การลำดับชั้นหิน

วิชาลำดับชั้นหิน () เป็นศาสตร์สาขาหนึ่งว่าด้วยรูปแบบ การวางตัว การแผ่กระจาย การสืบลำดับอายุ (chronolgic succession) การจำแนกชนิดและสัมพันธภาพของชั้นหิน (และหินอย่างอื่นที่สัมพันธ์กัน) อย่างใดอย่างหนึ่ง หรือทั้งหมดที่มีอยู่ในหิน เป็นเกณฑ์กำหนดแบ่ง เพราะฉะนั้นวิชานี้จะมีความเกี่ยวข้องกับต้นกำเนิด องค์ประกอบสภาพแวดล้อม อายุ ประวัติ สัมพันธภาพที่มีต่อวิวัฒนาการของสิ่งที่มีชีวิต ตลอดจนลักษณะอื่น ๆ ของชั้นหิน สรุปว่า ในการจำแนกลำดับชั้นหิน หินทุกชนิดไม่ว่าจะวางตัวเป็นชั้นหรือไม่เป็นชั้น ก็อยู่ภายในขอบข่ายทั่วไปของวิชาลำดับชั้นหินและการจำแนกลำดับชั้นหินนี้ด้วยเพราะหินเหล่านั้นสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดหรือเกี่ยวเนื่องกันกับชั้นหิน

สรุปก็คือวิชาลำดับชั้นหินเป็นสาขาวิชาที่ศึกษาถึงความสัมพันธ์ทางแนวตั้งและทางข้างทั้งหลายของหินตะกอนโดยความสัมพันธ์เหล่านี้ถูกกำหนดขึ้นจากพื้นฐานของคุณสมบัติในทางกายภาพและทางเคมีลักษณะทางบรรพชีวิต ความสัมพันธ์ด้านอายุ และคุณสมบัติทางธรณีฟิสิกส์ซึ่งใช้กันมากในปัจจุบัน ก่อนปี ค.ศ. 1970 นั้น วิชาลำดับชั้นหินจะเกี่ยวข้องส่วนใหญ่กับแนวความคิดแบบดั้งเดิมทั้งหลายของ การลำดับชั้นหินตามอายุกาล

ส่วนประกอบและขั้นตอนของวิชาลำดับชั้นหินซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงอยู่กับลักษณะหินและลักษณะทางชีวภาพนั้น สามารถสรุปแสดงเป็นตารางได้ดังต่อไปนี้

กฎข้อแรกของวิชาลำดับชั้นหินก็คือ กฎของการวางตัวตามแนวนอนตอนเริ่มต้น (Law of original horizontality) ซึ่งกล่าวได้ว่า ถ้าไม่คำนึงถึงสภาพการวางตัวของชั้นหินที่เราพบเห็นอยู่ในปัจจุบัน ชั้นหินเหล่านั้นได้สะสมตัวในตอนเริ่มต้นเป็นชั้นที่วางตัวตามแนวนอนหรือเกือบตามแนวนอน และขนานหรือเกือบขนานกับพื้นผิวโลก ดังนั้นถ้าชั้นหินที่พบในปัจจุบันมีการเอียงเทหรือตลบทับแล้ว ชั้นหินดังกล่าวจะต้องถูกรบกวนมาตั้งแต่ที่มันได้สะสมตัวในตอนเริ่มต้นตามแนวนอนเป็นต้นมา

เนื่องจากตะกอนได้สะสมตัวเป็นชั้นตามแนวนอน มันจึงมีประโยชน์สำหรับการกำหนดอายุสัมพัทธ์ นอกจากนี้ยังมี กฎของลำดับชั้น (Law of superposition) ซึ่งเป็นกฎทั่วไปที่ใช้ในทางธรณีกาล เกี่ยวกับการลำดับชั้นหิน หรือหินอัคนีผุที่ยังไม่มีการเลื่อนย้อนหรือตลบทับของชั้นหิน ในกฎการลำดับชั้นให้ถือว่า ชั้นหินที่มีอายุอ่อนกว่าวางทับอยู่บนชั้นหินที่มีอายุแก่กว่า

ดังนั้น ในพื้นที่ซึ่งไม่มีการเปลี่ยนลักษณะการแปรสัณฐาน (tectonic deformation) หลังการสะสมตัวของตะกอน เราสามารถลำดับชั้นหินทั้งหลายที่ปรากฏอยู่นั้นได้อย่างง่ายดาย โดยอาศัยกฎดังกล่าวข้างต้น แต่ในพื้นที่ซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงลักษณะการแปรสัณฐาน เช่น ชั้นหินถูกตลบทับ ในกรณีดังกล่าวนี้จะต้องค้นหาตัวชี้บอกเพื่อใช้เป็นเกณฑ์กำหนดว่า ชุดหินดังกล่าวอยู่ในลำดับตามปกติของการสะสมตัว หรืออยู่ในลำดับที่พลิกกลับ (รูปภาพที่ 1) โดยทั่วไปนั้นจะต้องมีตัวชี้บอกมากกว่าหนึ่งอย่าง เพื่อทำให้เกิดความมั่นใจว่าชั้นหินดังกล่าวถูกตลบทับจริง

Johanes Walther ได้พัฒนา กฎของลักษณะปรากฏ (Law of lateral continuity) ซึ่งกล่าวได้ว่าชั้นหินได้สะสมตัวเป็นชั้นที่ต่อเนื่องไปตลอดแอ่งสะสมตัวและอาจถูกเทียบสัมพันธ์กันได้ แม้จะอยู่ห่างกันออกไปก็ตาม (รูปภาพที่ 3)

กฎพื้นฐานอีกประการหนึ่งของวิชาลำดับชั้นหินก็คือ กฎของความสัมพันธ์กันของการตัดขวาง (Law of cross - cutting relationships) และผลที่ตามมาของกฎดังกล่าวนี้คือ กฎของสิ่งปะปนเข้าไป (Law of inclusions) ซึ่งแนวความคิดเหล่านี้จะถือว่าสิ่งใดก็ตามที่ตัดผ่านชั้นหินตะกอนจะมีอายุอ่อนกว่าชั้นหินดังกล่าว ดังนั้นพนัง (dike) ที่ตัดผ่านชั้นหินตะกอนก็จะมีอายุอ่อนกว่าชั้นหินตะกอนนั้น ในทำนอนเดียวกัน สิ่งที่ปะปนเข้าไป เช่น เศษหินหรือเปลือกหอยในหินกรวดมน จะต้องมีอายุแก่กว่า และจะต้องมีอยู่ก่อนที่ชั้นหินดังกล่าวได้สะสมตัวขึ้น

เนื่องจากกระบวนการบนผิวโลกมีทั้งการสะสมตัว (sedimentation) และการกร่อน (erosion) เกิดขึ้นแตกต่างกันไป ทั้งในเชิงปริมาณและสถานที่มาตลอดธรณีกาล ดังนั้นอัตราของการเปลี่ยนแปลงจึงมีความแตกต่างกันอย่างมากในแต่ละแห่ง ซึ่งเป็นผลมาจากความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกันระหว่าง การเคลื่อนที่ของเปลือกโลก การกร่อน และการสะสมตัว โดยเฉพาะการกร่อนนั้นจะทำลายการบันทึกชันหินไปซึ่งทำให้เกิดความไม่สมบูรณ์ และทำให้เกิดแนวชั้นไม่ต่อเนื่อง (unconformities) ขึ้น นอกจากนี้ยังทำให้ในช่วงธรณีกาลดังกล่าว ไม่มีการสะสมตัวแสดงให้เห็นเอาไว้อีกด้วย การขาดหายไปของเวลาที่ถูกแสดงไว้ด้วยแนวชั้นไม่ต่อเนื่องดังกล่างเรียกว่า hiatus (รูปภาพที่ 4 )

ตามปกติแนวชั้นไม่ต่อเนื่อง (unconformities) จะแสดงถึงการรบกวนที่รุนแรงต่อระบบการสะสมตัว และมักจะใช้แทน hiatus ที่ยาวนาน สำหรับการหายไปเป็นเวลาสั้น ๆ การสะสมตัวซึ่งเกิดจากการแปรเปลี่ยนไปตามปกติเกี่ยวกับสภาพทั่วไปลักษณะหนึ่ง โดยไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงที่รุนแรงขึ้นในรูปแบบทางหินตะกอนตามปกตินั้น จะเรียกว่า ชั้นว่างตะกอน (diastem) ซึ่งก็คือ ช่วงเวลาสั้น ๆ ที่ว่างเว้น จากการสะสมตัวของตะกอนนั่นเอง

การจำแนกลำดับชั้นหินหมายถึง ระบบการจัดระเบียบของชั้นหินในโลกซึ่งมีอยู่ตามปกติ ให้เข้าเป็นหมู่ต่าง ๆ ได้ถือเอาลักษณะทางกายภาพ คุณสมบัติหรือคุณลักษณะอย่างใดอย่างหนึ่งที่อยู่ในหินเป็นเกณฑ์กำหนดแบ่ง และเนื่องจากคุณภาพในชั้นหินที่เป็นประโยชน์ในการจำแนกมีต่าง ๆ กันมากมาย การจำแนกลำดับหินชั้นจึงมีหลายลักษณะ

ลำดับชั้นหินจำแนกออกเป็นประเภทต่าง ๆ ดังนี้