ธรณีแปรสัณฐาน

ทฤษฎีทวีปเลื่อน

ในค.ศ. 1620 ฟรานซิส เบคอน ได้ตั้งข้อสังเกต ถึงการที่สองฟากมหาสมุทรแอตแลนติกมีลักษณะสัณฐานวิทยาที่สอดคล้องกันต่อมา P.Placet 1668 พยายามอธิบายว่าสองฟากมหาสมุทรแอตแลนติกน่าจะเชื่อมกันมาก่อน แต่ยังไม่มีหลักฐานหรือข้อมูลใดสนับสนุน นอกจากอาศัยลักษณะคล้ายคลึงสอดคล้องกันของชายฝั่งมหาสมุทรเท่านั้น จากนั้นในปี 1858 Antonio Sniderได้อาศัยข้อมูลชั้นหินในยุค Carboniferous ในทวีปยุโรปและอเมริกาเหนือมาเชื่อมโยงกันซึ่งสามารถสรุปได้ว่า ก่อนหน้านี้ทวีปทั้งหมดเคยเป็นทวีปผืนเดียวกันมาก่อน แล้วจึงค่อยๆ แยกออกจากกันในภายหลัง ในปี 1908 Frank B. Taylor ได้อธิบายถึงของการที่มหาทวีป 2 ทวีปซึ่งเคยวางตัวอยู่ใกล้ขั้วโลกเหนือและใต้แยกออกเป็นทวีปเล็กๆ และเคลื่อนที่มาในทิศเข้าหาเส้นศูนย์สูตร นั่นคือมหาทวีปลอเรเซีย (Laurasia) ซึ่งอยู่ทางเหนือและมหาทวีปกอนด์วานา (Gondwanaland) ซึ่งอยู่ทางใต้ โดยเป็นการเคลื่อนที่ของเปลือกโลกไซอัลเท่านั้น ต่อมาในปี 1910 Alfred Wegene ได้สร้างแผนที่มหาทวีปใหม่ โดยอาศัยรูปร่างแผนที่ของ Snider และตั้งชื่อว่ามหาทวีปพันเจีย ซึ่งถูกล้อมรอบด้วยมหาสมุทรพันธาลาสซา (Panthalassa) แล้วเกิดการแยกออกและเคลื่อนที่ไปอยู่ ณ ตำแหน่งที่เห็นอยู่ในปัจจุบัน โดยขณะเคลื่อนที่ก็เกิดเทือกเขาขึ้น ต่อมา Taylor ได้อธิบายว่ารอยชิ้นทวีปที่ขาดหล่นปรากฏเป็นเกาะแก่ง หรือรอยฉีกที่พบเป็นร่องลึกยังปรากฏอยู่บนพื้นมหาสมุทร

เคลื่อนที่แยกออกจากกัน

เมื่อแผ่นเปลือกโลกเคลื่อนที่แยกออกจากกัน ที่บริเวณแนวแผ่นเปลือกโลกแยกตัว (Divergent Boundaries) หินหนืดร้อน (Hot Magma) จากชั้นแมนเทิลจะแทรกตัวขึ้นมาตามช่องว่างตามแนวรอยแตก เมื่อหินหนืดเย็นตัวก็จะกลายเป็นแผ่นเปลือกโลกใหม่ การแทรกตัวขึ้นมาของหินหนืดจะทำให้แนวแยกตัวนั้นสูงขึ้นกลายเป็นแนวเทือกเขากลางมหาสมุทร (Mid-Ocean Ridges) แสดงถึงขอบของแผ่นเปลือกโลกในมหาสมุทร เปลือกโลกใหม่ที่ถูกสร้างขึ้นอย่างต่อเนื่องมีอัตราเร็วในการเกิดประมาณ 20 ลูกบาศก์กิโลเมตรต่อปี

แนวเทือกเขากลางสมุทร

มีลักษณะเป็นแนวเทือกเขาเตี้ยวางตัวทอดยาวไปบนพื้นมหาสมุทรคล้ายกับเทือกเขาบนทวีป เทือกเขากลางสมุทรที่สำคัญได้แก่ Mid-Atlantic Ridge และ East Pacific Rise เป็นต้น กลางเทือกเขามีลักษณะพิเศษคือมีร่องลึกอันเกิดจากรอยเลื่อนทอดตัวตลอดความยาวของเทือกเขา โดยมีลักษณะคล้ายคลึงกับร่องหุบเขาที่ปรากฏอยู่บนแผ่นดินหลายแห่ง เช่น ร่องหุบเขาทางด้านตะวันออกของทวีปแอฟริกา หรือร่องหุบเขาบริเวณแม่น้ำไรน์ในยุโรป เป็นต้น บนเทือกเขากลางสมุทรมีการยกตัวขึ้นมาของหินหลอมละลายที่ลึกลงไปในชั้นเนื้อโลกทำให้เกิดเป็นหินอัคนีพุจำพวก Basalt และ Ultramafic หินอัคนีพุเหล่านี้แสดงหลักฐานเป็นแถบบันทึกสนามแม่เหล็กโลกซึ่งเกิดขึ้นขณะที่หินหลอมละลายกำลังเย็นตัว แถบบันทึกนี้แสดงให้เห็นว่าสนามแม่เหล็กโลกได้เกิดการกลับขั้วไปมาตลอดเวลา นอกจากนี้ยังพบว่าแถบบันทึกสนามแม่เหล็กโลกนี้ปรากฏอยู่บนหินที่ประกอบเป็นพื้นมหาสมุทรทั้งสองฟากของเทือกเขากลางสมุทรด้วย และพบว่ายิ่งห่างออกไปจากแนวกลางของเทือกเขาชุดหินจะมีอายุแก่ขึ้นเรื่อย ๆ ดังนั้นจึงอธิบายได้ว่าหินเหล่านี้เกิดขึ้นก่อนที่กลางเทือกเขาแล้วค่อยเคลื่อนที่ออกจากกันเรื่อย ๆ ตามกาลเวลา จากการคำนวณการเคลื่อนที่ทำให้กำหนดความเร็วของการแยกตัวได้ว่าอยู่ระหว่าง 1 ถึง 15 เซนติเมตรต่อปี ดังนั้นเราสามารถระบุขอบของแผ่นเปลือกโลกในส่วนที่กำลังแยกตัวออกจากกันจากบริเวณเทือกเขากลางสมุทรได้

เคลื่อนที่เข้าชนกัน

เมื่อแผ่นเปลือกโลกมหาสมุทรใหม่มีการเย็นตัวเป็นเวลากว่าสิบล้านปี ความหนาแน่นก็จะค่อยๆ เพิ่มมากขึ้นจนมีความหนาแน่นมากกว่าชั้นหินหนืดที่อยู่ด้านล่าง จากนั้นจึงมุดตัวลงไปใต้โลกเรียกว่า Subduction การมุดตัวนี้จะเกิดขึ้นในบริเวณแนวแผ่นเปลือกโลกลู่เข้าหากัน (Convergent Plate Boundaries) ซึ่งแผ่นเปลือกโลกทั้งสองแผ่นมีการเคลื่อนที่เข้าชนกัน แผ่นเปลือกโลกมหาสมุทรที่มีความหนาแน่นมากกว่าจะเข้าชนและมุดตัวใต้แผ่นเปลือกโลกภาคพื้นทวีปที่ความหนาแน่นน้อยกว่า เมื่อแผ่นเปลือกโลกมุดตัวลงไปในโลก จะเกิดการบีบอัดและหลอมเป็นบางส่วน (Partially Melting) เนื่องจากอุณหภูมิและความดันที่สูงขึ้น ทำให้เกิดแผ่นดินไหวและภูเขาไฟ ขึ้นเหนือบริเวณที่มีการมุดตัว โดยการเคลื่อนที่แบบ Convergence จะทำให้เกิดลักษณะธรณีสัณฐาน 3 แบบได้แก่

การสร้างเทือกเขา

แรงดันจากการมุดตัวของแผ่นเปลือกโลกมหาสมุทรทำให้แผ่นเปลือกภาคพื้นทวีปที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าที่เคลื่อนที่ต้านแรงดังกล่าวเกิดการโก่งตัวเกิดเป็นแนวเทือกเขาขนาดใหญ่ (Mountain Ranges) เช่น เทือกเขาหิมาลัย เทือกเขาร๊อกกี้

ร่องลึกมหาสมุทรและหมู่เกาะ

เมื่อแผ่นเปลือกโลกมหาสมุทรสองแผ่นเคลื่อนที่ชนกันและการมุดตัว บริเวณที่มีการมุดตัวจะเกิดร่องลึกมหาสมุทร (Oceanic Trenches) และแนวหมู่เกาะภูเขาไฟ (Volcanic Island Chains)

ร่องลึกก้นสมุทร

ร่องลึกนี้ถูกพบที่ใต้มหาสมุทรใกล้ขอบของทวีป และมักพบว่ามีแนวเกาะภูเขาไฟรูปโค้งอยู่ด้านอยู่ใกล้ขอบทวีป หินภูเขาไฟที่เกิดขึ้นตามแนวเกาะภูเขาไฟนี้เป็นจำพวกหิน Andesite ซึ่งแตกต่างไปจากหินอัคนีที่เกิดบริเวณเทือกเขากลางสมุทรที่ส่วนใหญ่เป็นหิน Basalt นอกจากนั้นบริเวณนี้ยังพบว่าเป็นบริเวณที่มีความร้อนสูงและมีการเกิดแผ่นดินไหวอยู่บ่อยครั้ง พบว่าตำแหน่งจุดกำเนิดแผ่นดินไหว มีลักษณะเอียงเทลงไปจากแนวร่องลึกลงไปถึงชั้นฐานธรณีภาค ที่ประมาณความลึกถึง 700 กิโลเมตร เรียกแนวแผ่นดินไหวเอียงเทนี้ว่าเขตเบนนิออฟ (Benioff Zones) จากการศึกษากลไกการเกิดแผ่นดินไหวที่พบในที่ลึกพบว่ามีแผ่นดินไหวจำนวนหนึ่งน่าจะเกิดจากรอยเลื่อนที่มีลักษณะสอดคล้องกับการเอียงของ Benioff Zone โดยแสดงเป็นลักษณะของรอยเลื่อนย้อน ดังนั้นจึงเกิดเป็นสมมติฐานว่าบริเวณนี้แผ่นเปลือกโลกกำลังมุดตัวเอียงลง และถูกกลืนหายไปในชั้นฐานธรณีภาค ขณะเดียวกันแนวเกาะภูเขาไฟและเขตความร้อนพิภพสูงก็อธิบายว่าได้เกิดการหลอมตัวของแผ่นเปลือกโลกในที่ลึกจนกลายเป็นมวลหินหลอมเหลว ซึ่งมวลหินหลอมเหลวค่อยๆหาทางเคลื่อนที่ขึ้นข้างบนมาเย็นตัวเป็นมวลหินอัคนีทั้งหินอัคนีพุและหินอัคนีแทรกดัน นอกจากนี้ในบริเวณใกล้เคียงที่ขอบของแผ่นเปลือกโลกด้านใดด้านหนึ่งหรือทั้งสองด้านน่าจะเกิดการเข้าชนกันทำให้เกิดการคดโค้งโก่งงอพร้อมกับรอยเลื่อนย้อนมากมายจนทำให้วัสดุถูกยกตัวขึ้นเป็นแนวแคบยาวขนานไปตามแนวชนกันของขอบแผ่นเปลือกโลกนั่นคือการเกิดเป็นแนวเทือกเขานั่นเอง

เคลื่อนผ่าน

แผ่นเปลือกโลกมีการเคลื่อนที่ผ่านซึ่งกันและกันในบริเวณแนวรอยเลื่อนแปรสภาพ (Transform Boundaries) มักพบในแผ่นเปลือกโลกมหาสมุทร ซึ่งเป็นสาเหตุทำให้แนวเทือกเขากลางมหาสมุทรเลื่อนเหลื่อมออกจากกัน บางบริเวณก็พบว่าตัดผ่านแผ่นเปลือกโลกภาคพื้นทวีปด้วย ในมหาสมุทรแนวดังกล่าวนี้มักจะก่อให้เกิดแผ่นดินไหวกำลังไม่มากอยู่เป็นประจำ ส่วนในภาคพื้นทวีปแนวดังกล่าวมักถูกจำกัดทำให้เกิดการสะสมพลังงานและก่อให้เกิดแผ่นดินไหวรุนแรงในเวลาต่อมาเมื่อเกิดการเลื่อนอย่างฉับพลัน ซึ่งก่อให้เกิดความเสียหายได้ ดังเช่น รอยเลื่อนซานแอนเดียส

รอยเลื่อนระนาบด้านข้าง

เป็นลักษณะของรอยเลื่อนแนวระดับ (Strike-Slip Fault) ซึ่งพบตัดแนวเทือกเขากลางสมุทรและทำให้แนวเทือกเขาเหลื่อมกันและจากข้อมูลแผ่นดินไหวพบว่า แนวรอยเลื่อนนี้อยู่ลึกประมาณ 300 กิโลเมตร รอยเลื่อนชนิดนี้ยังไม่ทราบถึงสาเหตุของการเกิด แต่สามารถใช้ระบุขอบเขตของแผ่นโลกที่เกิดได้ รวมทั้งบอกถึงการเคลื่อนตัวเฉียดผ่านกันของแผ่นเปลือกโลกที่อยู่ชิดกันด้วย