หลักและกฎทางธรณีวิทยา

หลักและกฎทางธรณีวิทยา (อังกฤษ: Principles and Laws in Geology) เป็นหลักการสำคัญสำหรับนักธรณีวิทยา เพื่อที่จะใช้ในการวิเคราะห์ลักษณะทางธรณีวิทยาของชั้นหิน (Beds) หรือหินโผล่ (Outcrop) ไม่ว่าจะเป็นลักษณะทางธรณีวิทยาโครงสร้าง, ความสัมพันธ์กับหินชนิดอื่นในบริเวณรอบข้าง และที่สำคัญหลักการดังกล่าวนั้น มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการวิเคราะห์ถึงลำดับของชั้นหิน (Stratigraphy) และการเปลี่ยนแปลงลักษณะของชั้นหิน ซึ่งจะนำไปสู่การแปลความหมายของลักษณะทางธรณีภูมิภาค ในมาตราส่วนระดับไพศาล (Regional Scale) และที่สำคัญการใช้หลักและกฎทางธรณีวิทยาดังกล่าว ยังช่วยในการศึกษาและวิเคราะห์ถึงลักษณะ และโครงสร้างของชั้นหินในอดีตได้

ภาพแสดงหินโผล่แสดงลักษณะของชั้นถ่านลิกไนต์และชั้นตะกอนดิน

หลักและกฎทางธรณีวิทยาที่สำคัญนั้นมีทั้งหมด 9 หลักสำคัญด้วยกัน ดังต่อไปนี้

หลักความเป็นเอกภาพ

หลักเอกภาพนี้ถูกเสนอโดยเซอร์เจมส์ ฮัทตัน (James Hutton) ในช่วงศตวรรษที่ 18 แต่ยังไม่เป็นที่รู้จักกันดีนัก หลักการดังกล่าวเริ่มเป็นที่รู้จักกันในศตวรรษที่ 19 โดยการนำมากล่าวถึงใหม่ของนายจอห์น เพลย์แฟร์ (John Playfair) ซึ่งหลักการนี้กล่าวว่า “Processes occurring today upon and within the past and will continue in the future” หรือกล่าวอย่างง่ายๆ คือ “ปัจจุบันเป็นกุญแจสำคัญไปสู่อดีต” “The Present is the key to the Past”

ข้อสรุปของฮัตตัน เกิดจากการที่เขาสังเกตเห็นการผุกร่อนของชายฝั่งสกอตแลนด์จากผลการกระทำของคลื่น โดยเริ่มจากโขดหินชายฝั่งถูกกัดกร่อนด้วยแรงกัดเซาะของคลื่น จนกลายเป็นกรวดใหญ่ๆ จากนั้นจึงสลายและมีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ จนมีขนาดเท่าเม็ดทราย ฮัทตันได้สังเกตเห็นถึงเนินทรายที่ถูกสร้างให้เกิด และถูกทำลายจากพายุที่พัดเข้ามา และจะเกิดขึ้นมาใหม่กลายเป็นวัฎจักร นอกจากนี้ฮัทตันยังสรุปถึงหินทรายที่พบว่าเกิดจากการตกตะกอนของเม็ดทราย โดยมีการแข็งตัวกลายเป็นหิน ต่อมาสลายกลายเป็นเม็ดทรายเช่นเดียวกับโขดหินที่ถูกกัดเซาะด้วยน้ำทะเล ดังนั้นการสังเกตขบวนการต่างๆ ที่ปรากฏในปัจจุบันของโลกสามารถนำไปประยุกต์และอธิบายเหตุการณ์ที่ปรากฏในอดีตได้

โดยทั่วไปการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยา เป็นการเปลี่ยนแปลงที่ใช้เวลายาวนานมาก ยกตัวอย่างเช่น การที่เราพบเห็นมวลหินแยกขาดออกจากกันซึ่งเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงลักษณะจากการเกิดรอยเลื่อน จนทำให้หินเคลื่อนห่างจากกันเป็นสิบสิบเมตรนั้น เราอาจสามารถอธิบายได้ว่าเกิดจากการเคลื่อนตัวอย่างค่อยเป็นค่อยไป ซึ่งอาจใช้เวลาหลายๆ ล้านปีกว่าจะเลื่อนออกจากกันได้ถึงขนาดนั้น หรืออาจจะอธิบายได้ว่าเกิดจากกระบวนการที่เป็นผลมาจากการเกิดแผ่นดินไหวซึ่งเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วในฉับพลัน ดังนั้นเมื่อเราวิเคราะห์หลักเอกภาพจริงๆ แล้ว หลักเอกภาพอาจนำมาใช้ได้และใช้ไม่ได้ในบางเหตุการณ์ เนื่องจากปรากฏการณ์ต่างๆ ของโลกนั้นส่วนใหญ่จะไม่เป็นไปในลักษณะเดียวกัน (Un-uniform)

 

ภาพแสดงกฎการซ้อนทับของชั้นหิน โดยตัวเลขแสดงลำดับการเกิดของชั้นหิน

กฎการซ้อนทับ

 

ภาพแสดงกฎการวางตัวแนวราบ

กฎนี้ถูกเสนอโดยนายนิโคลัส สตีโน่ (Nicholas Steno) เป็นกฎหนึ่งที่มีความสำคัญทางธรณีวิทยา โดยกล่าวไว้ว่า “เมื่อเราพบเห็นตะกอนของหินตะกอน หรือหินภูเขาไฟวางตัวเป็นชั้นๆ ชั้นหินที่แก่กว่าจะอยู่ด้านล่างของชั้นหินที่อ่อนกว่าเสมอ ถ้าบริเวณนั้นไม่ถูกรบกวนโดยกระบวนการธรณีแปรสัณฐานซึ่งอาจเปลี่ยนแปลงชั้นหินจนเกิดการพลิกตลบกลับได้

กฎการวางตัวแนวราบ

กฎนี้ถูกเสนอโดยนายนิโคลัส สตีโน่ (Nicholas Steno) เช่นเดียวกันกับกฎการซ้อนทับ โดยกล่าวไว้ว่า “ระนาบชั้นหินภายในหินตะกอนในตอนแรกจะวางตัวในแนวราบเสมอ”

กฎการซ่อนตัวของชั้นหิน

 

ภาพแสดงความสัมพันธ์ที่ตัดกันของชั้นหิน โดยตัวเลขแสดงลำดับการเกิดของชั้นหินแต่ละชั้น

กฎนี้ถูกเสนอโดยนายนิโคลัส สตีโน่ (Nicholas Steno) ที่กล่าวไว้ว่า “ที่บริเวณขอบของชั้นหิน จะพบการหายไปของชั้นหิน ทำให้เห็นหินโผล่ออกมา ดังนั้นจึงจำเป็นที่จะต้องมีคำอธิบายว่าเป็นเพราะอะไร เช่น จากการกร่อน จากการคดโค้ง จากการเลื่อนหรือจากภูเขาไฟ ฯลฯ

ความสัมพันธ์ที่ตัดกัน

หลักการนี้ถูกเสนอตั้งโดยเซอร์ เจมส์ ฮัทตัน (James Hutton) ที่กล่าวว่า “หินอัคนี หรือโครงสร้างชั้นหินที่โค้งหรือเลื่อนตัวแล้วตัดเข้ามายังหินท้องที่ ย่อมมีอายุอ่อนกว่าหินท้องที่นั้น ๆ"

กฎการวิวัฒนาการ

โดยกฎนี้กล่าวไว้ว่า “การพบซากสิ่งมีชีวิตในชั้นหิน หากแสดงการวิวัฒนาการน้อย จะมีอายุแก่กว่าชั้นหินที่พบซากสิ่งมีชีวิตที่มีวิวัฒนาการมาก"

กฎพัมเพลลี

กฎนี้ถูกเสนอโดยนายราเฟล พัมเพลลี (Raphael Pumpelly) ซึ่งกล่าวไว้ว่า “ในพื้นที่หนึ่งๆ โครงสร้างเล็กเป็นกุญแจสำคัญที่จะอธิบายโครงสร้างใหญ่ที่เกิดขึ้นที่สภาวะเดียวกัน และเกิดขึ้นจากแรงกระทำอันเดียวกัน หรือกล่าวอีกนัยหนึ่ง โครงสร้างเล็กหรือใหญ่สภาพการเปลี่ยนแปลงเหมือนกัน จะศึกษาด้วยมาตราส่วนเล็กหรือใหญ่ก็สามารถให้ผลทางการเปลี่ยนลักษณะเหมือนกัน"

หลักการตั้งหลายสมมติฐาน

หลักการนี้เป็นกรอบความคิดที่สำคัญ ที่จะช่วยให้สามารถมองเห็นปัญหา และสามารถหาคำตอบได้เมื่อมีการตั้งสมมติฐานของความน่าจะเป็นขึ้นมา เช่น เมื่อพบรอยสัมผัสของหินสองหน่วย ความน่าจะเป็นของรอยสัมผัส ที่ควรจะตั้งสมมติฐาน คือ
(1) เป็นรอยสัมผัสจากหินอัคนี (Intrusive Contact)
(2) เป็นรอยสัมผัสจากการเลื่อน (Fault Contact)
(3) เป็นรอยสัมผัสจากความไม่ต่อเนื่อง (Unconformity Contact)

จากสมมติฐานทั้ง 3 ข้อ ช่วยทำให้สามารถหาคำตอบโดยตั้งสมมติฐาน เพื่อทำการสำรวจในสนาม เช่น ถ้าสมมติฐานข้อที่ 1 ถูก ในสนามจะต้องเห็นรอยสัมผัสที่มีการแปรสภาพ ถ้าสมมติฐานข้อที่ 2 ถูก ในสนามจะต้องเห็นการบดอัดหรือครูดกันของหินและถ้าสมมติฐานข้อที่ 3 ถูก ในสนามจะต้องเห็นร่องรอยการผุกร่อนของบริเวณรอยต่อ การตั้งสมมติฐานมากๆ จะช่วยเป็นแนวทางให้เราสามารถวิเคราะห์และหาคำตอบของปัญหาได้อย่างถูกต้อง

ทฤษฎีกระบวนการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก

ทฤษฎีกระบวนการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก (อังกฤษ: Plate Tectonics) เกิดจากการรวมเอาทฤษฎีทวีปลอย (Continental Drift) ซึ่งกล่าวถึงการแยกออกจากกันเป็นแผ่นๆ พร้อมทั้งเคลื่อนตัวออกจากกันของแผ่นทวีปโลกในอดีต และรวมเอาทฤษฎีพื้นมหาสมุทรแยก (Seafloor Spreading) ที่พบการแยกตัวออกจากกันของแผ่นมหาสมุทรและแนวยาวของภูเขาไฟในกลางมหาสมุทร โดยที่ทฤษฎีกระบวนการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกนั้นใช้อธิบายการเปลี่ยนลักษณะของเปลือกโลกเนื่องจากความเค้นอันเป็นผลจากการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก ทำให้ได้โครงสร้างทางธรณีวิทยา เช่น ชั้นหินคดโค้ง รอยเลื่อน หรือโครงสร้างอื่นๆ

ทฤษฎีกระบวนการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกเป็นที่ยอมรับกันในจากผลการศึกษาและตีพิมพ์เผยแพร่ของ ไบรอัน ไอแสค, แจ็ค โอลิเวอร์ และลินน์ เซคส์ ในปี 1968 และเป็นที่น่าสังเกตว่า ทฤษฎีนี้มีความสำคัญต่อการอธิบายที่มาของปรากฏการณ์ของโครงสร้างต่างๆ และเป็นตัวการที่สำคัญต่อการเปลี่ยนแปลงลักษณะของแผ่นเปลือกโลก

ทฤษฎีดังกล่าวเป็นทฤษฎีที่ได้รับการยอมรับและนำมาอ้างอิงเหตุผลในการเกิดของเหตุการณ์หลาย ๆ อย่างในปัจจุบัน เช่น การเกิดภูเขา ว่าเกิดจากการชนกันของแผ่นเปลือกโลก 2 แผ่น ทำให้เกิดการดันตัวของแผ่นเปลือกโลกที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าขึ้นมากลายเป็นภูเขา ฯลฯ หากเราก็เพิ่งจะทราบถึงกลไกการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกเมื่อ 40 ปีที่ผ่านมาเท่านั้น ดังนั้นในอดีตจึงมีคำอธิบายลักษณะที่ปรากฏต่างๆ ของโลก เช่น การเกิดภูเขา ฯลฯ ในหลักที่เกิดขึ้นจริงได้น้อยมาก ยกตัวอย่างเช่น ในอดีตมีคำอธิบายถึงการเกิดภูเขา ว่าเกิดจากการยกตัวของเปลือกโลกให้สูงขึ้น หรือชั้นหินคดโค้งและรอยเลื่อน นั้นเป็นผลจากการเลื่อนไถลขนาดใหญ่ (Mega-Landslide) ตามแรงโน้มถ่วง ฯลฯ

อ้างอิง

1. James Hutton: The Founder of Modern Geology, American Museum of Natural History
2. Steno's Principles of Stratigraphy
3. Steno's Principles of Stratigraphy
4. Steno's Principles of Stratigraphy

• เพียงตา สาตรักษ์, 2546, ธรณีวิทยาโครงสร้าง, พิมพ์ครั้งที่ 2, ขอนแก่น: โรงพิมพ์มหาวิทยาลัยขอนแก่น, 550 หน้า
• ปัญญา จารุศิริ และคณะ, 2551, ธรณีวิทยากายภาพ, พิมพ์ครั้งที่ 1, กรุงเทพฯ: พลัสเพรส, 629 หน้า
• Hatcher, R.D. 1995. Structural geology: Principles, concepts, and problems. 2nd ed. New Jersey: Prince Hall. 525p.
• ภาพแสดงกฎการซ้อนทับ
• ภาพแสดงความสัมพันธ์ที่ตัดกัน
• ภาพแสดงกฎการวางตัวแนวราบ