การเคลื่อนที่ของแผ่น เปลือกโลก ppt

นักธรณีวิทยาตระหนักมานานแล้วว่า โลกมีแหล่งพลังงานอยู่ภายใน พลังงานภายในเหล่านี้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของเปลือกโลกเช่น แผ่นดินไหว ภูเขาไฟระเบิด และการเกิดภูเขา และเมื่อประมาณ 40 ปีมาแล้ว นักธรณีวิทยาเพิ่งจะเข้าใจว่าปรากฏการณ์ต่าง ๆ เหล่านี้ สามารถอธิบายได้ด้วยทฤษฎีเพียงหนึ่งทฤษฎี นั่นคือ ทฤษฎีการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก (plate tectonics)

ทฤษฎีการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก (plate tectonics) สามารถอธิบายการเกิดทวีป การเกิดแอ่งมหาสมุทร การเกิดแผ่นดินไหว การเกิดภูเขา และการเกิดภูเขาไฟของโลกได้ ซึ่งสิ่งต่างๆ เหล่านี้เป็นผลมาจากการก่อรูป (formation) การเย็นตัว (cooling) และการกร่อนตัว (destruction) ของชั้นธรณีภาคชั้นนอก (lithosphere) ของโลก และทฤษฎีนี้ยังสามารถอธิบายได้ว่าทำไมลักษณะทางกายภาพของโลกจึงต่างจากดวงจันทร์ ดาวอังคาร และดาวพุธ

รูปที่ 1 แสดงโครงสร้างภายในของโลก จากในไปนอก: แกนโลกชั้นใน (Inner core), แกนโลกชั้นนอก (Outer core),

เนื้อโลก (Mantle) ซึ่งด้านบนเป็น ชั้นฐานธรณีภาค (Asthenosphere) และธรณีภาคชั้นนอก (Lithosphere) และชั้นนอกสุดคือเปลือกโลก (Crust)

Image credit: http://www.ifa.hawaii.edu/~barnes/ast110_06/tprai/earthfg2.gif

Image credit: http://www.ifa.hawaii.edu/~barnes/ast110_06/tprai/0622a.jpg

การเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกเกิดโดยพลังงานภายในของโลก ซึ่งโลกเป็นดาวเคราะห์เพียงดวงเดียวจากดาวเคราะห์คล้ายโลก (terrestrial planet) ที่ �ยังไม่ตาย� ทางธรณีวิทยา การเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกเกิดจากการที่สสารในชั้นฐานธรณีภาค (asthenosphere) เกิดการพาจากความร้อนภายในโลก  การเคลื่อนตัวของชั้นฐานธรณีภาคทำให้ชั้นธรณีภาคชั้นนอก (lithosphere) เกิดการเคลื่อนตัวไปด้วย และทำให้ธรณีภาคชั้นนอกแตกเป็นแผ่นๆ เรียกว่าแผ่นเปลือกโลก (crustal plates)

รูปแสดงธรณีภาคชั้นนอกแบ่งเป็นส่วนๆ ตามแผ่นเปลือกโลก (crustal plates)

Image credit: http://www.sierraclub.org/john_muir_exhibit/lessons/science/images/plates-rgb.jpg

รูปแสดงแผ่นเปลือกโลก

Image credit: http://www.enchantedlearning.com/subjects/astronomy/planets/earth/Continents.shtml

เมื่อแผ่นเปลือกโลก (crustal plates) เหล่านี้เคลื่อนที่ มันก็จะพาทวีปของโลกเคลื่อนที่ไปด้วย การเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกเหล่านี้ทำให้มหาสมุทรแอตแลนติกขยายกว้างออกไปเรื่อยๆ ด้วยอัตราประมาณ 3 เซนติเมตรต่อปี  

นักธรณีวิทยาเชื่อว่า ถ้าย้อนเวลากลับไป ทวีปต่างๆ ของโลกยังไม่ได้แยกออกจากกัน ซึ่งยังเป็นแผ่นทวีปใหญ่แผ่นเดียวที่เรียกว่า one giant supercontinent ที่เรียกว่า พันเจีย (Pangaea) และเมื่อประมาณสองร้อยล้านปีที่แล้ว พันเจียได้เคลื่อนตัวออกจากกันเป็นสองส่วนคือ ผืนแผ่นดินลอเรเซีย (Laurasia) และ ผืนแผ่นดินกอนด์วานา (Gondwanaland) ต่อมาผืนแผ่นดินกอนด์วานา ได้แยกออกเป็นอีกสองส่วนคือ ทวีปอเมริกาเหนือ และทวีปแอฟริกา ในขณะที่ผืนแผ่นดินลอเรเชีย ได้แยกออกเป็นยุโรป (Eurasia) และทวีปอเมริกาเหนือ

รูปแสดงการแยกตัวของแผ่นพันเจีย (Pangaea)

Image credit: http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Pangea_animation_03.gif

ขอบของแผ่นเปลือกโลกเป็นบริเวณที่จะเกิดกิจกรรมทางธรณีวิทยา เช่นภูเขาไฟ การเกิดภูเขา และมักมีแผ่นดินไหวบ่อย ๆ เช่น เมื่อแผ่นเปลือกโลกสองแผ่นเคลื่อนที่มาชนกัน โดยที่แผ่นหนึ่งเป็นแผ่นเปลือกโลกภาคพื้นทวีป (continental crust) และอีกแผ่นเป็นเปลือกโลกใต้มหาสมุทร (oceanic crust) ขอบของแผ่นเปลือกโลกภาคพื้นทวีปซึ่งเบากว่าจะอยู่บนขอบของแผ่นเปลือกโลกใต้มหาสมุทรซึ่งหนักกว่า และจะเกิดเขตมุดตัวของเปลือกโลก (subduction zone) ขึ้นด้วย

รูปแสดงการชนกันของแผ่นเปลือกโลกภาคพื้นทวีปและแผ่นเปลือกโลกใต้มหาสมุทร รวมทั้งการเกิดเขตมุดตัวของแผ่นเปลือกโลก

Image credit: http://www.ifa.hawaii.edu/~barnes/ast110_06/tprai/Tectonic_plate_boundaries.png

ถ้าแผ่นเปลือกโลก (crustal plates) ที่เคลื่อนที่มาชนกันนั้นมีทวีปอยู่ด้วย คือเป็นการชนกันของแผ่นเปลือกโลกภาคพื้นทวีปสองแผ่น จะไม่มีแผ่นใดอยู่บนและแผ่นใดอยู่ล่าง แต่มันจะเกิดภูเขาขึ้นมาแทนอย่างเช่น ภูเขาหิมาลายา

หลักฐานที่ทำให้นักธรณีวิทยาเชื่อว่าเมื่อก่อนทวีปต่างๆ ของโลกเคยเป็นทวีปเดียวกันมาก่อนนั้นเช่น การพบพืชและฟอสซิลของสัตว์ที่มีอายุประมาณเดียวกัน บนบริเวณฝั่งของทวีปสองทวีป เช่น การค้นพบฟอสซิลของจระเข้น้ำจืดในประเทศบราซิล และแอฟริกาใต้ เป็นต้น

    หลักฐานที่สนับสนุนสมมุติฐานทวีปเลื่อน

    หลักฐานการเลื่อนไหลของทวีปนั้นมีกว้างขวาง ซากพืชและสัตว์ดึกดำบรรพ์ถูกพบรอบชายฝั่งต่างทวีปกัน การค้นพบซากดึกดำบรรพ์ของสัตว์เลื้อยคลานบก ไลโทรซอรัส จากหินอายุเดียวกันในทวีปอเมริกาใต้ ทวีปแอฟริกาและแอนตาร์กติกา นอกจากนี้ยังมีหลักฐานมีชีวิตอยู่ คือ สัตว์ชนิดเดียวกันที่ถูกพบทั้งสองทวีป เช่น ไส้เดือนดินบางตระกูลพบทั้งในอเมริกาใต้และแอฟริกา

    ทฤษฎีการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก ได้อธิบายว่า ปรากฏการณ์แผ่นดินไหว เกิดจากการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกเป็นลำดับขั้นตอนดังนี้ เมื่อโลกแยกตัวจากดวงอาทิตย์ มีสภาพเป็นกลุ่มก๊าซร้อน ต่อมาเย็นตัวลงเป็นของเหลวร้อน แต่เนื่องจากบริเวณผิวเย็นตัวลงได้เร็วกว่า จึงแข็งตัวก่อน ส่วนกลางของโลกยังคงประกอบด้วยของธาตุหนักหลอมเหลว ในทางธรณีวิทยา ได้แบ่งโครงสร้างของโลกออกเป็น ๓ ส่วนใหญ่ๆ เรียกว่า เปลือกโลก (crust) เนื้อโลก (mantle) และแก่นโลก (core) เปลือกโลกเป็นส่วนที่เป็นของแข็งและเปราะ ห่อหุ้มอยู่ชั้นนอกสุดของโลก จนถึงระดับความลึกประมาณ ๕๐ กิโลเมตร เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า ธรณีภาคชั้นนอก หรือลิโทสเฟียร์ (Lithosphere) ใต้ชั้นนี้ลงไปเป็นส่วนบนสุดของชั้นเนื้อโลก เรียกว่า ฐานธรณีภาค หรือแอสเทโนสเฟียร์ (asthenosphere)

1. รอยต่อที่แผ่นเปลือกโลกแยกจากกัน (Divergent plate)

    เกิดขึ้นตรงรอยต่อระหว่างแผ่นเปลือกโลก 2 แผ่น ที่อยู่ใต้มหาสมุทรมากกว่าบนพื้นทวีป เช่น รอยต่อของแผ่นอเมริกาเหนือกับแผ่นยูเรเซีย โดยที่แผ่นทั้งสองมีการเคลื่อนที่แยกออกจากกัน ทาให้เกิดรอยแยกใต้ท้องมหาสมุทร และหินหลอมละลายที่อยู่ลึกลงไปจะดันออกมาตามรอยแยก เมื่อกระทบกับความเย็นจะแข็งตัว และกลายเป็นหินเปลือกโลกใหม่ และเกิดเป็นสันเขา เมื่อแผ่นเปลือกโลกแยกตัว ต่อไปหินหลอมละลายก็จะออกมาและดันหินที่แข็งตัวออกไปด้านข้าง พื้นมหาสมุทรก็จะแผ่ขยายออกไปเรื่อยๆ ด้วยเหตุนี้จึงมีเปลือกโลกที่เกิดใหม่ใต้มหาสมุทรแอตแลนติกอยู่ตลอดเวลา และทาให้ทวีปอเมริกาเหนือแยกจากทวีปยุโรป

2. แผ่นเปลือกโลกเคลื่อนที่เข้ามากัน (Convergent plate) มี 3 แบบ คือ

2.1 แผ่นธรณีมหาสมุทรชนกัน

    แผ่นธรณีมหาสมุทรเกิดขึ้นและเคลื่อนที่ออกจากจุดกำเนิด บริเวณรอยต่อที่แผ่นธรณีเคลื่อนที่ออกจากกัน แรงขับดันจากเซลล์การพาความร้อน (Convection cell) ในชั้นฐานธรณีภาค ทำให้แผ่นธรณีมหาสมุทรสองแผ่นเคลื่อนที่ปะทะกัน ดังภาพที่ 1 แผ่นธรณีที่มีอายุมากกว่า มีอุณหภูมิต่ำกว่า และมีความหนาแน่นมากกว่า จะจมตัวลงในเขตมุดตัว ทำให้เกิดร่องลึกก้นสมุทร (Mid oceanic trench) เมื่อแผ่นธรณีจมตัวลง เปลือกมหาสมุทรและเนื้อโลกชั้นบนสุดซึ่งมีจุดหลอมเหลวต่ำจะหลอมละลายเป็นหินหนืด ซึ่งมีความหนาแน่นต่ำกว่าเนื้อโลกในชั้นฐานธรณีภาค จึงลอยตัวขึ้นดันพื้นผิวโลกให้เกิดเป็นหมู่เกาะภูเขาไฟรูปโค้ง (Volcanic island arc) เรียงตัวขนานกับแนวร่องลึกก้นสมุทร บรรดาหินปูนซึ่งเกิดจากสิ่งมีชีวิตใต้ทะเล เช่น ปะการัง เป็นตะกอนคาร์บอนเนตมีจุดเดือดต่ำ เมื่อถูกความร้อนจะเปลี่ยนสถานะเป็นแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ ลอยตัวสูงขึ้นปลดปล่อยออกทางปล่องภูเขาไฟ ทำให้เกิดการหมุนเวียนของวัฏจักรคาร์บอนและธาตุอาหาร ตัวอย่างหมู่เกาะภูเขาไฟที่เกิดขึ้นด้วยกระบวนการนี้ ได้แก่ หมู่เกาะปิลิปปิส์น และ หมู่เกาะญี่ปุ่น

2.2 แผ่นธรณีมหาสมุทรชนกับแผ่นธรณีทวีป
    แผ่นธรณีมหาสมุทรเป็นหินบะซอลต์ มีความหนาแน่นมากกว่าแผ่นธรณีทวีปซึ่งเป็นหินแกรนิต เมื่อแผ่นธรณีทั้งสองปะทะกัน แผ่นธรณีมหาสมุทรจะจมตัวลงและหลอมละลายเป็นหินหนืด เนื่องจากหินหนืดมีความหนาแน่นน้อยกว่าเนื้อโลกในชั้นฐานธรณีภาค มันจึงยกตัวขึ้นดันเปลือกโลกทวีปให้กลายเป็นเทือกเขาสูง เกิดแนวภูเขาไฟเรียงรายตามชายฝั่ง ขนานกับร่องลึกก้นสมุทร ดังภาพที่ 2 ตัวอย่างเทือกเขาที่เกิดขี้นด้วยกระบวนการนี้ ได้แก่ เทือกเขาแอนดิส บริเวณชายฝั่งตะวันตกของทวีปอเมริกาใต้

2.3 แผ่นธรณีทวีปชนกัน

    แผ่นธรณีทวีปมีความหนามากกว่าแผ่นธรณีมหาสมุทร ดังนั้นเมื่อแผ่นธรณีทวีปปะทะกัน แผ่นหนึ่งจะมุดตัวลงสู่ชั้นฐานธรณีภาค อีกแผ่นหนึ่งจะถูกยกเกยสูงขึ้น กลายเป็นเทือกเขาที่สูงมาก เป็นแนวยาวขนานกับแนวปะทะ ดังภาพที่ 3 ตัวอย่างเทือกเขาสูงที่เกิดขึ้นด้วยกระบวนการนี้ ได้แก่ เทือกเขาหิมาลัย ในประเทศเนปาลเทือกเขาแอลป์ ในทวีปยุโรป

3. รอยต่อที่แผ่นเปลือกโลกเคลื่อนที่สวนกัน (Transform Boundary)
    เมื่อแผ่นเปลือกโลกทั้งสอง เคลื่อนที่สวนกันจะทาให้เกิดรอยเลื่อนขนาดใหญ่ขึ้น และหากแผ่นเปลือกโลกเคลื่อนที่กระทบกันอย่างรุนแรงจะทาให้เกิดการสั่นสะเทือนและเกิดแผ่นดินไหวขึ้นได้ แต่มักจะไม่พบภูเขาไฟ