Geo101 ธรณีวิทยาเบื้องต้น 3 แร่และหิน (Minerals and Rocks)

ธรณีวิทยาเบื้องต้น 3 แร่และหิน (Minerals and Rocks)

สนใจดูเรื่องราวธรณีวิทยาคลิกที่นี่

ธรณีวิทยาเบื้องต้น (Introduction to Geology)

บทที่ 3 แร่และหิน (Minerals and Rocks)

3.1 ชนิดของแร่และการจำแนกแร่ (Types and Classification of Minerals)

แร่ (Minerals) เป็นสารอนินทรีย์ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ มีโครงสร้างผลึกและองค์ประกอบทางเคมีที่แน่นอน แร่มีบทบาทสำคัญในการกำหนดคุณสมบัติของหิน และเป็นแหล่งสำคัญของทรัพยากรธรรมชาติ มีสมบัติทางกายภาพและเคมีเฉพาะตัว เช่น สี ความแข็ง ความวาว และความถ่วงจำเพาะ การจำแนกแร่ สามารถทำได้หลายวิธี

3.1.1 ชนิดของแร่ (Types of Minerals)

จำแนกออกเป็นสองประเภทหลักตามองค์ประกอบทางเคมี ได้แก่

- แร่ซิลิเกต (Silicate Minerals) เป็นแร่ที่พบมากที่สุดในเปลือกโลก โดยมีซิลิกอน (Silicon) และออกซิเจน (Oxygen) เป็นองค์ประกอบหลัก เช่น ควอตซ์ (Quartz), เฟลด์สปาร์ (Feldspar), และไมกา (Mica)

- แร่ไม่มีซิลิเกต (Non-Silicate Minerals) มีองค์ประกอบที่แตกต่างจากแร่ซิลิเกต โดยส่วนใหญ่ประกอบด้วยคาร์บอเนต (Carbonates), ออกไซด์ (Oxides), ซัลไฟด์ (Sulfides), และซัลเฟต (Sulfates) ตัวอย่างเช่น แคลไซต์ (Calcite), ฮีมาไทต์ (Hematite), และไพไรต์ (Pyrite)

3.1.2 การจำแนกตามองค์ประกอบทางเคมี

- แร่ซิลิเกต (Silicate Minerals) เป็นกลุ่มแร่ที่พบมากที่สุดในเปลือกโลก ประกอบด้วยธาตุซิลิกอนและออกซิเจนเป็นหลัก เช่น ควอตซ์ เฟลด์สปาร์ ไมกา แอมฟิโบล ไพรอกซีน และโอลิวีน

- แร่คาร์บอเนต (Carbonate Minerals): ประกอบด้วยธาตุคาร์บอน ออกซิเจน และโลหะ เช่น แคลไซต์ โดโลไมต์ และอะราโกไนต์

- แร่ซัลเฟต (Sulfate Minerals): ประกอบด้วยธาตุซัลเฟอร์ ออกซิเจน และโลหะ เช่น ยิปซัม และแอนไฮไดรต์

- แร่ฮาไลด์ (Halide Minerals): ประกอบด้วยธาตุฮาโลเจนและโลหะ เช่น เฮไลต์ (เกลือแกง) และฟลูออไรต์

- แร่ออกไซด์ (Oxide Minerals): ประกอบด้วยธาตุออกซิเจนและโลหะ เช่น เฮมาไทต์ แมกนีไทต์ และคอรันดัม

- แร่ซัลไฟด์ (Sulfide Minerals): ประกอบด้วยธาตุซัลเฟอร์และโลหะ เช่น ไพไรต์ แกลีนา และสฟาเลอไรต์

- แร่ธาตุธรรมชาติ (Native Elements): ประกอบด้วยธาตุเดียว เช่น ทองคำ เงิน ทองแดง และเพชร

3.1.3 การจำแนกแร่ (Classification of Minerals) โดยใช้คุณสมบัติต่างๆ เช่น

- ความแข็ง (Hardness) วัดความแข็งของแร่ด้วยโมห์สสเกล (Mohs Scale) โดยเริ่มจากแร่ที่นิ่มที่สุด (ทัลก์) ไปจนถึงแร่ที่แข็งที่สุด (เพชร)

- สีและลักษณะผงละเอียด (Color and Streak) สีของแร่ในสภาพธรรมชาติ และสีของผงละเอียดที่ได้จากการขูดบนแผ่นกระเบื้อง

- ความเงา (Luster) ลักษณะการสะท้อนแสงของพื้นผิวแร่ เช่น ความเงาของโลหะ (Metallic Luster) หรือความเงาของแก้ว (Vitreous Luster)

- การแตกหัก (Cleavage and Fracture) รูปแบบการแตกหักของแร่ โดยแร่บางชนิดจะแตกออกเป็นแผ่นหรือชิ้นตามแนวระนาบที่ชัดเจน (Cleavage) ส่วนแร่ที่แตกหักออกแบบไม่เป็นระเบียบเรียกว่า Fracture

นอกจากนี้ยังสามารถจำแนกแร่ตามลักษณะการนำไปใช้ประโยชน์ เช่น แร่ประกอบหิน (Rock-forming Minerals) และแร่เศรษฐกิจ (Economic Minerals)

3.2 กระบวนการเกิดหินและการจำแนกหิน (Rock Formation and Classification)

หิน (Rocks) เป็นการรวมตัวของแร่ต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติและมีความหลากหลายมาก เป็นมวลของแข็งที่ประกอบขึ้นจากแร่หนึ่งชนิดหรือหลายชนิดรวมตัวกัน หินสามารถจำแนกตามกระบวนการเกิดได้ 3 ประเภทหลัก:

- หินอัคนี (Igneous Rocks) เกิดจากการเย็นตัวและการตกผลึกของแมกมา (Magma) (หินหนืดที่อยู่ใต้เปลือกโลก) หรือลาวา (หินหนืดที่ปะทุขึ้นมาบนผิวโลก) สามารถแบ่งย่อยได้อีก 2 ประเภทตามแหล่งกำเนิด

• หินอัคนีแทรกซอน (Intrusive Igneous Rocks) เกิดจากการเย็นตัวของแมกมาใต้เปลือกโลกอย่างช้าๆ ทำให้ผลึกแร่มีขนาดใหญ่ มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า เช่น หินแกรนิต (Granite) หินไดออไรต์ และหินแกบโบร
• หินอัคนีพุ (Extrusive Igneous Rocks) เกิดจากการเย็นตัวอย่างรวดเร็วของลาวาที่พ่นออกมาจากภูเขาไฟบนพื้นผิวโลก ทำให้เกิดผลึกขนาดเล็กหรือไม่มีผลึก เช่น หินบะซอลต์ (Basalt) หินออบซิเดียน (Obsidian) หินแอนดีไซต์ และหินไรโอไลต

- หินตะกอน (Sedimentary Rocks) เกิดจากการทับถมและแข็งตัวของตะกอน ซึ่งอาจเป็นเศษหิน แร่ ซากสิ่งมีชีวิต หรือสารเคมีที่ตกตะกอนจากสารละลาย หินตะกอนเกิดจากการสะสมตัวและการตกผลึกของตะกอนที่มีต้นกำเนิดจากการผุพังและการกัดเซาะของหินอื่นๆ มีลักษณะเป็นชั้นและมักพบฟอสซิล (Fossils) อยู่ในชั้นหิน สามารถแบ่งย่อยได้ตามลักษณะของตะกอน

• หินตะกอนอนุภาค (Clastic Sedimentary Rocks): เกิดจากการทับถมของเศษหินและแร่ขนาดต่าง ๆ เช่น หินทราย หินดินดาน และหินกรวดมน
• หินตะกอนเคมี (Chemical Sedimentary Rocks): เกิดจากการตกตะกอนของสารเคมีจากสารละลายทางเคมี เช่น หินปูน (Limestone) หินเกลือ (Rock Salt) และหินเชิร์ต
• หินตะกอนชีวภาพ (Biogenic Sedimentary Rocks): เกิดจากการทับถมของซากสิ่งมีชีวิต เช่น ถ่านหิน และหินปูนบางชนิด
• หินตะกอนเชิงกล (Clastic Sedimentary Rocks) เกิดจากการสะสมตัวของเศษหินและตะกอนที่มีขนาดต่าง ๆ เช่น หินทราย (Sandstone) และหินกรวด (Conglomerate)

- หินแปร (Metamorphic Rocks) หินแปรเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของหินอัคนีหรือหินตะกอนเมื่อได้รับแรงดันและอุณหภูมิสูงในระหว่างกระบวนการเมตาโมร์ฟิซึม (Metamorphism) หินแปรมีลักษณะเป็นชั้นหรือแถบสีที่ชัดเจน เช่น หินชนวน (Slate) และหินอ่อน (Marble) เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของหินเดิม (หินอัคนี หินตะกอน หรือหินแปรอื่น ๆ) ภายใต้อุณหภูมิและความดันสูง แต่ไม่ถึงจุดหลอมเหลว การแปรสภาพทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างผลึกและแร่ประกอบหิน หินแปรสามารถแบ่งย่อยได้ 2 ประเภทตามลักษณะโครงสร้าง:

• หินแปรมีใบ (Foliated Metamorphic Rocks): มีการเรียงตัวของแร่เป็นชั้นหรือแถบขนานกัน เช่น หินชนวน หินชีสต์ และหินไนส์
• หินแปรไม่มีใบ (Non-foliated Metamorphic Rocks): ไม่มีการเรียงตัวของแร่เป็นชั้นหรือแถบ เช่น หินอ่อน และควอตซ์ไซต์

3.3 วัฏจักรของหิน (Rock Cycle)

วัฏจักรของหิน (Rock cycle) คือ กระบวนการที่หินเปลี่ยนแปลงจากหินชนิดหนึ่งไปเป็นอีกชนิดหนึ่งอย่างต่อเนื่อง ไม่มีจุดเริ่มต้นหรือจุดสิ้นสุด หินแต่ละชนิดสามารถเปลี่ยนแปลงไปเป็นหินชนิดอื่นได้ ขึ้นอยู่กับสภาวะแวดล้อมและกระบวนการที่เกิดขึ้น กระบวนการสำคัญในวัฏจักรของหิน ได้แก่

• การหลอมเหลว (Melting): หินถูกหลอมเหลวกลายเป็นแมกมา
• การเย็นตัวและแข็งตัว (Cooling and Crystallization): แมกมาเย็นตัวและแข็งตัวกลายเป็นหินอัคนี
• การผุพังและการกร่อน (Weathering and Erosion): หินถูกทำลายและแตกออกเป็นชิ้นเล็ก ๆ เรียกว่า ตะกอน
• การพัดพาและทับถม (Transportation and Deposition): ตะกอนถูกพัดพาไปสะสมตัวในที่ต่าง ๆ
• การแข็งตัว (Lithification): ตะกอนถูกบีบอัดและเชื่อมประสานกันกลายเป็นหินตะกอน
• การแปรสภาพ (Metamorphism): หินถูกเปลี่ยนแปลงภายใต้อุณหภูมิและความดันสูง กลายเป็นหินแปร

วัฏจักรของหินแสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์และการเปลี่ยนแปลงระหว่างหินทั้ง 3 ประเภท และเป็นส่วนสำคัญในการทำความเข้าใจวิวัฒนาการของเปลือกโลกและกระบวนการทางธรณีวิทยาต่าง ๆ

- การเกิดหินอัคนี (Igneous Rock Formation) เกิดจากการเย็นตัวและตกผลึกของแมกมา หินอัคนีสามารถผุพังและถูกกัดเซาะกลายเป็นตะกอน และเมื่อตะกอนนี้สะสมตัวและตกผลึกก็จะกลายเป็นหินตะกอน

- การเกิดหินตะกอน (Sedimentary Rock Formation) เกิดจากการสะสมตัวและการตกผลึกของตะกอนที่ถูกพัดพามาจากการผุพังและการกัดเซาะของหินอื่นๆ หินตะกอนสามารถถูกฝังและเปลี่ยนแปลงสภาพเป็นหินแปร

- การเกิดหินแปร (Metamorphic Rock Formation) เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของหินอัคนีหรือหินตะกอนเมื่อได้รับแรงดันและอุณหภูมิสูง หินแปรสามารถถูกหลอมละลายกลายเป็นแมกมา และเมื่อแมกมานี้เย็นตัวก็จะกลายเป็นหินอัคนีใหม่อีกครั้ง

บทนี้ได้นำเสนอถึงความสำคัญของแร่และหิน ซึ่งเป็นองค์ประกอบพื้นฐานของเปลือกโลก โดยแร่สามารถจำแนกตามองค์ประกอบทางเคมีและคุณสมบัติต่างๆ ขณะที่หินสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภทหลักตามกระบวนการเกิดได้แก่ หินอัคนี หินตะกอน และหินแปร วัฏจักรของหินเป็นกระบวนการที่หินชนิดหนึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงไปเป็นหินอีกชนิดหนึ่ง และเป็นส่วนหนึ่งของวัฏจักรทางธรณีวิทยาที่สำคัญในการสร้างและเปลี่ยนแปลงพื้นผิวโลก