แม้ว่าหินจะเป็นของแข็ง แต่มันก็มิสามารถดำรงอยู่ได้อย่างถาวร หินเมื่อถูกแสงแดด ลมฟ้าอากาศ และน้ำ หรือ ถูกกระแทก ก็แตกเป็นก้อนเล็กๆ หรือผุกร่อน เสื่อมสภาพลง เศษหินที่ผุพังทั้งอนุภาคใหญ่และเล็กถูกพัดพาไปสะสมอัดตัวกัน เป็นชั้นๆ เกิดความกดดันและปฏิกิริยาเคมีจนกลับกลายเป็นหินอีกครั้ง หินที่เกิดใหม่นี้เราเรียกว่า หินตะกอน (Sedimentary rock) ปัจจัยที่ทำให้เกิดหินตะกอนมีดังนี้
- การผุพัง (Weathering) คือ การที่หินผุพังทำลายลง (อยู่กับที่) ด้วยกรรมวิธีต่างๆ จากลมฟ้าอากาศ สารละลาย และรวมทั้งการกระทำของต้นไม้ แบคทีเรีย ตลอดจนการแตกตัวทางกลศาสตร์ มีการเพิ่มอุณหภูมิและลดอุณหภูมิสลับกันเป็นต้น ภาพที่ 1 แสดงให้เห็นถึงการผุพังของหินชั้นบน ประกอบกับการดันตัวจากใต้เปลือกโลก ทำให้เกิดภูเขาหินแกรนิต
ภาพที่ 1 ภูเขาหินแกรนิตซึ่งกำลังผุพังจากสภาพลมฟ้าอากาศ
ตารางที่ 1 ตัวอย่างกระบวนการผุพังทางเคมี (Chemical Weathering)
- การกร่อน (Erosion) หมายถึง กระบวนการที่ทำให้สารเปลือกโลกหลุด ละลายไป หรือกร่อนไป (โดยมีการเคลื่อนที่กระจัดกระจายไปจากที่เดิม) โดยมีต้นเหตุคือตัวการธรรมชาติ ซึ่งได้แก่ ลมฟ้าอากาศ กระแสน้ำ ธารน้ำแข็ง การครูดถู ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง
ภาพที่ 2 การกร่อนด้วยกระแสลม
- การพัดพา (Transportation) หมายถึง การเคลื่อนที่ของมวลหิน ดิน ทราย โดยกระแสน้ำ กระแสลม หรือธารน้ำแข็ง ภายใต้แรงดึงดูดของโลก อนุภาคขนาดเล็กจะถูกพัดพาให้เคลื่อนที่ไปได้ไกลกว่าอนุภาคขนาดใหญ่
ภาพที่ 3 การคัดขนาดตะกอนด้วยการพัดพาของน้ำ
ตารางที่ 2 ขนาดของอนุภาคตะกอน
ขนาดอนุภาค(มิลลิเมตร)
|
ชื่อเรียก
|
ประเภทของตะกอน
|
ชนิดของหินตะกอน
|
>256
|
ก้อนหินใหญ่
|
กรวด
|
หินกรวดมน
หินกรวดเหลี่ยม
|
<256
|
ก้อนหินเล็ก
|
<64
|
กรวดมน
|
<2
|
อนุภาคทราย
|
ทราย
|
หินทราย
|
<0.02
|
อนุภาคทรายแป้ง
|
โคลน
|
หินดินดาน
หินโคลน
|
- การทับถม (Deposit) เกิดขึ้นเมื่อตัวกลางซึ่งทำให้เกิดการพัดพา เช่น กระแสน้ำ กระแสลม หรือธารน้ำแข็ง อ่อนกำลังลงและยุติลง ตะกอนที่ถูกพัดพาจะสะสมตัวทับถมกัน ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางอุณหภูมิ ความกดดัน ปฏิกิริยาเคมี และเกิดการตกผลึก หินตะกอนที่อยู่ชั้นล่างจะมีความหนาแน่นสูงและมีเนื้อละเอียดกว่าชั้นบน เนื่องจากแรงกดดันซึ่งเกิดขึ้นจากน้ำหนักตัวทับถมกันเป็นชั้นๆ (หมายเหตุ: การทับถมบางครั้งเกิดจากการระเหยของสารละลาย ส่วนที่เป็นน้ำระเหยไปในอากาศทิ้งสารที่เหลือให้ตกผลึกไว้เช่นเดียวกับการทำนาเกลือ)
- การกลับคืนเป็นหิน (Lithification) เมื่อเศษตะกอนทับถมกันจะเกิดโพรงขึ้นประมาณ 20 – 40% ของเนื้อตะกอน น้ำพาสารละลายเข้ามาแทนที่อากาศในโพรง เมื่อเกิดการทับถมกันจนมีน้ำหนักมากขึ้น เนื้อตะกอนจะถูกทำให้เรียงชิดติดกันทำให้โพรงจะมีขนาดเล็กลง จนน้ำที่เคยมีอยู่ถูกขับไล่ออกไป สารที่ตกค้างอยู่ทำหน้าที่เป็นซีเมนต์เชื่อมตะกอนเข้าด้วยกันกลับเป็นหินอีกครั้ง
ภาพที่ 4 ขั้นตอนที่ตะกอนกลับคืนเป็นหิน
ประเภทของหินตะกอน นักธรณีวิทยาจำแนกหินตะกอนตามลักษณะการเกิดออกเป็น 3 ประเภท ดังนี้
1. หินตะกอนอนุภาค (Clastic rocks) ได้แก่
- หินกรวดมน (Congromorate) เป็นหินเนื้อหยาบเกิดจากตะกอนซึ่งเป็นหิน กรวด ทราย ที่ถูกกระแสน้ำพัดพามาอยู่รวมกัน สารละลายในน้ำใต้ดินทำตัวเป็นซิเมนต์ประสานให้อนุภาคใหญ่เล็กเหล่านี้ เกาะตัวกันเป็นก้อนหิน
- หินทราย (Sandstone) เป็นหินตะกอนเนื้อละเอียดปานกลาง เกิดจากการทับถมตัวของทราย มีองค์ประกอบหลักเป็นแร่ควอรตซ์ คนโบราณใช้หินทรายแกะสลัก สร้างปราสาท และทำหินลับมีด ซากฟอสซิลไดโนเสาร์และปลามักปรากฏให้เห็นในหินทราย
- หินดินดาน (Shale) เป็นหินตะกอนเนื้อละเอียดมาก เนื่องจากประกอบด้วยอนุภาคทรายแป้งและอนุภาคดินเหนียวทับถมกันเป็นชั้นบางๆ ขนานกัน เมื่อทุบหินจะแตกตัวตามรอยชั้น ดินเหนียวที่เกิดดินดานใช้ทำเครื่องปั้นดินเผา เนื่องจากหินดินดานเคยเป็นโคลนมาก่อนจึงอาจมีฟอสซิลปรากฏให้เห็นหลายชนิด
ภาพที่ 5 สัดส่วนของหินตะกอนบนเปลือกโลก 2. หินตะกอนเคมี (Chemical sedimentary rocks) ได้แก่
- หินปูน (Limestone) เป็นหินตะกอนคาร์บอเนต เกิดจากการทับถมของตะกอนคาร์บอเนตในท้องทะเล ทั้งจากสารอนินทรีย์และซากสิ่งมีชีวิต เช่น ปะการังและกระดองของสัตว์ทะเล ซึ่งถับถมกันภายใต้ความกดดันและตกผลึกใหม่เป็นแร่แคลไซต์ ซึ่งทำปฏิกิริยากับน้ำฝนซึ่งมีฤทธิ์เป็นกรด ภูเขาหินปูนจึงมีถ้ำและหน้าผาสูงชันจำนวนมาก หินปูนใช้ทำเป็นปูนซิเมนต์เพื่อใช้ในการก่อสร้าง
- หินเชิร์ต (Chert) หินตะกอนเนื้อแน่น แข็ง เกิดจากการตกผลึกใหม่ เนื่องจากน้ำพาสารละลายซิลิกาเข้าไปแล้วระเหยออก ทำให้เกิดผลึกซิลิกาแทนที่เนื้อหินเดิม หินเชิร์ตมักเกิดขึ้นใต้ท้องทะเล เนื่องจากแพลงตอนที่มีเปลือกเป็นซิลิกาตาย เปลือกของมันจะจมลงทับถมกัน หินเชิร์ตจึงปะปะอยู่ในหินปูน
3. หินตะกอนอินทรีย์ (Organic sedimentary rocks) ได้แก่
- ถ่านหิน (Coal) เกิดจากการทับถมของซากพืชที่ยังไม่เน่าเปื่อยไปหมดเนื่องจากสภาวะออกซิเจนต่ำ สภาวะเช่นนี้เกิดตามห้วยหนองคลองบึง ในแถบภูมิอากาศแบบเส้นศูนย์สูตร การทับถมทำให้เกิดการแรงกดดันที่จะระเหยขับไล่น้ำและสารละลายอื่นๆ ออกไป ยิ่งมีปริมาณคาร์บอนมากขึ้นถ่านหินจะยิ่งมีสีดำ ลิกไนต์ (Lignite) เป็นถ่านหินคุณภาพปานกลางมีมากที่เหมืองแม่เมาะ จ.ลำปาง แอนทราไซต์ (Anthracite) เป็นถ่านหินคุณภาพสูง ต้องนำเข้าจากต่างประเทศ
ตารางที่ 3 ตัวอย่างหินตะกอน
รูป
|
หิน
|
แร่หลัก
|
ลักษณะ
|
ที่มา
|
|
หินกรวดมน
Conglomerate
|
ขึ้นอยู่กับก้อนกรวด ซึ่งประกอบกันเป็นหิน
| เนื้อหยาบ เป็นกรวดมนหลายก้อน เชื่อมติดกัน
|
เกิิดขึ้นจากเม็ดกรวดที่ถูกพัดพาโดยกระแสน้ำแล้วเกาะติดกันด้วยวัสดุประสาน
|
|
หินทราย
Sandstone
|
ควอตซ์ SiO2
|
เนื้อหยาบสีน้ำตาล สีแดง
|
เกิดขึ้นจากแร่ควอตซ์ในหินอัคนี ผุพังกลายเป็นเม็ดทรายทับถมกัน
|
|
หินดินดาน
Shale
|
แร่ดินเหนียว Al2SiO5(OH) 4
|
เนื้อละเอียดมาก สีเทา ผสมสีแดงเนื่องจากแร่เหล็ก
|
เกิดขึ้นจากเฟลด์สปาร์ในหินอัคนีผุพังเป็นแร่ดินเหนียวทับถมกัน
|
|
หินปูน
Limestone
|
แคลไซต์ CaCO3
|
เนื้อละเอียดมีหลายสี ทำปฏิกิริยากับกรด
|
เกิดจากการทับถมของตะกอนคาร์บอนเนตในท้องทะเล
|
|
หินเชิร์ต
Chert
|
ซิลิกา SiO2
|
เนื้อละเอียด แข็ง สีอ่อน
|
เกิดจากการทับถมของซากสิ่งมีชีวิตเล็กๆ ในท้องทะเล จนซิลิกาเกิดการตกผลึกใหม่
|
|