง โดยมีตัวการ เช่น ลม น้ำ ธารน้ำแข็ง แรงโน้มถ่วง หรือจากสิ่งมีชีวิต การเคลื่อนย้ายมี 3 รูปแบบ คือ แบบสารละลาย แบบแขวนลอย และแบบของแข็ง
                   3. ขบวนการสะสมตัว ( Depositional Processes ) ขบวนการนี้มวลอนุภาคทั้งที่เป็นของแข็งและสารละลายที่ถูกพัดพามาจะถูนำมาสะสมตัวหรือตกตะกอนทับถมกันเรื่อย ๆ
                   4. ขบวนการอัดเกาะแน่น( Diagenesis ) หลังจากที่เกิดการตกตะกอนไม่ว่าจะโดยทางเคมีหรือทางกายภาพ แต่ตะกอนเหล่านี้ก็อัดตัวกันแน่นหรือเชื่อมประสานตัวกัน กลายเป็นมวลสารที่เกาะตัวแน่นจนกลายเป็นหินตะกอน
                   วัตถุประสานในหินตะกอนได้แก่ ซิลิกา เหล็กออกไซด์ อะลูมิเนียมออกไซด์และแคลเซียมคาร์บอเนต

หินกรวดมน (Conglomerate)

เกิดได้ทั้งในทะเล น้ำจืด และบนพื้นทวีป ก้อนกรวดขนาดเล็กและใหญ่เมื่อถูกเชื่อมเข้าด้วยกันจะกลายเป็น  หินกรวดมน

หินปูน (Limestone)

หินปูนหลายชนิดเกิดจากซากของสิ่งมีชีวิต บางชนิดเกิดจากการตกตะกอนของสารละลายที่เจือปนในน้ำ เช่นสารแคลเซียมคาร์บอเนตเข้มข้นเกิดได้ทั้งน้ำทะเลและน้ำจืด โดยทั่วไปสามารถพบซากดึกดำบรรพ์ หินปูนที่เกิดในน้ำจืดมักมีซากของหอยแกสโตรพอตส์

หินทราย (Sandstone)

                              

                                                 ประกอบด้วยเม็ดทรายขนาดแตกต่างกัน (0.02-2 มม.)เม็ดแร่ส่วนใหญ่เป็นแร่ควอตซ ์แต่  อาจมีแร่อื่นและเศษหิน ดินปะปนอยู่ด้วยเพราะมีวัตถุประสาน มีความแข็งมากสามารถขูดเหล็กเป็นรอยได้ ใช้ทำหินลับมีด

                                                                                                                   
               3.หินแปร 
       เป็นหินที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงทั้งทางกายภาพ ( อุณหภูมิ ความดัน) และทางเคมี กล่าวคือ เมื่อหินดั้งเดิมถูกแปรสภาพโดยอิทธิพลความร้อนและความดันหรืออย่างใดอย่างหนึ่งทั้งสองอย่าง ขบวนดารแปรสภาพนี้จะเกิดขึ้นอย่างช้า ๆ  การแปรสภาพสัมผัส คือหินที่เปลี่ยนสภาพโดยความร้อน เช่นหินอัคนีแทรกซอนในเปลือกโลก หรือโดยสัมผัสกับลาวา
                         การแปรสภาพบริเวณไพศาล คือหินที่เปลี่ยนสภาพโดยความดันหรือแรงดันสูง มักเกิดบริเวณส่วนกลางของเทือกเขาที่เกิดโดยการโค้งงอซึ่งถูกแรงอัด สูง     หินแปรอาจเกิดจากหินอัคนี หินตะกอน หรือแม้แต่หินแปรเอง  ขบวนการแปรสภาพหินแบบนี้ด้วยกัน 3 แบบคือ 
                          1. การตกผลึกใหม่ (Recrystallization) หมายถึงขบวนการซึ่งแร่ในหินเดิมเปลี่ยนแปลงเป็นผลึกแร่เดิมที่มี ขนาดใหญ่ขึ้นด้วย ขบวนการนี้ทำให้หินปูนชนิดเนื้อเนียน ผลึกเล็กมากเกิดจาการตกผลึกใหม่เป็นผลึก Calcite ที่สานเกี่ยวกัน เห็นชัดขึ้นแปรเป็นหินอ่อน (Marble) 
                        2. การรวมตัวทางเคมี (Chemical Recombination ) หมายถึงขบวนการที่ส่วนประกอบทางเคมีของแร่  ตั้งแต่สองชนิดในหินข้างเคียงเกิดการ รวมตัวจนเกิดเป็นแร่ใหม่ โดยไม่มีสารใหม่จากที่อื่นเข้ามาเกี่ยวข้องเช่นแร่ Quartz  และ Calcite ในหินข้างเคียงนั้น ณ ที่อุณหภูมิและความดันที่สูง ๆ เปลี่ยนแปลงไปเป็นแร่ Wollastonite 
                        3. การเข้าแทนที่ทางเคมี (Chemical Replacement) หมายถึง ขบวนการที่สารใหม่จากหินหนืดหลอมละลายเข้าไปแทนที่รวมกับแร่เดิมในหินข้างเคียงทำให้เกิดเป็นแร่ใหม่ขึ้น ในกรณีเช่นนี้สารหใม่โดยเฉพาะไอสาร ซึ่งอาจเป็นสาร  จำพวกโลหะจากหินหนืดเข้าทำปฏิกริยากับหินข้างเคียงหรือเข้าแทนที่สารใน หินข้างเคียง ทำให้เกิดเป็นแร่ที่มีคุณค่าทาง  เศรษฐกิจได้ เช่นแร่เหล็ก แร่ฟลูออไรด์

      
หินไนส์ (Gniess)    หินไนส์ถูกหลอมในสภาวะที่มีความร้อนและความดันสูง จนทำให้แร่ต่าง ๆ ในหินเดิม (หินแกรนิต) เปลี่ยนไปเป็นแร่ชนิดใหม่ เนื้อหินหยาบแร่เรียงตัวเป็นแถบ   เกิดริ้วขนาน
หินควอตซ์ไซต์ (Quartzite)           เป็นหินแปรที่ไม่รอยขนานแปรสภาพมาจาก   หินทราย   วัตถุประสานและเม็ดทรายจะเชื่อมประสานกันสนิท ทำให้แข็งแกร่งมาก เมื่อแตกจะมีรอยแตกเว้าโค้งแบบก้นหอยซึ่งต่างจากหินทราย

หินอ่อน (Marble)          เป็นหินแปรที่แปรมาจากหินปูนเนื่องจากอิทธิพลของความร้อนและความดัน แต่ไม่รอยขนานมีทั้งเนื้อละเอียดและเนื้อ หยาบ เนื้อหินแวววาว หินอ่อนสีขาวนำมาใช้ทำหินแกะสลักและหินก่อสร้าง หินอ่อนที่มีมลทิน แร่ในหินปูนทำให้หินอ่อนมีสีแดง สีชมพูและสีเขียว


หินชนวน          เป็นหินแปรที่แปรมาจากหินดินดาน