การแปรสัณฐานเปลือกโลก

      หากเรานำทวีปอเมริกาเหนือ ทวีปอเมริกาใต้ ทวีปยุโรป และทวีปแอฟริกามาเชื่อมต่อเข้าด้วยกันจะเห็นได้ค่อนข้างชัดเจนว่ารอยต่อของทวีปเหล่านี้เข้ากันได้อย่างดีหากไม่มีมหาสมุทรแอตแลนติกมากั้นขวางอยู่
 

 

      แนวคิดที่ว่าแต่เดิมทวีปต่าง ๆ เคยอยู่ติดต่อกันเป็นผืนแผ่นดินเดียวและต่อมาได้ค่อย ๆ แยกออกจากกันนั้นเป็นของนักอุตุนิยมวิทยาและนักธรณีฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อ อัลเฟรด โลทาร์ เวเกเนอร์ (Alfred Lothar Wegener) ซึ่งแนวคิดนี้ปรากฏในหนังสือที่เขาได้แต่งขึ้นเมื่อ พ.ศ. ๒๔๕๘ และเป็นที่มาของทฤษฎีว่าด้วย ทวีปเลื่อน (Theory of Continental Drift) ซึ่งยังคงได้รับการกล่าวถึงในแวดวงวิชาการปัจจุบัน  ตามทฤษฎีว่าด้วยทวีปเลื่อนนั้นได้อธิบายว่าแต่เดิมพื้นแผ่นดินของโลกอยู่ติดต่อกันเป็นผืนเดียวเรียกว่า พันเจีย (Pangaea) ต่อมาได้ค่อย ๆ แยกออกเป็น ๒ ส่วนใหญ่ ๆ ส่วนหนึ่งเรียกว่า ลอเรเซีย (Laurasia) อยู่ในซีกโลกเหนือประกอบด้วยผืนแผ่นดินที่เป็นทวีปอเมริกาเหนือ ทวีปยุโรป และทวีปเอเชียโดยไม่รวมคาบสมุทรอินเดียและอีกส่วนหนึ่งเรียกว่า กอนด์วานาแลนด์ (Gondwanaland) อยู่ในซีกโลกใต้ประกอบด้วยผืนแผ่นดินส่วนที่เป็นทวีปแอฟริกา ทวีปอเมริกาใต้ ทวีปออสเตรเลีย ทวีปแอนตาร์กติกาและคาบสมุทรอินเดีย หลังจากนั้นลอเรเซียและกอนด์วานาแลนด์ก็ค่อย ๆ แยกส่วนและเคลื่อนที่ออกห่างจากกันกลายเป็นทวีปต่าง ๆ ดังที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน
      จากข้อมูลการสำรวจพื้นท้องทะเลทำให้นักธรณีฟิสิกส์ชื่อ แฮร์รี แฮมมอนด์ เฮสส์ (Harry Hammond Hess) ซึ่งเป็นศาสตราจารย์ของมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันในสหรัฐอเมริการะหว่าง พ.ศ. ๒๔๗๐ - ๒๕๑๒ ได้เสนอแนวความคิดใหม่ใน พ.ศ. ๒๕๐๔ ว่าพื้นท้องทะเลใหม่น่าจะถูกสร้างขึ้นในบริเวณสันเขาใต้สมุทร โดยการพวยพุ่งของสารร้อนที่หลอมละลายจากชั้นเนื้อโลกจนในที่สุดทำให้เปลือกโลกเกิดการปริแตกเป็นแนวยาวและเป็นหนทางให้สารหลอมละลายเหล่านั้นเคลื่อนตัวพุ่งขึ้นมาจากเนื้อโลกตามรอยแยกนั้นซึ่งการแทรกดันของสารหลอมละลายนี้เกิดขึ้นตลอดเวลาทำให้ดันหินบนเปลือกโลกปริแตกออกแยกตัวและเคลื่อนตัวออกจากกัน แนวคิดนี้ทำให้เกิดทฤษฎีใหม่ที่เรียกว่า ทฤษฎีการแผ่ขยายพื้นท้องทะเล (Theory of Seafloor Spreading) ซึ่งการขยายของพื้นท้องทะเลในแต่ละแห่งมีอัตราไม่เท่ากัน เช่น พื้นท้องมหาสมุทรแอตแลนติกมีการแผ่ขยายประมาณปีละ ๕ เซนติเมตร ส่วนพื้นท้องมหาสมุทรแปซิฟิกแผ่ขยายออกไปได้เร็วกว่าคือประมาณปีละเกือบ ๑๐ เซนติเมตร
      ในปัจจุบันนักธรณีวิทยาเชื่อว่าแผ่นเปลือกโลกมีการสร้างขึ้นใหม่และถูกทำลายอยู่ตลอดเวลา ลักษณะเช่นนี้ส่งผลให้แผ่นเปลือกโลกเกิดการเปลี่ยนลักษณะ (deformation) และการดัดแปลง (modification) อยู่เสมอ เราเรียกกระบวนการที่ทำให้แผ่นเปลือกโลกเกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างอันเป็นผลเนื่องมาจากแรงภายในโลกว่า การแปรสัณฐานแผ่นเปลือกโลก (plate tectonics) ในปัจจุบันเชื่อว่ากระบวนการทางธรณีวิทยาต่าง ๆ ของโลกเป็นผลเสียเนื่องมาจากการแปรสัณฐานเปลือกโลกแทบทั้งสิ้นเนื่องจากกระบวนการดังกล่าวเกิดขึ้นเป็นบริเวณกว้างขวางทั่วทั้งโลก บางคนจึงเรียกว่า การแปรสัณฐานพิภพ (global tectonics) ซึ่งเป็นแนวคิดของนักธรณีวิทยาชาวแคนาดาชื่อนายทูโซ วิลสัน (Tuzo Wilson) ศาสตราจารย์ แห่งมหาวิทยาลัยโทรอนโต (Toronto University) เมื่อ พ.ศ. ๒๕๐๘ เนื่องจากการเคลื่อนที่หรือการแปรสัณฐานเห็นชัดเจนมากภายในเปลือกโลกบางครั้งจึงเรียกว่า การแปรสัณฐานแผ่นเปลือกโลก (crustal tectonics) ที่จริงแผ่นเปลือกโลก (crustal plate) ประกอบด้วยเปลือกโลกและส่วนบนสุดของเนื้อโลกด้วย แผ่นเปลือกโลกดังกล่าวนี้มีอยู่ทั้งหมด ๑๕ แผ่น แต่ละแผ่นอาจประกอบด้วยพื้นทะเลเพียงอย่างเดียว เช่น แผ่นแปซิฟิก แผ่นแคริบเบียนหรือประกอบด้วยทั้งพื้นทะเลและพื้นทวีปก็ได้ เช่น แผ่นอเมริกาเหนือ แผ่นแอฟริกา แผ่นอเมริกาใต้
      การเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกมักเกิดเด่นชัดมากที่บริเวณขอบของแผ่นเปลือกโลกส่วนในบริเวณกลางแผ่นมักไม่ค่อยเกิดขึ้นมากเท่าใดนัก คือ มีความเสถียร (stable) มากกว่า การที่นักวิทยาศาสตร์ทราบว่าขอบแผ่นเปลือกโลกนี้อยู่ตรงส่วนใดของโลกสามารถอธิบายได้เมื่อนำเอาจุดที่เกิดแผ่นดินไหวและภูเขาไฟปะทุบ่อย ๆ มากำหนดลงบนแผนที่โลกจะเห็นได้ชัดเจนว่าจุดดังกล่าวนี้ ต่อกันเป็นแนวยาวเรียงรายต่อเนื่องกันไปที่เห็นเด่นชัดมากคือบริเวณแนวจุดรอบ ๆ มหาสมุทรแปซิฟิกที่เรียกว่า วงแหวนอัคนี (ring of fire) เมื่อก่อนนักวิทยาศาสตร์อธิบายไม่ได้ว่าทำไมจึงเกิดแนวดังกล่าวเหล่านั้นแต่เมื่อได้พิจารณาถึงการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกตามกระบวนการแปรสัณฐานแผ่นเปลือกโลกแล้วเราสามารถอธิบายการเกิดวงแหวนอัคนีที่เชื่อมโยงไปถึงการกำหนดบริเวณขอบของแผ่นเปลือกโลกได้ กล่าวคือบริเวณที่เป็นสันเขาใต้สมุทรมักเป็นบริเวณที่เป็นแนวยาวนูนสูงและมีรอยแตกตรงกลางแนวมากมายซึ่งเป็นช่องทางให้หินหนืด (magma) คือ หินที่ร้อนและหลอม ละลายอยู่ภายในโลกไหลเคลื่อนที่ขึ้นมาบนผิวโลก  โดยหินหนืดจะเย็นตัวตกผลึกและแข็งตัวตามรอยแตกได้อย่างรวดเร็วเมื่อสัมผัสกับน้ำทะเลกลายเป็นหินภูเขาไฟที่มีองค์ประกอบเป็นหินบะซอลต์ ซึ่งเป็นหินหลักของพื้นทะเล การเกิดขึ้นมาเรื่อย ๆ ของหินหนืดบริเวณสันเขาใต้สมุทรนี้เองที่ทำให้เกิดการแผ่ขยายพื้นท้องทะเลออกไปเรื่อย ๆ เมื่อท้องทะเลแผ่กว้างออกไปจึงมีส่วนผลักดันให้แผ่นเปลือกทวีปที่เดิมติดกันอยู่เกิดการเคลื่อนที่ห่างออกไปจากกันด้วยจนในที่สุดจะทำให้ขอบแผ่นเปลือกโลกแผ่นหนึ่งมุดตัวลงไปใต้แผ่นเปลือกโลกอีกแผ่นหนึ่งได้โดยแผ่นที่มุดตัวลงไปส่วนใหญ่เป็นแผ่นเปลือกสมุทร เช่น แผ่นอินเดียมุดลงไปใต้แผ่นยูเรเชียแถบเกาะสุมาตราหรือแผ่นแปซิฟิกมุดตัวลงไปใต้แผ่นอเมริกาใต้
 

 

      แผ่นเปลือกโลก ๒ แผ่นที่อยู่ใกล้ชิดกันหากเกิดการเคลื่อนที่ผ่านกันหรือสวนทางกันเราเรียกการเคลื่อนที่แบบนี้ว่า การเคลื่อนแผ่นผ่านกัน (transform plate motion) ซึ่งจะทำให้แผ่นเปลือกโลก ๒ แผ่นนั้นเสียดสีกันจนเกิดแผ่นดินไหวได้ แต่โดยทั่วไปการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกมักมี ๒ ลักษณะหลัก ๆ คือ การเคลื่อนแผ่นออกจากกัน (divergent plate motion) ซึ่งทำให้เกิดหินหนืดและหินอัคนีได้ดังกล่าวมาแล้วและอีกแบบคือ การเคลื่อนแผ่นเข้าหากัน (convergent plate motion) ซึ่งทำให้เกิดการชนกันของแผ่นเปลือกโลกและดันบางส่วนของแผ่นเปลือกโลกให้ยกตัวสูงขึ้น การเกิดเป็นภูเขาสูง ๆ เช่น เทือกเขาหิมาลัยของทวีปเอเชีย เทือกเขาแอลป์ของทวีปยุโรป เทือกเขาร็อกกีและเทือกเขาแอนดีสของทวีปอเมริกา ก็เป็นผลมาจากการเคลื่อนที่เข้าหากันระหว่างแผ่นเปลือกโลกภาคพื้นทวีป ๒ แผ่น แต่ในบางครั้งจะพบว่าแผ่นเปลือกโลกภาคพื้นสมุทรอาจเคลื่อนที่เข้าหาแผ่นเปลือกโลกภาคพื้นทวีปแล้วแผ่นเปลือกโลกภาคพื้นสมุทรเกิดการมุดตัว (subduction) ลงไปใต้แผ่นเปลือกโลกภาคพื้นทวีป การเคลื่อนที่เข้าหากันของแผ่นเปลือกโลกทั้งสองนอกจากจะทำให้เปลือกโลกบริเวณนั้นเกิดการยกตัวเป็นภูเขาสูงหรือยุบตัวต่ำลงเป็นแอ่งหรือหุบเขาแล้วยังทำให้เปลือกโลก เกิดการเสียดสีกันอย่างมากจนในที่สุดอาจเกิดเป็นแผ่นดินไหวขึ้นได้ซึ่งถ้าแผ่นดินไหวนี้เกิดขึ้นใต้ทะเลและมีกำลังแรงมากก็อาจก่อให้เกิดสึนามิ (tsunami) ซึ่งเป็นคลื่นที่มีขนาดใหญ่มาก เคลื่อนตัวเข้าสู่บริเวณชายฝั่งทะเลและก่อให้เกิดความเสียหายได้มากดังเช่นที่เคยเกิดขึ้นบริเวณชายฝั่งทะเลในภาคใต้ของประเทศไทยด้านทะเลอันดามันเมื่อปลายเดือนธันวาคม พ.ศ. ๒๕๔๗    
      อนึ่ง การเสียดสีของแผ่นเปลือกโลกภาคพื้นสมุทรที่มุดตัวลงไปทั้งใต้แผ่นเปลือกโลกภาคพื้นทวีปอาจก่อให้เกิดความร้อนอย่างรุนแรงมากขึ้นเรื่อย ๆ จนในที่สุดเกิดการหลอมละลายบางส่วนของแผ่นเปลือกโลกภาคพื้นสมุทรที่มุดตัวลึกลงไป การหลอมละลายของหินเปลือกโลกบางส่วนนี้ทำให้เกิดหินหนืดขึ้นได้นอกจากนั้นการที่แผ่นเปลือกโลกภาคพื้นทวีปถูกบีบอัดอย่างรุนแรงอันเป็นผลต่อเนื่องมาจากการมุดตัวของแผ่นเปลือกโลกส่วนมหาสมุทรนี้ทำให้อุณหภูมิและความดันในหินเปลือกโลกภาคพื้นทวีปสูงขึ้นมากจนทำให้หินตะกอนบริเวณนั้นเกิดการแปรสภาพกลายเป็นหินแปรได้