ทรายดำ

ทรายดำ () เป็นตะกอนเม็ดทรายสีดำที่พบสะสมตัวบริเวณชายหาด ที่มีการสะสมตัวของเม็ดทรายสีดำที่มีความทนทานต่อการผุพังสลายตัว และมีความหนาแน่นมากกว่าแร่ควอตซ์ เป็นชายหาดที่มีกำลังคลื่นมากเพียงพอที่จะพัดพาเอาวัตถุที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าออกไป โดยที่วัตถุที่มีความหนาแน่มากกว่าจะถูกพัดพาออกไปได้ช้ากว่าหรือยังคงตกสะสมตัวอยู่กับที่ สะสมตัวจนเกิดเป็นชายหาดที่มีทรายสีดำสะสมตัวเป็นหลัก หาดทรายดำอาจเกิดจากการตกสะสมตะกอนที่แตกหักมาจากหินต้นกำเนิด แล้วถูกพัดพาไปสะสมตัวบริเวณชายหาด (placer deposit) หรืออาจเกิดจากการที่ลาวาร้อนไหลลงไปสัมผัสกับน้ำทะเลอย่างฉับพลัน จนทำให้เกิดการระเบิดอย่างรุนแรง (steam explosion หรือ littoral explosion) ทำให้เกิดเม็ดทรายและถูกพัดพาไปสะสมตัวเป็นหาดทรายสีดำ

ทรายดำจะถูกใช้โดยชาวเหมืองและนักสำรวจในการบ่งชี้การปรากฏของแหล่งเพลเซอร์ การทำเหมืองเพลเซอร์จะผลิตทรายดำเข้มข้นล้วนๆซึ่งปรกติจะมีสิ่งมีค่าที่ไม่ใช่โลหะมีค่า อย่างเช่นธาตุหายาก (rare earth elements) ธอเรียม ไททาเนียม ทังสเตน เซอร์โคเนียม และอื่นๆซึ่งปรกติจะเกิดจากการแยกตัวออกมาจากกระบวนการแยกส่วนทางอัคนีไปเป็นแร่ธรรมดาๆที่จะกลายเป็นทรายดำหลังจากการผุพังและกัดกร่อน

เพชรพลอยหลายชนิดอย่างเช่นการ์เนต โทแพซ ทับทิม แซฟไฟร์ และเพชรถูกพบในเพลเซอร์และในช่วงที่ดำเนินการทำเหมืองเพลเซอร์ เม็ดทรายของเพชรพลอยเหล่านี้ก็อาจถูกพบในทรายดำ การ์เนตสีบานเย็นหรือสีทับทิมมักพบบนพื้นผิวลูกคลื่นที่สะสมตัวเป็นเพลเซอร์บริเวณชายหาดทะเล

ลาวาจากการปะทุไหลเอ่อลงไปบนพื้นทะเลตื้นๆหรือไหลจากผืนดินลงไปในทะเลอาจเกิดการเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วจนเกิดการระเบิดแตกออกเป็นเศษชิ้นตะกอนของหินเล็กๆ (littoral explosion หรือ steam explosion) ผลก็คือเกิดเศษชิ้นตะกอนหินภูเขาไฟขนาดเท่าเม็ดทรายจำนวนมหาศาลของหินบะซอลต์ที่มีองค์ประกอบของแร่เหล็กสูงและมีแร่ซิลิก้าต่ำ เมื่อเกิดการผุพังก็ยังคงมีสีดำของแร่หนักทำให้คลื่นชายฝั่งพัดพาเอาตะกอนที่เบากว่าออกไปโดยทิ้งไว้เฉพาะทรายดำที่มีน้ำหนักมากกว่า หาดทรายดำที่มีชื่อเสียงของฮาวายอย่างเช่น หาดทรายดำ Punaluu ซึ่งเกิดขึ้นอย่างทันทีทันใดโดยปฏิสัมพันธ์อย่างรุนแรงระหว่างลาวาร้อนกับน้ำทะเล

ทรายดำบริเวณชายหาดด้านตะวันตกของเกาะเหนือหลายแห่งในประเทศนิวซีแลนด์มีคุณสมบัติดูดติดกับแม่เหล็กได้ ทรายเหล่านี้เกิดจากการผุพังจากหินภูเขาไฟ Taranaki และแถบพื้นที่ Taupo แล้วถูกพัดพาไปกับแม่น้ำลงทะเลสะสมตัวบริเวณชายหาดและก้นทะเล ทรายเหล่านี้ประกอบไปด้วยแร่เหล็ก (magnetite และ hematite) ไททาเนียม และวานาเดียม ทรายเหล่านี้ถือว่ามีองค์ประกอบของแร่เหล็กสูงถึง 20-25% โดยน้ำเหล็ก โดยมีแร่หลักเป็น titanomagnetite ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มแร่สปิเนลประกอบด้วย magnetite (FeO) และ ulvospinel (FeTiO)

หาดทรายดำบนชายหาดแคบๆแห่งหนึ่งใกล้เมือง Westpoint บนชายฝั่งด้านตะวันตกของเกาะใต้ในประเทศนิวซีแลนด์อุดมไปด้วยแร่ อิลเมไนต์ (ilmenite – iron titanium oxide: FeTiO) ซึ่งถูกพัดพามาโดยแม่น้ำและสะสมตัวเป็นชายหาด แต่ปริมาณของแร่อิลเมไนต์บนชายหาดและลานตะพักที่สูงขึ้นไปจะมีปริมาณไม่คุ้มค่าในการทำเหมืองเพื่อทำการแยกธาตุไททาเนียม

อย่างไรก็ตามทรายดำจากหาด Boracay ในจังหวัด Cagayan บนเกาะลูซอน ของประเทศฟิลิปปินส์ เป็นทรายดำที่มีสินแร่ magnetite ถึง 70% ซึ่งมีชาวเกาหลีใต้เข้าไปดำเนินการขุดตักส่งกลับเกาหลีใต้ ผลการตักทรายดำทำให้น้ำทะเลหนุนเข้าไปในพื้นที่กสิกรรมสร้างความเดือดร้อนจนประชาชนในท้องที่มีท่าทีคัดค้าน

หาดทรายดำเกิดขึ้นได้ทั่วไปบริเวณที่มีการระเบิดของภูเขาไฟหรือมีแหล่งหินภูเขาไฟใกล้บริเวณชายหาด พบในหลายประเทศทั่วโลกซึ่งมักจะพบสัมพันธ์กับแนวตะเข็บรอยต่อระหว่างแผ่นเปลือกโลกที่มีการประทุของภูเขาไฟรวมถึงเกาะภูเขาไฟต่างๆในมหาสมุทรด้วย ดังตัวอย่างต่อไปนี้

สำหรับในประเทศไทยมีการพบหาดทรายดำบริเวณแนวชายฝั่งจากบ้านยายม่อมต่อเนื่องไปทางทิศตะวันออกไปเป็นระยะทางประมาณ 900 เมตรอยู่ในเขตสถานีพัฒนาทรัพยากรป่าชายเลนที่ 4 (น้ำเชี่ยว ตราด) อำเภอแหลมงอบ จังหวัดตราด ที่พบตะกอนทรายดำสะสมตัวอยู่บนพื้นโคลนชายฝั่งทะเลทั้งนอกชายฝั่งออกไปและในเขตพื้นที่ป่าชายเลน

วิฆเนศ ทรงธรรม และคณะ (2553) และ เจนจิรา สระทองยุ้ง (2553) ได้รายงานผลการศึกษาวิจัยการสะสมตัวของทรายดำที่อำเภอแหลมงอบ ด้วยการเก็บตัวอย่างทรายดำและทำการร่อนคัดแยกขนาดของเม็ดตะกอนและศึกษารูปร่างและขนาดของเม็ดตะกอนด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด พบว่าเม็ดทรายส่วนใหญ่มีขนาดทรายละเอียดและมีรูปร่างเป็นทรงกลมถึงรูปร่างทรงไข่ มีพื้นผิวตะกอนเรียบ จากผลการวิเคราะห์ด้วย XRD ของตะกอนทรายดำพบว่ามีองค์ประกอบเป็นแร่เหล็กออกไซด์ชนิดเกอไธต์ (Goethite, FeO(OH))และแร่ควอตซ์ (SiO) จากการศึกษาตัวอย่างหินโผล่ใต้ทะเลใกล้ชายฝั่งที่คาดว่าจะเป็นหินต้นกำเนิดทรายดำจากแผ่นหินบางด้วยกล้องจุลทรรศน์พบว่าส่วนใหญ่ประกอบไปด้วยผลึกของแร่ควอตซ์ขนาดจุลทั้งชนิดปฐมภูมิและทุติยภูมิและมีร่องรอยของเหล็กออกไซด์ทุติยภูมิ จากการวิเคราะห์ตัวอย่างหินหาองค์ประกอบทางเคมีด้วยเครื่อง XRF พบว่าหินประกอบไปด้วยซิลิก้าถึงร้อยละ 96 และมีเหล็กออกไซด์ปะปนอยู่ร้อยละ 1.93 กล่าวได้ว่าตัวอย่างหินนั้นเป็นหินเชิร์ต

พบรูปแบบการตกสะสมตะกอนในพื้นที่ระหว่างแนวหินโสโครกกับแนวชายฝั่ง แบ่งออกได้เป็น 4 โซนเรียงลำดับจากแนวหินโสโครกถึงแนวชายฝั่งป่าชายเลนคือ โซนเศษตะกอนแตกหัก โซนตะกอนลูกรังสีน้ำตาลเหลือง โซนทรายดำบนพื้นโคลนชายฝั่ง และโซนทรายดำในป่าชายเลน จากรูปแบบการตกสะสมตะกอนนี้และจากผลการวิเคราะห์ตัวอย่างหินและตะกอนทรายดำแปลความหมายได้ว่า ในช่วงแรกเหล็กจะละลายออกมาจากหินเชิร์ตก่อน เกิดเป็นผลผลิตจากการผุพังที่มีเหล็กเป็นองค์ประกอบ แล้วต่อมาเกิดการตกสะสมตัวเป็นแร่เฟอริฮายไดรต์ (Ferrihydrite, 5FeO.9HO) และ/หรือแร่วัสไทต์ (Wustite, FeO) แล้วท้ายที่สุดก็เกิดการผุพังกลายเป็นทรายซิลิก้าที่มีแร่เหล็กเกอไธต์พอกตัวอยู่เป็นตะกอนรูปทรงกลมถึงรูปทรงไข่ การผุพังสลายตัวของแนวหินโสโครกนี้ เกิดจากคลื่นทะเลที่พัดไปในทิศทางตะวันออกเฉียงเหนือ ควบคู่ไปกับอิทธิพลของน้ำขึ้นน้ำลงได้พัดพาเอาตะกอนทรายดำไปตกสะสมตัวเป็นชั้นบางๆบริเวณพื้นโคลนชายฝั่ง แล้วบางส่วนถูกพัดพาต่อเนื่องไปสะสมตัวเป็นชั้นตะกอนทรายดำที่หนากว่าที่บริเวณขอบแนวป่าชายเลนใต้ต้นโกงกางเป็นระยะทางประมาณ 900 เมตร และกว้างประมาณ 2 – 4 เมตร

หาดทรายดำที่แหลมงอบถือเป็นชนิดใหม่ที่ยังไม่เคยมีรายงานการค้นพบมาก่อน กล่าวคือไม่ได้เป็นชนิดที่ตกสะสมตัวแบบเพลเซอร์ และไม่ได้เป็นชนิดที่เกิดจากการระเบิดของลาวาร้อนเมื่อไหลไปสัมผัสกับน้ำทะเล แต่เป็นชนิดที่เกิดจากการผุพังทางเคมีจากหินที่มีแร่เหล็กเป็นองค์ประกอบโดยมีปฏิกิริยาการพอกตัวของแร่เหล็กชนิดเกอไธต์ลงบนพื้นผิวของตะกอนทรายซิลิก้าขนาดละเอียด เกิดเป็นตะกอนทรายสีดำแกมน้ำตาลที่มีรูปทรงกลมมน