หินแปร (Metamorphic rocks)

หินแปร (Metamorphic rocks) หินแปร คือหินที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงส่วนประกอบ และ/หรือ เนื้อหินเดิม ไปเป็นหินชนิดใหม่ใต้ผิวโลก ซึ่งได้รับอิทธิพลจากการเปลี่ยนแปลงความดันและอุณหภูมิ ในสภาพที่ยังเป็นของแข็ง อาจมีส่วนประกอบใหม่มาเพิ่มหรือไม่ก็ได้ การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเรียกว่า การแปรสภาพ (metamorphism มาจากภาษากรีก ซึ่งแปลว่า .การเปลี่ยนรูป "to change form")

การแปรสภาพ (Metamorphism) การแปรสภาพเกิดขึ้นภายในเปลือกโลก ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทั้งทางเคมีและทางโครงสร้างของหิน ซึ่งหินที่เกิดขึ้นใหม่แตกต่างไปจากหินเดิม แร่ที่เกิดขึ้นใหม่จะเป็นแร่ที่มีความเสถียรกับอุณหภูมิและความดันในขณะที่มีการแปรสภาพ

ปัจจัยที่ทำให้เกิดการแปรสภาพมี 3 อย่างคือ 1. ความร้อน (heat) เป็นปัจจัยที่สำคัญมากในการแปรสภาพ เป็นแหล่งพลังงานที่ทำให้แร่ภายในหินเกิดการตกผลึกใหม่ (recrystallization) ได้ผลึกแร่ที่มีขนาดใหญ่ขึ้นและเกาะติดกันแน่นขึ้นกว่าเดิม

ความร้อนยังทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสมบัติทางกายภาพของหินด้วย หินเกิดการอ่อนตัวลงและอาจเกิดการแปรรูป ดังนั้นความร้อนจึงทำให้หินเกิดการเปลี่ยนแปลงทั้งลักษณะเนื้อหินและโครงสร้าง แหล่งที่ให้ความร้อนได้แก่ แมกมา ความร้อนภายในโลกจากการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี

2. ความกดดัน (pressure) หินที่อยู่ภายใต้ความดัน ทำให้แร่ในหินเกิดการเปลี่ยนแปลง โดยอะตอมภายในแร่อาจถูกอัดกันแน่น ปริมาตรลดลง เมื่อรวมกับผลของความร้อน อาจเกิดการตกผลึกใหม่ของแร่ที่เป็นแผ่นหรือเป็นแท่ง อาจมีการเรียงตัวกันอย่างเห็นได้ชัด ความกดดันเกิดจากน้ำหนักของตะกอนที่ปิดทับอยู่ด้านบน

3. สารว่องไวปฏิกิริยา (chemically active fluid) เป็นสารละลายหรือก๊าซที่เหลือเป็นส่วนสุดท้ายจากการเย็นตัวของหินหลอมเหลว หรือน้ำที่อยู่ในโครงสร้างของแร่เดิม ตามช่องว่างหรือรอยแตกในหิน ที่ถูกขับออกมาเมื่อสภาพแวดล้อมเปลี่ยนแปลง

สารว่องไวปฏิกิริยานี้สามารถผ่านเข้าไปในเนื้อหินข้างเคียงและทำปฏิกิริยา ดังนั้นแร่เดิมจึงเกิดการเปลี่ยนแปลงทำให้เกิดแร่ใหม่ขึ้น ความสามารถในการเปลี่ยนแปลงแร่นี้จะเพิ่มขึ้น เมื่อความลึกเพิ่มขึ้น ซึ่งนั่นย่อมหมายความว่าอุณหภูมิและความกดดันก็สูงขึ้นด้วย ทำให้ความสามารถในการแลกเปลี่ยนธาตุมีมากขึ้นด้วย

การแปรสภาพมี 2 ลักษณะ 1. การแปรสภาพแบบสัมผัส (contact metamorphism) เกิดเนื่องจากหินหลอมเหลวแทรกเข้าไปในเปลือกโลก ความร้อน (ระหว่าง 300 ถึง 800 เซลเซียส) และสารละลายจากหินหลอมเหลวเข้าไปทำปฏิกิริยากับหินรอบๆ การแปรสภาพลักษณะนี้เกิดขึ้นเฉพาะรอบๆบริเวณที่ให้ความร้อนหรือสารละลาย ความรุนแรงของการแปรสภาพมากที่สุดที่จุดสัมผัสและลดลงเมื่อห่างออกไป

2. การแปรสภาพแบบภูมิภาค (regional metamorphism) เกิดขึ้นที่ระดับลึกใต้เปลือกโลก อาศัยทั้งความดันและอุณหภูมิสูงในการแปรสภาพ ขณะแปรสภาพจะมีแร่เกิดใหม่หลายชนิด มีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างและลักษณะการจัดเรียงตัวของเม็ดแร่ หินที่ได้จะแสดงลักษณะการเรียงตัว (foliation) ของเม็ดแร่ที่เป็นแผ่นหรือเป็นแท่งอย่างเป็นระเบียบ หรือมีการแยกเป็นชั้นของแร่สีเข้มและแร่สีจาง การแปรสภาพในลักษณะนี้จะเกิดเป็นบริเวณกว้าง

ลักษณะเนื้อหินของหินแปร (Texture of Metamorphic Rocks) เนื้อหินของหินแปร พิจารณาจาก ขนาด รูปร่าง และการเรียงตัวของเม็ดแร่ ซึ่งบ่งบอกถึงสภาพของความดันและอุณหภูมิในขณะที่หินนั้นเกิดการแปรสภาพ

1. เนื้อหินไม่มีการเรียงตัว (unfoliated texture) เมื่อหินประกอบด้วยแร่ที่เป็นเม็ด เมื่อถูกแปรสภาพ แร่เหล่านี้ไม่สามารถแสดงให้เห็นถึงทิศทางของการเติบโตและทิศทางของแรงที่มากระทำให้เกิดการแปรสภาพ แต่จะเกาะกันแน่น ผลึกมีขนาดใหญ่ขึ้น

2. เนื้อหินที่มีการเรียงตัว (foliated texture) แสดงลักษณะแนวแตกในหิน (rock cleavage) ซึ่งเกิดจากการที่แร่ที่เป็นแผ่นหรือเป็นแท่งมีการเรียงตัว หรือมีการแยกเป็นชั้นของแร่สีจางและแร่สีเข้ม ความรุนแรงหรือความเด่นชัดของการแปรสภาพเพิ่มขึ้นตามความอุณหภูมิและความดัน