ขุนเขาใหญ่เกิดอย่างไรใครรู้บ้าง..

หากพูดถึงภูเขาสูงในประเทศไทย หลายคนก็คงจะนึกออกว่ามีลักษณะเป็นอย่างไร ภูเขาสูงทั้งหลายนั้นมีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตทุกชนิด รวมถึงมนุษย์อย่างเราด้วย แต่จะมีใครรู้บ้างไหมว่าภูเขาที่ทอดยาวต่อกันเป็นแนวเทือกเขานั้นเกิดขึ้นได้อย่างไร? คำถามนี้น่าสนใจไม่น้อย เพราะถ้าเรารู้และเข้าใจถึงกระบวนการเกิดของเทือกเขาเหล่านั้นแล้ว เราก็จะสามารถใช้ประโยชน์จากทรัพยากรธรรมชาติที่มีอยู่ตามเทือกเขานั้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การเกิดเทือกเขาขนาดใหญ่นั้นเกี่ยวข้องกับกระบวนการทางธรณีวิทยาที่เรียกว่า การก่อเทือกเขา (Orogeny) ซึ่งเป็นกระบวนการที่มีความซับซ้อนมากและแตกต่างกันในแต่ละพื้นที่ บทความนี้รวบรวมชนิดและลักษณะการก่อเทือกเขาที่เป็นผลจากกระบวนการทางธรณีแปรสัณฐานรูปแบบต่างๆ ไว้ เพื่อให้เข้าใจกระบวนการก่อเทือกเขากันมากขึ้น

การก่อเทือกเขา คืออะไร?

การก่อเทือกเขา (Orogeny/Orogenesis) เป็นกระบวนการกำเนิดแนวเทือกเขาขนาดใหญ่ที่เป็นผลจากแรงดัน ในขณะเกิดการเปลี่ยนลักษณะโครงสร้างของแผ่นเปลือกโลก เช่น การเคลื่อนที่เข้าปะทะกันของแผ่นเปลือกโลก หรือ การมุดตัวของแผ่นเปลือกโลก ซึ่งเหตุการณ์เหล่านี้ได้ก่อให้เกิดความเค้น (stress) ขึ้นตามแนวรอยต่อระหว่างเปลือกโลกทั้งสอง ส่งผลให้เกิดมวลหินบริเวณนั้นถูกเเปรสภาพและยกตัวสูงขึ้นเป็นแนวยาว เรียกว่า แดนเทือกเขา (orogenic belt)

คำว่า “Orogeny” มีรากศัพท์มาจากภาษากรีก คือ คำว่า oros แปลว่าภูเขา และ genesis ที่แปลว่าการเกิด หรือกำเนิด

ธรณีแปรสัณฐานที่ก่อให้เกิดแนวเทือกเขา

กระบวนการแปรสัณฐานที่นำไปสู่การก่อแนวเทือกเขา ก็คือการที่แผ่นเปลือกโลกสองแผ่นเคลื่อนที่เข้าหากัน (convergent plate boundaries) ซึ่งสามารถแบ่งตามชนิดของแผ่นเปลือกโลกที่เคลื่อนที่เข้าหากันได้เป็น 3 กรณี ดังนี้

1. แผ่นเปลือกโลกภาคพื้นทวีปกับแผ่นเปลือกโลกภาคพื้นทวีป

การเคลื่อนที่เข้าหากันของแผ่นเปลือกโลกชนิดนี้ทำให้เกิดการชนกันอย่างรุนแรง เนื่องจากแผ่นเปลือกโลกภาคพื้นทวีปต่างก็มีความหนาและมีความหนาแน่นเท่าๆ กัน อีกทั้งยังคงมีความหนาแน่นน้อยกว่าชั้นแมนเทิลทั้งคู่จึงไม่เกิดการมุดตัวของแผ่นเปลือกโลก อย่างไรก็ตาม บางครั้งอาจมีการมุดตัวเล็กน้อยหรือธรณีภาคส่วนที่หนักอาจแตกแยกตัวออกจากเปลือกโลกและมุดลงข้างใต้ก็ได้

เศษชิ้นส่วนของเปลือกโลกหรือตะกอนตามขอบทวีปอาจถูกครูดให้มาอยู่ในเขตการชนกัน (collision zone) ก่อให้เกิดการเปลี่ยนสภาพอย่างรุนแรงแบบเมลานจ์ของหิน (highly deformed melange of rock) การบีบอัดอย่างรุนแรงยังสามารถทำให้เกิดการคดโค้งและการเลื่อนของหินในแผ่นเปลือกโลกทั้งสองได้ ขอบเขตการเปลี่ยนสภาพนี้อาจมากถึงหลายร้อยกิโลเมตรภายในแผ่นเปลือกโลก ซึ่งแสดงลักษณะภูมิประเทศเป็นแนวเทือกเขาสูงบนผิวโลก เช่น เทือกเขาหิมาลัย เทือกเขาทางด้านตะวันตกของประเทศไทย

2. แผ่นเปลือกโลกภาคพื้นทวีปกับแผ่นเปลือกโลกภาคพื้นมหาสมุทร

รวมถึงเปลือกโลกพื้นทวีปกับแผ่นชิ้นส่วนเเผ่นเปลือกโลกภาคพื้นทวีป ทำให้เกิดการมุดตัวของเเผ่นเปลือกโลกภาคพื้นมหาสมุทรลงใต้แผ่นเปลือกโลกภาคพื้นทวีป (subduction) เนื่องจากแผ่นเปลือกโลกภาคพื้นมหาสมุทรมีความหนาน้อย แต่มีความหนาแน่นสูงกว่าแผ่นเปลือกโลกภาคพื้นทวีป

ขณะที่แผ่นเปลือกโลกภาคพื้นมหาสมุทรมุดตัวลงเรื่อยๆ แผ่นเปลือกโลกส่วนที่มุดลึกลงไปถึงชั้นฐานธรณีภาค (asthenosphere) จะอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงขึ้น จนกระทั่งส่วนประกอบที่เป็นของเหลวและสารระเหยต่างๆ เช่น น้ำหรือคาร์บอนไดออกไซด์ถูกความร้อนทำให้ระเหยกลายเป็นไอลอยขึ้นสู่ด้านบน ซึ่งสารไอร้อนเหล่านี้จะไปรบกวนสมดุลของชั้นฐานธรณีภาคบริเวณนั้นด้วย ทำให้เกิดภาวะไม่เสถียรจนเกิดการหลอมเป็นบางส่วน (partial melting) กลายเป็นหินหลอมซึ่งจะก่อตัวในรูปกระเปาะหินหนืด (magma-chambers) ที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าวัสดุแวดล้อมจึงค่อยๆ ลอยตัวสู่ด้านบนช้าๆ หากกระเปาะหินหนืดลอยขึ้นมาถึงพื้นผิวโลกโดยไม่มีการแข็งตัวก็จะเกิดการปะทุออกมาในลักษณะของการระเบิดของภูเขาไฟ (volcanic eruption) ซึ่งผลจากการมุดตัวของแผ่นเปลือกโลกชนิดนี้ก่อให้เกิดลักษณะภูมิประเทศสูงเป็นแนวเทือกเขาตามขอบแผ่นทวีป เช่น เทือกเขาแอนดีส ทางตะวันตกของทวีปอเมริกาใต้

3. แผ่นเปลือกโลกภาคพื้นมหาสมุทรกับแผ่นเปลือกโลกภาคพื้นมหาสมุทร

เมื่อแผ่นเปลือกโลกภาคพื้นมหาสมุทรสอง แผ่นเคลื่อนที่เข้าชนกันโดยปกติแล้วจะเป็นแผ่นเปลือกโลกที่มีอายุมากกว่าจะมุดตัวลงใต้แผ่นเปลือกโลกภาคพื้นมหาสมุทรอายุน้อยเนื่องจากความหนาแน่นที่สูงกว่า จากนั้นกระบวนการต่างๆ ที่เกิดจะคล้ายคลึงกับกรณีของการชนกันระหว่างแผ่นเปลือกโลกภาคพื้นทวีปกับแผ่นเปลือกโลกภาคพื้นมหาสมุทรที่กล่าวไว้ในหัวข้อก่อนหน้านี้ ผลของการชนกันระหว่างแผ่นเปลือกโลกภาคพื้นมหาสมุทรสองแผ่นทำให้เกิดแนวหมู่เกาะภูเขาไฟกลางมหาสมุทร ตัวอย่างเช่น หมู่เกาะแคริเบียนตะวันออก (Eastern Caribbean Islands)

กระบวนการทางธรณีวิทยาของการก่อเทือกเขา

โดยทั่วไปแล้วเทือกเขาหนึ่งๆ ที่เกิดจากกระบวนการธรณีแปรสัณฐานดังที่กล่าวไว้ข้างต้น จะประกอบด้วยกระบวนทางธรณีวิทยาที่เกิดร่วมกับกระบวนการก่อเทือกเขาด้วย ซึ่งประกอบด้วย (หมายเลขระบุตำแหน่งที่เกิดในรูปที่ 4)

1. การเปลี่ยนลักษณะ (deformation) เช่น การเกิดชั้นหินคดโค้ง (folding) และรอยเลื่อนย้อน (thrust-faulting)

2. การเกิดหินแปร (metamorphism) เช่น การเกิดหิน greenschist และ amphibolites ที่ศูนย์กลางของแนวภูเขา และหิน blueschist ที่ขอบด้านนอก

3. การเกิดหินหลอม (magmatization) ในกรณีการชนกันของแผ่นทวีป หินหลอมอาจเกิดจากการที่หินตะกอนหรือส่วนของเปลือกโลกที่ถูกฝังตัวลึกลงเรื่อยๆ จากการเพิ่มความหนาของแผ่นเปลือกโลกจนเมื่อถึงจุดที่ความร้อนและความกดดันสูงเกินกว่าที่หินนั้นจะคงสภาพของแข็งได้อีกต่อไปแล้วเกิดการหลอมบางส่วนกลายเป็นหินหลอม

ส่วนในกรณีของการมุดตัวของแผ่นมหาสมุทรใต้แผ่นทวีปนั้น ขณะที่แผ่นมหาสมุทรมุดตัวลงส่วนประกอบที่เป็นของเหลวและสารระเหยต่างๆ เช่น น้ำหรือคาร์บอนไดออกไซด์ถูกความร้อนทำให้ระเหยกลายเป็นไอลอยขึ้นสู่ชั้นฐานธรณีภาค (asthenosphere) ของแผ่นเปลือกโลกด้านบนแล้วรบกวนสมดุลของชั้นฐานธรณีภาคนั้นให้เกิดภาวะไม่เสถียรจนเกิดการหลอมเป็นบางส่วนกลายเป็นหินหลอมที่จะเคลื่อนตัวขึ้นสู่ระดับที่ตื้นกว่าต่อไป

4. การแทรกซอนของหินอัคนี (intrusion) เช่น หินแกรนิตมวลไพศาล (granitic batholiths) มักมีกำเนิดสอดคล้องกับ กระบวนการก่อเทือกเขา

5. การยกตัวของแผ่นเปลือกโลก (uplift)

6. การระเบิดของภูเขาไฟ (volcanic activity) ขนานไปกับแนวยอดเขา ส่วนมากเรามักพบแนวของภูเขาไฟที่ประกอบด้วยหิน andesite

7. ร่องลึกใต้สมุทร (oceanic trench) เป็นร่องแคบลึก พบอยู่ตามขอบด้านนอกของแนวภูเขาที่เพิ่งเกิดใหม่ แต่โดยทั่วไปแล้วร่องเหล่านี้มักเติมเต็มด้วยตะกอนจากพื้นทะเลที่ถูกครูดมารวมกัน

8. การเกิดแผ่นดินไหว (seismic activity) ในกรณีของการมุดตัวของแผ่นเปลือกโลกมหาสุมทรใต้แผ่นทวีป (subduction) เรามักพบจุดศูนย์กลางของแผ่นดินไหวที่มีพลังมากแต่อยู่ในระดับตื้นใกล้กับร่องลืกมหาสมุทร (trench) และจุดศูนย์กลางแผ่นดินไหวเหล่านี้ค่อยๆลึกลงเรื่อยๆตามแนวของเปลือกโลกที่มุดตัวลงจนถึงระดับลึกสุดที่ 700 กิโลเมตร แนวจุดศูนย์กลางแผ่นดินไหวที่ค่อยๆลึกลงตามระยะห่างจากร่องลึกมหาสมุทรนี้เรียกว่า Wadati – Benioff Zone

9. ลักษณะเฉพาะของการตกทับถมตะกอน (deposition) พร้อมๆ กับการกำเนิดภูเขา โดยทั่วไปจะพบหินตะกอนน้ำตื้นบริเวณด้านในของแนวภูเขา ในขณะที่พบหินตะกอนน้ำลึกที่ศูนย์กลางของแนวการมุดตัว และจากนั้นในช่วงปลายของกระบวนการหินกรวดมนและหินทรายจะตกสะสมตัวอันเนื่องมาจากการกร่อน (erosion) ของแนวภูเขา

เเดนเทือกเขาเเละการแบ่งเขตทางธรณีวิทยา

เราสามารถแบ่งแดนเทือกเขาออกเป็นเขตต่างๆ ตามลักษณะ โครงสร้าง วิทยาหิน และระดับการแปรสภาพของหิน โดยเขตตามประเภทเหล่านี้อาจเป็นบริเวณเดียวกันหรือซ้อนทับกันเป็นบางส่วน ดังนั้นการเรียกชื่ออย่างถูกต้องจะช่วยให้นักธรณีวิทยาเกิดความเข้าใจที่ตรงกันได้ ตัวอย่างต่อไปนี้เป็นแดนเทือกเขาที่เกิดจากการชนกันระหว่างแผ่นเปลือกโลกภาคพื้นทวีปกับแผ่นเปลือกโลกภาคพื้นมหาสมุทร

1. เขตตามโครงสร้าง (Structural zones)

2. เขตตามวิทยาหิน (Lithologic zones)

3. เขตตามการแปรสภาพของหิน (Metamorphic zones)

สรุป

กล่าวโดยสรุปแล้วภูเขาหรือเทือกเขาเป็นผลจากกระบวนการที่เกี่ยวเนื่องกับธรณีแปรสัณฐาน (plate tectonic) แบบการเคลื่อนที่เข้าปะทะกันของแผ่นเปลือกโลก (plate convergence) ได้แก่ การชนกันของแผ่นทวีป (continental collision) และการมุดตัวของแผ่นเปลือกโลก (subduction) ซี่งโดยทั่วไปแล้วมักเป็นการมุดตัวของแผ่นมหาสมุทรลงใต้แผ่นเปลือกโลกเนื่องจากแผ่นมหาสมุทรมีความหนาแน่นมากกว่าจึงจมลงด้านล่างได้ง่ายกว่า

การสร้างภูเขาประกอบด้วยกระบวนการทางธรณีวิทยาย่อยๆ อีกเช่น การเปลี่ยนลักษณะ (deformation) การเกิดหินแปร (metamorphism) การยกตัวของแผ่นเปลือกโลก (uplift) และการเกิดแผ่นดินไหว (seismic activity) เป็นต้น

อ้างอิง

http://en.wikipedia.org/wiki/Orogeny
http://www.uwgb.edu/dutchs/platetec/orogeny.htm

ข้อมูลเพิ่มเติม

http://serc.carleton.edu/NAGTWorkshops/structure/visualizations/orogeny.html
http://walrus.wr.usgs.gov/infobank/programs/html/school/keypage/orogeny.html
http://www.geo.ua.edu/intro03/deform.html

บทความใน geothai.net ที่เกี่ยวข้อง : แนวแผ่นเปลือกโลกลู่เข้าหากัน (Convergent Plate Boundaries)