หินอัคนี (Igneous rocks)

หินอัคนี (Igneous Rocks) หินอัคนีคือหินที่เกิดจากการเย็นตัวและตกผลึกของหินหลอมเหลว เมื่อหินหลอมเหลวเหล่านี้เคลื่อนที่ขึ้นมาใกล้ผิวโลก

หินอัคนีที่เกิดจากการเย็นตัวและตกผลึกของหินหลอมเหลวใต้ผิวโลกอย่างช้าๆ เรียกว่า Intrusive rocks หรือ Plutonic rocks

หินอัคนีที่เกิดจากการเย็นตัวและตกผลึกของหินหลอมเหลวบนผิวโลกหรือใกล้ผิวโลก เรียกว่า Extrusive rocks หรือ Volcanic rocks

หินอัคนีที่เกิดจากการทับถมของเศษหินที่ได้จากการระเบิดของภูเขาไฟ เมื่อมีการเชื่อมประสานด้วยแร่จะได้หินที่เรียกว่า Pyroclastic rocks

การเคลื่อนที่ของหินหลอมเหลว (Igneous Activity) หินหลอมเหลว (molten rock) เกิดจากการหลอมตัวของหินภายใต้สภาวะที่เหมาะสมที่ระดับลึกลงไปใต้ผิวโลก มีอุณหภูมิอยู่ระหว่าง 700 C ถึง 1200 C การเคลื่อนที่ของหินหลอมเหลวมักเกิดตามขอบของเพลท (plate) ซึ่งได้แก่ บริเวณสันเขาใต้สมุทร (oceanic ridge) และแนวมุดตัวของเพลท (subduction zone)

หินหลอมเหลวที่เคลื่อนที่อยู่ใต้ผิวโลก เรียกว่า หินหนืดหรือแมกมา (magma) เมื่อแมกมาเคลื่อนตัวสู่ผิวโลก เรียกหินหลอมเหลวนี้ว่า ลาวา (lava) เมื่อหินหลอมเหลวเหล่านี้เย็นตัวลง เกิดการตกผลึก (crystallization) กลายเป็นหินจะได้ หินอัคนี (igneous rocks)

แมกมา มาจากภาษากรีก ซึ่งแปลว่า สารผสมที่คลุกเคล้าเข้ากัน (kneaded mixture) เมื่อถูกนำมาใช้ในทางธรณีวิทยา หมายถึงวัตถุร้อน หลอมบางส่วน และสามารถเคลื่อนที่ได้ภายในโลก สามารถแทรกเข้าไปในหินหรือแทรกตัวตัดผ่านหินในบริเวณเปลือกโลก

แมกมาไม่ได้เป็นของเหลวทั้งหมด แต่เป็นสารผสมของ ของเหลว ของแข็ง และก๊าซ การเคลื่อนที่ของแมกมาช้ามาก ก๊าซที่พบมากในแมกมา คือ ไอน้ำ และก๊าซคาร์บอนไดออกไซต์ ก๊าซเหล่านี้มีความสำคัญมาก เป็นตัวกำหนดความสามารถในการเคลื่อนที่ของแมกมา กำหนดจุดหลอมเหลวของแมกมา และความรุนแรงของการประทุของภูเขาไฟ ก๊าซเป็นตัวที่เพิ่มความสามารถของการไหลของแมกมา แมกมาซึ่งมีก๊าซเหล่านี้มากมีแนวโน้มที่จะเกิดการประทุมากกว่าการระเบิดอย่างรุนแรง

จุดกำเนิดของแมกมาอยู่ในบริเวณที่เป็น เปลือกโลกตอนล่างและเนื้อโลกตอนบน ข้อมูลทางธรณีฟิสิกส์แสดงให้เห็นว่า เปลือกโลกและเนื้อโลกเป็นของแข็งแต่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ บริเวณที่จะให้แมกมาอยู่ที่ระดับใกล้ผิวโลกที่ประมาณ 50 กิโลเมตร ในบริเวณเปลือกโลกตอนล่าง ลึกลงไปจนถึงระดับความลึกประมาณ 200 กิโลเมตร บริเวณเนื้อโลกตอนบน หินในบริเวณดังกล่าวจะหลอมเป็นบางส่วน ซึ่งมีปัจจัยอยู่ 4 ประการ คือ อุณหภูมิ ความดัน ปริมาณน้ำและก๊าซที่มีอยู่ และ ส่วนประกอบของหินที่จะหลอม

หินจะเริ่มหลอมเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น หรือ ความดันลดลง และเมื่อทั้งอุณหภูมิและความดันเปลี่ยนแปลงไปในทางที่จะทำให้หินเกิดการหลอม แร่ต่างๆที่ประกอบขึ้นเป็นหินก็จะเริ่มหลอม เมื่อหินหลอมจะเกิดการขยายตัวเพิ่มขึ้นประมาณ 10% ทำให้หินหลอมมีความหนาแน่นน้อยกว่าหินที่ถูกหลอม ทำให้หินหลอมลอยตัวขึ้นสู่ผิวโลกได้

แมกมาสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 กลุ่ม โดยอาศัยส่วนประกอบทางเคมี ดังนี้ 1. Basaltic magna มีส่วนประกอบ SiO2 ประมาณ 50 เปอร์เซ็นต์ และมีอุณหภูมิระหว่าง 900 C ถึง 1200 C มีลักษณะเป็นของเหลว

2. Granitc magna มีส่วนประกอบ SiO2 อย่างน้อย 60 ถึง 70 เปอร์เซ็นต์ และมีอุณหภูมิประมาณ 800 C มีลักษณะเป็นสารหนืดๆ ไหลยาก เนื่องจากมีอุณหภูมิที่ต่ำกว่า และปริมาณของ SiO2 ที่สูงกว่า ความหนืดที่มากทำให้ก๊าซที่ละลายอยู่หนีออกไปได้ยาก ทำให้เกิดความดันสูง เมื่อเกิดการประทุทำให้เกิดการระเบิดที่รุนแรง และมีปริมาณเศษหินเศษเถ้าภูเขาไฟมาก

ภูเขาไฟ (Volcanoes) volcano มาจากคำว่า Vulcan ซึ่งเป็นเทพแห่งไฟ (god of fire) เป็นช่องทางที่เปิดบนพื้นผิวโลก ที่ให้หินหลอมเหลวเคลื่อนตัวขึ้นสู่ผิวโลกผ่านช่องทาง ที่ เรียกว่า vent หรือ pipe ก่อให้เกิดเป็นเนินเตี้ยๆ เมื่อมีการระเบิดหลายครั้งเข้า เนินเหล่านี้ก็จะมีความสูงเพิ่มขึ้นจนกลายเป็นภูเขาไฟ

ในปัจจุบันมีภูเขาไฟที่ยังมีพลังอยู่ประมาณ 6,000 ลูก ทั้งในส่วนที่อยู่บนแผ่นดินและตามเกาะต่างๆ มีประมาณ 600 ลูก ที่เกิดการประทุในช่วงที่มีการบันทึกในประวัติศาสตร์ ประมาณ 2 ใน 3 ของภูเขาไฟเหล่านี้ อยู่ในบริเวณที่เรียกว่า Circum-Pacific Belt หรือ Ring of Fire มีภูเขาไฟอีกหลายพันลูกซึ่งไม่พบว่ามีการประทุในช่วงที่มีการบันทึกในประวัติศาสตร์ แต่ปรากฏว่ามีการผุพังน้อยมาก ซึ่งเชื่อว่าเป็นภูเขาไฟที่พึ่งเกิดขึ้นไม่นานนัก และอาจเกิดการระเบิดขึ้นได้อีก ยังมีภูเขาไฟอีก 50,000 ลูก ที่พบบนพื้นมหาสมุทรแปซิฟิก

ภูเขาไฟมักมีรูปร่างคล้ายกรวย มีแอ่งอยู่บนยอด มีขนาดแตกต่างกัน ถ้าแอ่งดังกล่าวมีเส้นผ่าศูนย์กลางน้อยกว่า 300 เมตรและลึกประมาณ 100 เมตร เรียกว่า หุบภูเขาไฟ (crater) เมื่อภูเขาไฟมีการระเบิดหลายครั้ง แอ่งจะมีขนาดกว้างขึ้น ถ้าแอ่งมีเส้นผ่าศูนย์กลางมากกว่า 1,500 เมตร และลึก 200 ถึง 300 เมตร เรียกว่า แอ่งภูเขาไฟ (caldera)

การจำแนกภูเขาไฟ ทำได้ในหลายลักษณะ ซึ่งอาจใช้บันทึกการเกิดประทุของภูเขาไฟ หรืออาศัยรูปร่างลักษณะและส่วนประกอบ หรือลักษณะการประทุของภูเขาไฟ ก็ได้

การจำแนกภูเขาไฟซึ่งอาศัยบันทึกการเกิดประทุของภูเขาไฟ แบ่งภูเขาไฟออกได้เป็น 3 พวก คือ 1. Active volcano เป็นภูเขาไฟที่ปัจจุบันยังมีการประทุอยู่ 2. Dormant volcano เป็นภูเขาไฟที่เคยประทุ แต่ปัจจุบันไม่มีการประทุ แต่อาจเกิดการประทุอีกได้ 3. Extinct volcano เป็นภูเขาไฟที่ดับแล้ว ไม่มีการประทุอีก

การจำแนกภูเขาไฟโดยอาศัยรูปร่างลักษณะและส่วนประกอบของภูเขาไฟ แบ่งภูเขาไฟออกได้เป็น 3 ลักษณะ

1. Shield volcano ลักษณะเป็นภูเขาไฟเตี้ยๆ มีฐานกว้างมากกว่า 100 กิโลเมตร ลักษณะคล้ายโล่ห์ มีความชันที่ฐานน้อย (น้อยกว่า 20 องศา) โครงสร้างภายในประกอบด้วยชั้น ลาวาล้วนๆ ตัวอย่างที่สำคัญของ shield volcano คือ เกาะฮาวาย (Hawaiian Islands)

2. Cinder volcano เป็นภูเขาไฟทรงสูง รูปร่างสมสาตร สูงประมาณ 500 เมตร มีความชันที่ฐาน 30 ถึง 40 องศา เส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 2 กิโลเมตร โครงสร้างภายในประกอบด้วย cinder และ ash

3. Composite volcano หรือ Stratovolcano เป็นภูเขาไฟทรงสูง มีความชันที่ฐาน 30 องศา ประกอบด้วยชั้นสลับกันระหว่าง cinder และ ลาวา ตัวอย่างที่สำคัญของ composite volcano เช่น Fuji, Vesuvius หรือ Etna เป็นต้น

การะเบิดของภูขาไฟ (Volcanic Eruption) ความรุนแรงของการระเบิดของภูเขาไฟขึ้นอยู่กับ ส่วนประกอบและปริมาณก๊าซที่มีอยู่ในหินหลอมเหลว ถ้าหินหลอมเหลวมีความหนาแน่นต่ำ มีความหนืดน้อย จะไหลได้เร็วและไม่มีการระเบิดที่รุนแรง แต่ถ้าหินหลอมเหลวมีความหนาแน่นสูง มีความหนืดมาก หินหลอมเหลวจะไหลได้ช้า การระเบิดรุนแรง

เศษหินที่ได้จากการระเบิดของภูเขาไฟและถูกพ่นออกจากปล่องภูเขาไฟ เรียกว่า pyroclastic debris มีขนาดแตกต่างกัน แบ่งออกได้เป็น 1. ฝุ่นภูเขาไฟ (dust) มีขนาดเล็กกว่า 0.25 มิลลิเมตร เมื่อถูกพ่นไปในอากาศ สามารถลอยอยู่ในอากาศได้เป็นเวลานานและเคลื่อนที่ได้เป็นระยะทางไกลๆ

2. ธุลีภูเขาไฟ (volcanic ash) ขนาดระหว่าง 0 3. มูลภูเขาไฟ (cinder) ขนาดระหว่าง 4 มิลลิเมตร ถึง 32 มิลลิเมตร ลักษณะคล้ายธุลีภูเขาไฟ

4. ลาพิลลี (lapilli) เป็นเศษหินขนาดประมาณ 20 มิลลิเมตร 5. บอมบ์ (bomb) ขนาดใหญ่กว่า 32 มิลลิเมตร เป็นก้อนกลมขนาดใหญ่ ถูกดันขึ้นไปและแข็งตัวขณะที่หมุนตัวในอากาศ

6. บล็อก (block) เป็นเศษหินขนาดใหญ่ ลักษณะเป็นเหลี่ยม อาจเป็นเศษหินภูเขาไฟเดิม หรือหินที่อยู่ในปล่องภูเขาไฟ 7. พัมมิซ (pumice) เป็นชิ้นส่วนของหินหลอมเหลวซึ่งมีน้ำและก๊าซปนอยู่มาก เมื่อแข็งตัว น้ำและก๊าซหนีออกไปหมด ได้เป็นหินเนื้อแก้ว มีรุพรุนมาก น้ำหนักเบา ลอยน้ำได้

ลักษณะเนื้อหินของหินอัคนี (Texture of Igneous rocks) อัตราการเย็นตัวของแมกมา เป็นตัวกำหนดอัตราการเติบโตของผลึก การเย็นตัวลงอย่างช้าๆ แร่จะตกผลึกเป็นปริมาณน้อยและค่อยๆเติบโตขึ้น หากการเย็นตัวเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว แร่ตกผลึกเป็นจำนวนมาก ผลึกที่ได้จึงมีขนาดเล็ก หากแมกมาเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วมาก จนกระทั่งไม่มีเวลาพอที่จะทำให้เกิดการตกผลึกได้ ก็จะได้วัตถุที่ไม่มีผลึก

ลักษณะของเนื้อหินแบ่งออกได้เป็น 4 ลักษณะใหญ่ๆ คือ 1. เนื้อหยาบ (phaneritic texture) เป็นลักษณะของหินอัคนีที่ได้จากหินหลอมเหลวเย็นตัวลงอย่างช้าๆใต้ผิวโลก หินประกอบด้วยแร่ที่มีผลึกขนาดใหญ่ มองเห็นด้วยตาเปล่า

2. เนื้อละเอียด (aphanitic texture) เป็นลักษณะของหินอัคนีที่มีอัตราการเย็นตัวของหินหลอมเหลวค่อนข้างเร็ว ผลึกมีขนาดเล็กมาก มองเห็นได้ยากด้วยตาเปล่า ต้องใช้กล้องจุลทรรศน์

3. เนื้อแก้ว (glassy texture) เป็นลักษณะของหินอัคนี ที่มีอัตราการเย็นตัวของหินหลอมเหลวอย่างรวดเร็วมาก ได้เป็นแก้ว

4. เนื้อผลึกสองขนาด (porphyritic texture) เป็นลักษณะของหินอัคนีที่มีอัตราการเย็นตัวของหินหลอมเหลวต่างกัน อัตราการเย็นตัวครั้งแรกช้ากว่าการเย็นตัวในครั้งหลัง เกิดเป็นผลึกขนาดใหญ่เกิดอยู่ในหินที่มีผลึกขนาดเล็ก ผลึกขนาดใหญ่เรียกว่า phenocryst ส่วนผลึกขนาดเล็กเรียกว่า groundmass

ชนิดของหินอัคนี (Types of Igneous Rocks) การจัดแบ่งหินอัคนีทำได้หลายลักษณะ ในการจัดแบ่งหินอัคนีอย่างง่ายๆ อาศัยลักษณะเนื้อหินและแร่ประกอบหินเป็นหลัก ส่วนประกอบที่สำคัญในการจำแนกหินอัคนีคือ ปริมาณซิลิกา (SiO2) ซึ่งหินอัคนีมีปริมาณซิลิกาอยู่ระหว่าง 45% ถึง 80% โดยน้ำหนัก ปริมาณซิลิกาที่แตกต่างกันทำให้สามารถแบ่งหินอัคนีออกได้เป็น 4 กลุ่ม ได้แก่ felsic, mafic, intermediate และ ultramatic

1. เฟลซิก (Felsic) เป็นหินที่มีปริมาณซิลิกามาก มีแร่เด่นเป็น feldspar (K-feldspar และ Na-rich plagioclase) และ silica (quartz) อาจมีแร่อื่นๆ เช่น biotite, muscovite และ hornblende หินจำพวก felsic มีความหนาแน่นน้อย เนื่องจากแร่ประกอบหินเป็นแร่ที่มีความหนานแน่นน้อย ตัวอย่างหินจำพวกนี้ได้แก่ granite, rhyolite

2. เมฟิก (Mafic) เป็นหินที่มีปริมาณซิลิกาน้อย มีแร่เด่น เช่น Ca-rich plagioclase และ pyroxene อาจมี olivine ได้ด้วย แร่เหล่านี้ประกอบด้วยธาตุที่หนัก เช่น magnesium (Mg) และ iron (Fe) หินจำพวกนี้มีสีเข้ม มีความหนาแน่นสูง ตัวอย่างหินจำพวกนี้ได้แก่ gabbro, basalt

3. อินเทอร์มิดิอิท (Intermediate) เป็นหินที่มีส่วนประกอบอยู่ระหว่างหิน felsic และ mafic มีแร่เด่น คือ Na-rich plagioclase และ Ca-rich plagioclase มักพบ hornblende และ biotite ด้วย สี ความหนาแน่น และส่วนประกอบ ก็อยู่ระหว่างหิน felsic และ mafic ด้วย ตัวอย่างหินจำพวกนี้ได้แก่ diorite, andesite

4. อัลตราเมฟิก (Ultramafic) เป็นหินที่พบได้ยากบนพื้นโลก มีปริมาณซิลิกาน้อยมาก ส่วนใหญ่ประกอบด้วย pyroxene และ olivineซึ่งมี iron และ magnesium เป็นส่วนประกอบ เป็นหินที่มีความหนาแน่นสูง ไม่พบ plagioclase ตัวอย่างหินจำพวกนี้ได้แก่ peridotite