บทที่ 4

ธรณีประวัติ (Mistorical geology)

ข้อมูลทางธรณีวิทยาที่สามารถอธิบายความเป็นมาของพื้นที่ในอดีตได้แก่ อายุทางธรณีวิทยา  ซากดึกดำบรรพ์ โครงสร้างและการลำดับชั้นหิน เป็นต้น

3.1 อายุทางธรณีวิทยา

โดยทั่วไปอายุทางธรณีวิทยาแบ่งเป็น 2 แบบ คือ อายุเทียบสัมพันธ์ และอายุสัมบูรณ์ ซึ่งมีวิธีศึกษาแตกต่างกัน

1. อายุเทียบสัมพันธ์ (relative age) เป็นอายุหินเปรียบเทียบซึ่งบอกได้ว่าหินชุดใดมีอายุมากหรืออายุน้อยกว่ากัน อายุเทียบสัมพันธ์หาได้โดยอาศัยข้อมูลจากซากดึกดำบรรพ์ที่ทราบอายุ ลักษณะการลำดับชั้นของหินชนิดต่างๆ และลักษณะโครงสร้างทางธรณีวิทยาของหิน แล้วนำมาเทียบสัมพันธ์กับช่วงเวลาทางธรณีวิทยาที่เรียกว่า ธรณีกาล (geologic time) ก็จะสามารถบอกอายุของหินที่เราศึกษาได้ว่าเป็นหินยุคไหนหรือมีช่วงอายุเป็นเท่าใด

2. อายุสัมบูรณ์ (absolute age) เป็นอายุของหินหรือซากดึกดำบรรพ์ที่สามารถบอกเป็นจำนวนปีที่ค่อนข้างแน่นอน การหาอายุสัมบูรณ์ใช้วิธีคำนวณจากครึ่งชีวิตของธาตุกัมมันตรังสีที่มีอยู่ในหิน หรือซากดึกดำบรรพ์ที่ต้องการศึกษา ธาตุกัมมันตรังสีที่นิยมนำมาหาอายุสัมบูรณ์ ได้แก่ ธาตุคาร์บอน - 14  ธาตุโพแทสเซียม – 40   ธาตุเรเดียม – 226  และธาตุยูเรเนียม – 238 เป็นต้น การใช้วิธีคำนวณจากครึ่งชีวิตของธาตุกัมมันตรังสีมักจะใช้หาอายุของหินอัคนีและหินแปร

3.2 ซากดึกดำบรรพ์ (Fossils)

ซากดึกดำบรรพ์ (Fossils) คือ ซากของสิ่งมีชีวิตทั้งพืชและสัตว์ที่เคยอาศัยอยู่ในบริเวณนั้น เมื่อตายลงซากก็ถูกทับถมและฝังตัวอยู่ในชั้นหินตะกอน บางครั้งจะพบซากดึกดำบรรพ์เพียงอวัยวะบางส่วน แต่มีซากดึกดำบรรพ์ของสัตว์บางชนิดที่มีอวัยวะครบถ้วน

ซากดึกดำบรรพ์เหล่านี้เป็นที่สนใจแก่นักชีววิทยา นอกจากนี้นักธรณีวิทยาและผู้ที่ทำงานเกี่ยวข้องกับธรรมชาติวิทยาก็ให้ความสนใจมาก โดยมันจะให้ประโยชน์ในการศึกษาเหตุการณ์ต่างๆ ที่เกิดขึ้นในอดีตได้เป็นอย่างดี ตัวอย่างเช่น สภาพของดินฟ้าอากาศและสภาพแวดล้อม นอกจากนี้มันยังช่วยในการศึกษาการวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตและสภาพภูมิประเทศ

สำหรับนักธรณีวิทยาพวกซากดึกดำบรรพ์จะบอกให้ทราบถึงอายุของหินและสภาวะแวดล้อมในอดีตว่าเป็นบนบกหรือในทะเล เป็นต้น และทำให้สามารถหาความสัมพันธ์ของชั้นหินในบริเวณต่างๆได้ โดยสามารถบอกช่วงอายุของหินชนิดอื่นที่เกิดอยู่ร่วมกับหินตะกอนเหล่านั้นด้วย การจะใช้ซากดึกดำบรรพ์เพียงอย่างเดียวเพื่อบอกถึงอายุและสภาพแวดล้อมนั้น บางครั้งก็อาจจะผิดพลาดได้ 

ยกตัวอย่างเช่น สัตว์น้ำจืดเมื่อตายลงซากของมันอาจจะถูกพัดพาไปทับถมอยู่ในส่วนที่เป็นทะเล หรือซากดึกดำบรรพ์ที่มีอยู่ในหินชนิดหนึ่ง ซึ่งเมื่อโผล่พ้นผิวโลกขึ้นมาแล้วถูกขบวนการสลายตัวทั้งทางกายภาพ และทางเคมีจนหินผุพังลง ส่วนซากดึกดำบรรพ์นั้นสามารถทนทานต่อการสลายตัว จึงเหลืออยู่และไปทับถมอยู่ในตะกอนใหม่ซึ่งอาจจะทำให้เข้าใจผิดได้

ซากดึกดำบรรพ์ดัชนี (index fossils) เป็นซากดึกดำบรรพ์ที่มีความสำคัญมากในการกำหนดอายุของหิน สามารถบอกอายุได้แน่นอน เนื่องจากเป็นซากดึกดำบรรพ์ที่มีวิวัฒนาการทางโครงสร้างและรูปร่างอย่างรวดเร็ว มีความแตกต่างในแต่ละช่วงอายุอย่างเห็นเด่นชัด และปรากฏให้เห็นเพียงช่วงอายุหนึ่งแล้วก็สูญพันธุ์ไป ได้แต่ ไตรโลไบท์ เป็นหอยสองฝา แกรพโตไลท์ (Graptolites) เป็นพวกปะการัง และฟิวซิลินิด (fulisinid)

โดยทั่วไปพืชและสัตว์จะมีสภาพเป็นซากดึกดำบรรพ์ที่มีโครงร่างหรือภาพที่สมบูรณ์ได้นั้นจะขึ้นอยู่กับ

1. ต้องมีโครงร่างที่แข็ง เพราะสารละลายของแร่ธาตุต่างๆ ที่อยู่ภาพในได้แก่ ธาตุแคลไซต์ โดโลไมต์ ซิลิกาและสารประกอบเหล็กบางชนิด เช่น ฮีมาไทต์ แร่ธาตุและสารประกอบต่างๆนี้จะช่วยทำให้สิ่งมีชีวิตนั้นทนทานต่อการสึกกร่อนและผุพัง เมื่อกลายเป็นซากดึกดำบรรพ์ก็จะคงสภาพเกือบเหมือนเดิม

2. ต้องถูกฝังกลบอย่างรวดเร็ว เพราะการฝังกลบอย่างรวดเร็วจะทำให้ซากสิ่งมีชีวิตไม่ถูกความร้อน กระแสน้ำ และธารน้ำแข็งที่จะทำให้เกิดการสึกกร่อนและผุพังไป จึงยังคงสภาพเดิมได้ วัสดุที่ใช้ในการฝังกลบซากสิ่งมีชีวิตนั้นขึ้นอยู่กับ

1)  สภาพแวดล้อม

2)  การดำเนินชีวิตของสิ่งมีชีวิตนั้นๆ

ซากดึกดำบรรพ์ที่เกิดในน้ำทะเลแล้วฝังตัวอยู่ในหินปูน หินดินดานจะเป็นซากดึกดำบรรพ์ที่คงสภาพเดิมอย่างสมบูรณ์

ประเทศไทยพบซากดึกดำบรรพ์ทั้งที่เป็นสัตว์และพืชหลายชนิดในชั้นหินตามภูมิภาพต่างๆ เช่น พบไดโนเสาร์ ชื่อว่า “ภูเวียงโกซอรัส สิรินทรเน” เป็นไดโนเสาร์ประเภทเดินสี่เท้า กินพืชเป็นอาหาร คอและหางยาว ต่อมาพบไดโนเสาร์อีกหลายชนิดที่ภูกุ้มข้าว อำเภอสหัสขันธ์ จังหวัดกาฬสินธุ์ และที่จังหวัดชัยภูมิ สกลนคร อุดรธานี อุบลราชธานี และนครราชสีมา จะเห็นว่าแหล่งซากไดโนเสาร์ของประเทศไทยส่วนมากจะอยู่ที่ภาคตะวันออกเฉียงเหนือในชั้นหินทราย หินทรายแป้ง ซึ่งเป็นหินอยู่ในยุคไทรแอสชิกตอนปลาย ซึ่งยุคนี้มีการทับถมของตะกอนหินดินดานสีแดงและหินทรายตามบึงหนามาก ตามทะเลทรายและหนองน้ำต่างๆ สัตว์เลื้อยคลานมีวิวัฒนาการสูงและพบเป็นปริมาณมากมีโครงกระดูกแข็งแรง มีเปลือกหุ้มไข่ ไดโนเสาร์เริ่มปรากฏเป็นครั้งแรกโดยพบเป็นรอยเท้าอยู่มากมายในหินยุคนี้จนถึงยุคครีเทเชียสตอนกลาง

ภาพตัวอย่างฟอสซิล

ซากกระดูกของไดโนเสาร์ซอโรพอด

ฟันของไดโนเสาร์ซอโรพอด พบจากแหล่งขุดค้นวัดสักกะวัน จ.กาฬสินธุ์

 ฟันกรามล่างของไดโนเสาร์ปากนกแก้ว ซิตตะโกซอรัส สัตยารักษ์กี

นอกจากการตกตะกอนทับถมของหินจะอธิบายประวัติความเป็นมาของพื้นที่นั้นๆแล้วโครงสร้างธรณีวิทยาที่ปรากฏอยู่ในหิน เช่น รอยเลื่อน รอยคดโค้ง ของชั้นหินและรอยชั้นไม่ต่อเนื่องก็สามารถอธิบายประวัติความเป็นมาของพื้นที่นั้นได้อีก

ในกรณีที่ไม่มีชั้นหินและซากดึกดำบรรพ์ประกฎให้เห็นในหิน นักธรณีวิทยาจำเป็นจะต้องนำโครงสร้างทางธรณีที่เกิดขึ้นในหินทุกชนิดที่เกิดร่วมกันอยู่ร่วมกันมาพิจารณาหาความสัมพันธ์ในอายุของหิน เช่น มีหินอัคนีแทรกดันตัดผ่านชั้นหินตะกอน ชั้นหินตะกอนที่ถูกหินอัคนีตัดแทรกจะมีอายุแก่กว่าหินอัคนี เนื่องจากเป็นชั้นหินที่เกิดก่อน ดังนั้นถ้าผู้เรียนทราบอายุของหินอัคนีก็จะทราบอายุของหินตะกอนได้ ในทำนองกลับกันถ้าเราทราบอายุของหินตะกอนโดยทำการศึกษาจากอายุของซากดึกดำบรรพ์ที่อยู่ในหินตะกอนนั้น ผู้เรียนก็จะสามารถคาดคะเนอายุของหินอัคนีที่แทรกขึ้นมาได้เช่นกัน

นอกจากนี้รอยเลื่อนรูปแบบต่างๆที่ปรากฏอยู่ให้เห็น รอยเลื่อนนี้จะทำให้ชั้นหินเอียงเทและเคลื่อนออกจากตำแหน่งเดิมได้ ซึ่งสามารถที่จะนำมาใช้เป็นหลักฐานในการลำดับชั้นหินเพื่อบอกอายุของหินได้ หรือบอกประวัติความเป็นมาของพื้นที่นั้นๆได้

สรุปการลำดับชั้นหิน

การลำดับชั้นหินเป็นการศึกษาว่าด้วยรูปแบบการวางตัว การแผ่กระจาย การสืบลำดับอายุ การจำแนกชนิด และความสัมพันธ์ต่อกันของชั้นหินและหินอย่างอื่นที่สัมพันธ์กันอย่างใดอย่างหนึ่งหรือทั้งหมดที่มีอยู่ในหินเป็นเกณฑ์กำหนดแบ่ง จึงเกี่ยวข้องกับต้นกำเนิด องค์ประกอบ สภาพแวดล้อม อายุประวัติ และความสัมพันธ์ต่อวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต ตลอดจนลักษณะอื่นๆของชั้นหิน การจัดลำดับชั้นหินจะมีการจัดเรียงลำดับหน่วยของชั้นหินตามตำแหน่งของชั้นหินและลำดับอายุของชั้นหิน

ลำดับชั้นหินที่ได้จากผลรวมของสมบัติทุกชนิดที่มีอยู่ในชั้นหินแต่ละชั้นในพื้นที่ศึกษาชั้นหินแบบฉบับลำดับชั้นหินใดๆ ที่กำหนดให้เป็นลำดับมาตรฐานเพื่อใช้อ้างอิงในการนิยามลำดับชั้นหิน โดยมีสมบัติพิเศษที่เป็นเอกลักษณ์และบอกขอบเขตบนและล่างของลำดับชั้นหินนั้นได้ด้วยชื่อของชั้นหินแบบฉบับหนึ่งๆจะตั้งขึ้นตามชื่อท้องถิ่นของชั้นหินแบบฉบับนั้นๆ

หลักการเบื้องต้นของการเรียงลำดับชั้นหินมี 3 ประการ คือ หลักการวางตัวซ้อนทับ หลักความเป็นเอกภาพ และหลักการใช้ซากดึกดำบรรพ์ในการหาความสัมพันธ์

การลำดับชั้นหินของประเทศไทยเป็นการจัดลำดับชั้นของหินชั้นและหินแปรให้เป็นหมวดหมู่เดียวกันโดยเริ่มจากชั้นหินอายุแก่ที่สุดไปหาชั้นหินที่อายุอ่อนที่สุด โดยพิจารณาจากเกณฑ์ตามลักษณะกำเนิดจากหลักฐานซากดึกดำบรรพ์ ชนิดหิน ลักษณะโครงสร้างและความสัมพันธ์ รวมถึงลักษณะที่หินถูกแปรสภาพไป ซึ่งปรากฏให้เห็นแตกต่างกันหรือคล้ายคลึงกันในแต่ละท้องถิ่น ชั้นหินสามารถแบ่งในหมู่หิน หน่วยหิน และหน่วยย่อยลงไปคือชนิดของหิน

ซากดึกดำบรรพ์หรือบรรพชีวินหรือฟอสซิล เป็นซากร่องรอยของสิ่งมีชีวิตที่ถูกเก็บรักษาไว้ ซึ่งมีหลายชนิด เช่น ฟัน กระดูก หรือเปลือกแต่ในบางสภาวะอาจมีการเก็บรักษาซากสัตว์ทั้งตัวให้คงอยู่ได้เช่น ช้างแมมมอธที่ไซบีเรีย การเปลี่ยนแปลงจากซากสิ่งมีชีวิตมาเป็นซากดึกดำบรรพ์นั้นเกิดได้ในหลายลักษณะโดยที่เมื่อสิ่งมีชีวิตตายลงส่วนต่างๆของสิ่งมีชีวิตจะค่อยๆถูกเปลี่ยนเป็นช่องว่าง โพรงหรือรูต่างๆในโครงสร้างอาจมีแร่เข้าไปตกผลึกทำให้แข็งขึ้น เรียกกระบวนการนี้ว่า การกลายเป็นหิน หรือเนื้อเยื่อผนังเซลล์และส่วนแข็งอื่นๆถูกแทนที่ด้วยแร่โดยกระบวนการแทนที่ เปลือกหอยหรือสิ่งมีชีวิตที่จมอยู่ตามชั้นตะกอนอาจเกิดเป็นรอยประทับอยู่บนชั้นตะกอนซึ่งเรียกลักษณะนี้ว่า รอยพิมพ์ หากว่าช่องว่างนี้มีแร่เข้าไปตกผลึกจะเรียกว่า รูปหล่อ การเพิ่มคาร์บอนโดยธรรมชาติเป็นการเก็บรักษาซากดึกดำบรรพ์จำพวกใบไม้หรือสัตว์เล็กๆในลักษณะที่มีตะกอนเนื้อละเอียดมาปิดทับซากสิ่งมีชีวิต สิ่งมีชีวิตขนาดเล็กที่มีลักษณะบอบบางจะถูกเก็บรักษาให้กลายเป็นซากดึกดำบรรพ์ในยางไม้

ซากดึกดำบรรพ์ยังอาจเป็นร่องรอยที่เกิดจากสิ่งมีชีวิต เช่น รอยคืบคลาน รอยเท้า หรืออาจเป็นช่องรู โพรงในชั้นตะกอนในเนื้อไม้หรือในหินที่เกิดจากสิ่งมีชีวิตและมีแร่ไปตกผลึกในช่องเหล่านี้ มูลสัตว์หรือเศษอาหารที่อยู่ในกระเพาะที่เรียกว่า คอโปรไรต์ เป็นซากดึกดำบรรพ์ที่มีประโยชน์ในการบอกถึงนิสัยการกินของสัตว์นั้นๆหรืออาจเป็นก้อนหินที่เรียกว่า แกสโทรลิต ที่สัตว์กินเข้าไปเพื่อช่วยในการย่อยอาหาร

ซากดึกดำบรรพ์บางชนิดใช้เป็นตัวบอกอายุของหินและนำมาใช้เป็นหลักฐานในการหาความสัมพันธ์ของชั้นหินในบริเวณต่างๆคือ ซากดึกดำบรรพ์ดรรชนี ซึ่งเป็นซากของสิ่งมีชีวิตที่เคยมีชีวิตอยู่ในโลก มีการแพร่กระจายอยู่ทั่วไป แต่มีชีวิตอยู่ในช่วงสั้นๆในชั้นหินต่างๆ อาจพบซากดึกดำบรรพ์ดรรชนีได้ยาก จำเป็นต้องใช้กลุ่มของซากดึกดำบรรพ์ในการหาความสัมพันธ์ของชั้นหินในบริเวณนั้นๆ ซึ่งจะมีความแม่นยำกว่าการใช้ซากดึกดำบรรพ์เพียงชนิดเดียว ซากดึกดำบรรพ์ได้ถูกนำมาใช้ในการบอกถึงสภาพแวดล้อมของการสะสมตัวของตะกอนอีกด้วย

3.3 โครงสร้างและการลำดับชั้นหิน

โลกของเรานั้นมีการเปลี่ยนแปลงไปตามกระบวนการ และปรากฏการณ์ต่างๆ ทางธรณีวิทยา การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นทำให้หินที่ปรากฏอยู่บนเปลือกโลกมีการเปลี่ยนแปลงทั้งรูปแบบและที่ตั้ง จากหลักการที่ว่า “ปรากฏการณ์ทางธรณีวิทยาที่เกิดขึ้นในปัจจุบันล้วนเคยเกิดขึ้นมาแล้วในอดีต” นั่นคือสามารถกล่าวได้ว่า “ปัจจุบัน คือ กุญแจไขไปสู่อดีต”

ชั้นหิน มีความสำคัญมากในการแปลความหายของการศึกษาอายุของหิน ตลอดจนการศึกษาประวัติความเป็นมาของภูมิประเทศแต่ละบริเวณ

ชั้นของหินในระยะเกิดใหม่ๆ จะมีการวางตัวตามแนวระนาบ ซึ่งแสดงว่ามันยังไม่ถูกรบกวน แต่มีหลายบริเวณที่มันถูกรบกวนทำให้ชั้นหินเอียงตัว หรือโค้งงอไป

ในสภาพปกติชั้นหินตะกอนที่อยู่ด้านล่างจะสะสมตัวก่อนอายุมากกว่าชั้นหินตะกอนที่อยู่ชั้นบนขึ้นมา หินดินดานเป็นหินที่มีอายุมากที่สุด หินปูนเกิดสะสมก่อนหินกรวดมน และหินทรายมีอายุน้อยที่สุด

ชนิดของหิน

หินอัคนี จากหินหนืดที่แข็งตัวในเปลือกโลกเรียกว่า หินอัคนีแทรกซอนเช่นหินแกรนิต และจากลาวาที่ปะทุออกมาภายนอกผิวโลกเช่นภูเขาไฟ เรียกว่า หินอัคนีพุ เช่น หินพัมมิช หินสคอเรีย

หินชั้นหรือหินตะกอน เกิดจากการสะสมหรือทับทมของเศษหิน ดิน ทราย นานเข้าถูกกดทับอัดมีตัวเชื่อมประสานปฏิกิริยาเคมีจนกลายเป็นหินในที่สุด เช่น หินกรวดมน หินทราย หินดินดาน หินปูน

หินแปร เป็นหินที่เกิดจากการแปรสภาพอันเนื่องมาจากความร้อนและความกดดันของโลก เช่น หินไนซ์แปรสภาพมาจากหินแกรนิต หินควอร์ตไซต์แปรสภาพมาจากหินทราย หินชนวนแปรสภาพมาจากหินดินดาน หินอ่อนแปรสภาพมาจากหินปูน

วัฎจักรของหิน
     วัฏจักรของหิน (Rock cycle) หมายถึง การเปลี่ยนแปลงของหินทั้ง 3 ชนิด จากหินชนิดหนึ่งไปเป็นอีกชนิดหนึ่งหรืออาจเปลี่ยนกลับไปเป็นหินชนิดเดิมอีก ก็ได้ กล่าวคือ เมื่อ หินหนืดเย็นตัวลงจะตกผลึกได้เป็นหินอัคนี เมื่อหินอัคนีผ่านกระบวนการผุพังอยู่กับที่และการกร่อนจนกลายเป็นตะกอนมี กระแสน้ำ ลม ธารน้ำแข็ง หรือคลื่นในทะเล พัดพาไปสะสมตัวและเกิดการแข็งตัวกลายเป็นหิน อันเนื่องมาจากแรงบีบอัดหรือมีสารละลายเข้าไปประสานตะกอนเกิดเป็น หินชั้นขึ้น เมื่อหินชั้นได้รับความร้อนและแรงกดอัดสูงจะเกิดการแปรสภาพกลายเป็นหินแปร และหินแปรเมื่อได้รับความร้อนสูงมากจนหลอมละลาย ก็จะกลายสภาพเป็นหินหนืด ซึ่งเมื่อเย็นตัวลงก็จะตกผลึกเป็นหินอัคนีอีกครั้งหนึ่งวนเวียนเช่นนี้เรื่อยไป