4.4 Plate Tectonic

4.4 Plate Tectonic

ในปี ค.ศ. 1965 J. Tuzo Wilson นักธรณีวิทยาชาวแคนาดาได้นำทฤษฎี continental drift และ seafloor spreading มาเป็นพื้นฐานเพื่อใช้ในการอธิบายทฤษฎีใหม่ของเขาที่ชื่อว่า plate tectonic ซึ่งเชื่อว่าพื้นผิวด้านนอกของโลกจะมีลักษณะเป็นแผ่นมีทั้งหมด 12 แผ่น แต่แผ่นที่ใหญ่และเป็นหลัก ๆ แสดงไว้ดังภาพที่ 2.8 โดยแต่ละแผ่นมีความหนาประมาณ 70-100 กิโลเมตร ลอยอยู่ในชั้น Asthenosphere และ plate แต่ละชิ้นจะประกอบด้วยส่วนของทวีปและมหาสมุทรจึงแสดงให้เห็นว่าขอบเขตของชิ้นส่วนเหล่านี้ไม่ใช่ขอบเขตระหว่างทวีปและมหาสมุทร และอาจอยู่เหลื่อมล้ำกัน การเคลื่อนที่ของ plate ต่าง ๆ เป็นผลจากการเคลื่อนที่ในลักษณะที่เรียกว่า convection current ของของเหลวในชั้น Asthenosphere ทั้งนี้เนื่องจากภายในของโลกมีเพิ่มอุณหภูมิอย่างมหาศาลซึ่งเกิดจากการสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสีภายในโลก สารที่ร้อนและเบากว่าบริเวณข้างเคียงจะเคลื่อนตัวสูงขึ้นเมื่อเคลื่อนมาถึงชั้น lithosphere ก็จะทำให้เกิดแรงดันให้แยกตัวออกไปด้านข้างดันให้ plate เคลื่อนที่ออกไปเมื่อของเหลวนั้นเย็นตัวก็จะทำให้เกิดพื้นมหาสมุทรใหม่ ในขณะเดียวกันอีกด้านหนึ่งของ plate สารหลอมเหลวก็จะดึงส่วนที่เป็นพื้นผิวโลกเดิมให้จมตัวลงจัดเป็นลงรอบของการเคลื่อนที่ของของเหลวภายในโลก (ภาพที่ 2.9) ถึงแม้ว่ากลไกนี้จะเป็นที่ยอมรับกันในปัจจุบันแต่ยังไม่สามารถอธิบายได้ว่าเพราะเหตุใด convection current ที่เกิดขึ้นจะต้องเกิดตามแนวสันเขากลางมหาสมุทรซึ่งเป็นขอบด้านหนึ่งของ plate

ภาพที่2.8 แผ่นเปลือกโลกที่สำคัญทั้ง 12 แผ่น

ที่มา: Garrison (2007)

ขอบของ plate ที่เป็นแนวที่เกิดเปลือกมหาสมุทรใหม่จะเรียกว่าเป็น divergent plate boundary ตัวอย่างเช่น Mid-Atlantic Ridge ในมหาสมุทรแอตแลนติก ในขณะเดียวกันส่วนของเปลือกโลกที่ถูกทำลายเราจะเรียกส่วนนี้ว่า convergent plate boundary ซึ่งจะเป็นบริเวณที่มีการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยาอย่างรุนแรงเนื่องจากเป็นแนวที่ plate ซ้อนทับกัน ตัวอย่างเช่นทวีปอเมริกาใต้ซึ่งอยู่บน South American Plate ซึ่งมีทิศทางการเคลื่อนตัวไปทางทิศตะวันตกจะอยู่ติดกันกับส่วนหนึ่งของมหาสมุทรแปซิฟิกที่อยู่บน Nazca Plate ซึ่งมีทิศทางการเคลื่อนตัวไปทางทิศตะวันออกดังนั้นจึงมีการดันกันของ plate โดยทวีปอเมริกาใต้ซึ่งลอยตัวอยู่ในชั้น lithosphere ซึ่งเป็นเปลือกโลกทวีปที่ค่อนข้างหนาและเบากว่าจะเกยเหนือ Nazca Plate โดยเปลือกโลกมหาสมุทรที่หนักกว่าของ Nazca Plate จะจมตัวลงเป็น subduction zone ซึ่งมีลักษณะเป็นหุบเหวลึก (trench) ขนานไปกับชายฝั่งด้านตะวันตกของทวีปอเมริกาใต้

ภาพที่ 2.9 ลักษณะการไหลเวียนของ convection current

ที่มา: Garrison (2007)

ส่วนของ plate ด้านล่างจะจมตัวลงไปนั้นจะค่อย ๆ มีความหนาแน่นเพิ่มมากเมื่อจมลึกลงไปมากขึ้น และส่วนบนที่มีความหนาแน่นน้อยรวมทั้งตะกอนต่าง ๆ ที่อยู่บนผิวหน้า plate จะหลอมละลายในชั้น Asthenosphere การที่ plate จมตัวนี้จะทำให้เกิดแผ่นดินไหวขึ้นและเปลือกโลกและตะกอนบนผิวหน้าที่หลอมละลายทำให้เกิด magma, น้ำ และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งถ้าสะสมกันจนมีปริมาณมากเกินไปจะทำให้เกิดภูเขาไฟระเบิดขึ้นตัวอย่างเช่นการระเบิดของภูเขาไฟบริเวณเทือกเขา Andes และแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นบ่อยครั้งในทวีปอเมริกาใต้ (ภาพที่ 2.10)

ภาพที่ 2.10 การชนกันของแผ่นเปลือกโลกมหาสมุทรและเปลือกโลกทวีปบริเวณทวีปอเมริกาใต้
ที่มา Garrison (2007)

ในกรณีที่การจมตัวลงของ plate ที่เป็นเปลือกโลกมหาสมุทรทั้งคู่นั้นเปลือกโลกอันหนึ่งจะเป็นเปลือกโลกที่มีอายุมากกว่าอีกอันหนึ่งซึ่งจะมีความหนาแน่นมากกว่า เมื่อเกิดการชนกันเปลือกโลกที่มีอายุมากกว่าจะจมตัวลงเนื่องมาจากผลของแรงโน้มถ่วงบริเวณที่เกิดการจมตัวลงนั้นจะเกิดเป็นหุบเหวลึก (trench) เปลือกโลกมหาสมุทรและตะกอนผิวหน้าที่หลอมละลายเป็น magma ในชั้น asthenosphere นั้นก็จะทำให้เกิดการระเบิดของภูเขาไปเช่นเดียวกันโดยภูเขาไฟบริเวณพื้นมหาสมุทรนั้น จะมีบางส่วนที่โผล่พ้นน้ำจะเรียงตัวเป็นหมู่เกาะรูปโค้ง (island arc) ซึ่งส่วนใหญ่จะอยู่ทางเหนือและตะวันตกของมหาสมุทรแปซิฟิก นักธรณีวิทยาบางคนเชื่อว่าเปลือกโลกทวีปอาจมีสาเหตุเกิดจากหินลาวาที่เกิดจากการระเบิดของภูเขาไฟใต้น้ำในกรณีดังกล่าว (ภาพที่ 2.11)

ภาพที่ 2.11 การชนกันของเปลือกโลกในกรณีที่เป็นเปลือกโลกมหาสมุทรทั้งคู่ เปลือกโลกที่มีอายุมากกว่า (ซ้าย) จะจมตัวลง

ที่มา: Garrison (2007)

ถ้าพิจารณาถึงการชนกันของ plate ถ้า plate ทั้งสองเป็นเปลือกโลกทวีป ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดคือการชนกันของ India-Australia Plate และ Eurasian Plate เมื่อประมาณ 45 ล้านปีที่แล้วทำให้เกิดเทือกเขาหิมาลัยขึ้น โดยด้านบนของเปลือกโลกทวีป จะเกยกันทำให้เกิดเป็นภูเขา ส่วนด้านล่างของ plate ทั้งสองจะจมตัวลงด้านล่างเหมือน ๆ กันจนเกิดราก (root) ที่ทำหน้าที่รับน้ำหนักภูเขาที่เกิดขึ้นตามหลัก isostacy (ภาพที่ 2.12)

ภาพที่ 2.12 การชนกันของเปลือกโลกในกรณีที่เปลือกโลกทั้งสองเป็นเปลือกโลกทวีปบริเวณตอนใต้ของประเทศจีน ไม่มีเปลือกโลกด้านใดที่มีความหนาแน่นพอที่จะจมลงสู่ชั้น asthenosphere แรงดันอันเนื่องจากการชนทำให้เปลือกโลกดันตัวเป็นเทือกเขาหิมาลัย

ที่มา: Garrison (2007)

ส่วนของ plate ที่อยู่ชิดกันแต่มีแรงกระทำกันด้านข้างโดย ไม่มีการเกยกันเราจะเรียกลักษณะดังกล่าวว่า transform plate boundary แรงที่เกิดจากการเลื่อนนี้อาจเพียงพอที่ทำให้เกิดแผ่นดินไหวขึ้นได้ซึ่งพบมากทางด้านตะวันออก Pacific Plate ที่อยู่ติดกันกับ North American Plate จะมีรอยแยกที่เกิดจากการเลื่อนของ plate ที่สำคัญ ๆ เช่น California’s San Andreas Fault เป็นต้น (ภาพที่ 2.13)

ภาพที่ 2.13 Transform boundary

ที่มา: Garrison (2007)

การอธิบายถึงปรากฏการณ์ต่าง ๆ เกี่ยวกับทวีปและมหาสมุทรเป็นผลมาจากการศึกษาเรื่องราวของโลกในด้านต่าง ๆ เช่น การศึกษาสภาพของแม่เหล็กโบราณ (paleomagnetism) โดยอาศัยหลักการที่ว่าสภาพแม่เหล็กที่ประกอบอยู่ในหินจะวางตัวในแนวเดียวกันกับสนามแม่เหล็กโลก เมื่อใช้เครื่องมือที่มีความไวสูงจะสามารถตรวจจับสนามแม่เหล็กที่ยังตกค้างอยู่ในหินได้แม้ว่าเวลาจะผ่านไปหลายล้านปีหลังจากที่โลกเย็นตัวลง จากการศึกษาพบว่าในช่วงเวลาที่ผ่านมาสนามแม่เหล็กโลกมีการเปลี่ยนแปลงหลายครั้ง ตำแหน่งขั้วเหนือใต้ของสนามแม่เหล็กโลกก็จะเปลี่ยนแปลงไปด้วย ทำให้เราทราบถึงลักษณะของเปลือกโลกทวีปและเปลือกโลกมหาสมุทรในช่วงเวลาที่ผ่านมาได้