Waiyapot ep108 The Carbonate Rocks แหล่งหินคาร์บอเนต

EP. 108 The Carbonate Rocks แหล่งหินคาร์บอเนต

หินปูนจัดเป็นหินชั้นชนิดหนึ่งปรากฏบนผิวโลกประมาณ 25% ของหินชั้นทั้งหมด ถึงแม้จะมีปริมาณมากบนผิวโลก แต่มีการใช้ประโยชน์จากหินปูนจำนวนมาก จนในบางพื้นที่จัดเป็นแหล่งแร่ที่วิกฤต (Critical Minerals) หินปูนเรียกโดยรวมว่า หินคาร์บอเนต (carbonate rocks) ประกอบด้วย หินปูน calcium carbonate (CaCO3) หิน โดโลไมต์ (dolostones, CaMg(CO3)2) และหินอ่อน(marble)

หินปูนมีส่วนประกอบหลักเป็น calcium carbonate (CaCO3) ประกอบด้วยแร่ calcite และ aragonite เกิดขึ้นในโลกมาตั้งแต่ต้นบรมยุค Archean แต่เกิดขึ้นอย่างมากมายตั้งแต่ 560 ล้านปีจนถึงปัจจุบัน ขบวนการเกิดหินปูนประกอบด้วย biological activity, chemical precipitation, biochemical precipitation, และ diagenetic alteration. หินปูนส่วนใหญ่เป็น calcium carbonate แต่อาจจะปนด้วย เป็น secondary alteration dolomite (CaMg(CO3)2) ที่เกิดขึ้นได้ทั้งช่วงการสะสมตะกอน (syngenetic) การแข็งตัวเป็นหิน (diagenesis) และหลังจากหินแข็งตัวแล้ว (epigenesis)

หินปูนที่เกิดก่อนบรมยุค Archean ถึง บรมยุค Meso-Archean (4,370-4,200 Ma.) ขณะที่ผิวโลกเกือบทั้งหมดถูกปกคลุมด้วยน้ำทะเล เปลือกโลกยังร้อนอยู่ (200oC) น้ำจะอยู่ในสภาพเป็นไอน้ำก่อตัวเป็นเมฆปกคลุมผิวโลก ทำให้มีความกดอากาศสูงมาก (>176 bar) น้ำก็กลั่นตัวเป็นฝนตกลงมาบนผิวโลกอย่างรุนแรง จนปกคลุมผิวโลกเกือบทั้งหมด (the water world ) สภาพของน้ำจะเป็นพิษอย่างมาก มีเกลือผสมอยู่มากกว่า 34% มีอนุมูลโลหะโดยเฉพาะเหล็กประกอบอยู่ด้วยในปริมาณมาก ทำให้น้ำเป็นสีเขียว ท้องฟ้าที่มี CO2, N2, และ CH4เป็นส่วนประกอบหลักทำให้ฟ้าเป็นสีแสด มีเกาะภูเขาไฟปรากฏเป็นแผ่นดินเล็ก ๆ ทั่วไป ด้วยความกดอากาศสูงถึง 200 bar ทำให้ CO2 ละลายลงไปในส่วนบนของน้ำสมุทร กลายเป็นกรด carbonic acid และจับกับอนุมูลโลหะ Ca Mg, ตกตะกอนเป็นหินคาร์บอเนต เป็นหินชั้นที่เกิดแบบ direct precipitation ขึ้นครั้งแรกในโลก ต่อมาในห้วงเวลาระหว่าง 4,000-2,500 My. เริ่มมีสิ่งมีชีวิตครั้งแรก มีลักษณะเป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว เป็นแบคทีเรียที่ไม่ใช้ออกซิเจน (anoxic)เป็นต้นกำเนิดของ หินปูนแบบ biochemical จากซากของมัน จากนั้นพัฒนาการของชีวิตทำให้เกิด แบคทีเรียพันธ์ใหม่ ที่สามารถสังเคราะห์แสงโดยอาศัย CO2 จากน้ำและบรรยากาศ เปลี่ยนเป็นพลังงานโดยปฎิกริยา ของMicrobial ที่มีแสงแดดเป็นจุดกำเนิดพลังงาน เกิดน้ำตาล และทิ้งของเสียออกมาเป็นออกซิเจน และฝุ่นปูนได้เรียกว่า Photosynthesizing cyanobacteria แบคทีเรียชนิดนี้จะเกาะรวมกันเป็นกลุ่มก้อนหินปูน ที่มีการเรียงตัวเป็นชั้น ๆ คล้ายลักษณะของกลีบหอม เรียกว่า stromatolite และ stromatoporoid มีลักษณะเป็นแผ่นรูปร่างไม่แน่นอน เริ่มเกิดชั้นหินปูนที่เกิดจากขบวนการ biochemical processes

หินปูนเริ่มขยายปริมาณมากขึ้นตั้งแต่ต้นยุค Cambrian (560 Ma.) เมื่อมีซากสิ่งมีชีวิตเพิ่มมากขึ้น โดยเฉพาะในต้นยุค Permian แผ่นดินทั้งหมดเคลื่อนตัวมาใกล้กันเพื่อเกาะกันเป็นมหาทวีป Pangaea จนเกิดทะเลตื้นอันกว้างใหญ่ในเขตอบอุ่น ที่มีสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมในการเกิดหินปูน

หินปูนต่าง ๆ เกิดได้ทั้งในน้ำจืดและน้ำเค็มในสภาพแวดล้อมที่เหมาะสม ได้แก่ เกิดในบริเวณน้ำตื้น (<50 m.) low latitude น้ำอุ่น (15-35 oC) น้ำใส สะอาด มีสารอาหารน้อย pH 7.8–8.4 ความเค็มเท่าทะเลปัจจุบัน (salinity=32-40%) ก่อน 560 ล้านปี (pre-Cambrian era) หินปูนส่วนใหญ่จะเป็นหิน dolomite เนื่องจากน้ำทะเลมีความเค็มมาก มี อนุมูล Mg ในน้ำสูง ขบวนการเกิดเริ่มจากสิ่งมีชีวิตได้แก่ corals, foraminifera, mollusks, coccolithophores, calcareous algae ใช้ dissolved Ca²⁺ and HCO₃ ในน้ำสร้างอวัยวะของมันเองเป็นเปลือกหรือโครงสร้างของมัน เมื่อสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ตาย ซากของสิ่งมีชีวิตเหล่านี้จะทับถมกันเป็นชั้น เมื่อมีชั้นหนาขึ้นและมีน้ำหนักมากดทับทำให้เกิดการ อัดตัว มีการเชื่อมประสารของเม็ดแร่เนื่องจากน้ำหนัก และ/หรือ มีน้ำประสารจากขบวนการเคมีมาประสาร (cementing materials) จนชั้นตะกอนแข็งเป็นหิน หินปูนที่พบตามธรรมชาติได้แก่

• Fossiliferous limestone, หินปูนที่มีซากบรรพชีวินเป็นส่วนประกอบ
• Reef limestone เป็นหินปูนที่เกิดจากแนวหินปะการังที่เกิดจาก corals, algae (massive, rigid, and highly fossiliferous)
• หินปูนที่เกิดจากการตกตะกอนทางเคมี (Direct CaCO₃ precipitation)

o ตามถ้ำ และธารน้ำ, น้ำตก มีลักษณะเป็นแผ่น (travertine, terraces/rimstone) เป็นเม็ดละเอียด พรุน (tufa) เช่น Speleothems, (stalagmite, stalactite, flowstone/drapery)

o หินปูนเม็ดมวลพอก (Ooids, Peloids, Pisoloids, Oncoids) เป็นหินปูนที่เกิดจาก chemical precipitation processes เกิดการพอกตัวของหินปูนรอบ nucleus ที่เป็น fossils หรือแร่ธาตุ เป็นวงรัศมีออกมาจากศูนย์กลาง Ooids <2 mm., Pisolith> 2mm., Oncoids =ขนาดใหญ่เป็นซม. รูปร่างไม่แน่นอนตามรูปร่างของnucleus, Peloids=เนื้อละเอียดจนไม่เห็นวงรัศมี

• หิน dolomite เป็นหินปูนที่มีส่วนผสมของ CaMg(CO3)2 ผสมอยู่ในปริมาณต่าง ๆ มีชื่อเรียกตามปริมาณ MgO ที่ประกอบอยู่เช่น dolomitic limestone= MgO<25%, limestone dolomite =MgO 25-50%, Dolomite =MgO>50%
• หิน Marble เป็นหินปูนที่ถูกแปรสภาพ (metamorphism) เป็นหินแปร ถ้ามี silica เกิดร่วมเรียกว่า calc-silicate
• หิน Coquina เป็นหินปูนเนื้ออ่อน มีการประสารตัวน้อยเนื้อด้าน พรุน (soft, porous, weakly lithified limestone made of >90% whole or broken shell fragments) เมื่อแข็งตัวเป็นหินเรียกว่า Coquinite
• หิน Chalk เป็นหินปูนเนื้อนิ่ม ละเอียด ผิวด้าน เกิดจากการสะสมตัวของซาก plankton (soft, earthy, finegrained, white limestone composed almost entirely of microscopic calcareous plankton mainly coccolithophores),
• ดิน Marl เป็นหินปูนเนื้อนิ่ม เม็ดละเอียด ผิวด้าน มักมีดินเหนียวที่มีส่วนผสมของ silicate ปนอยู่ด้วย (earthy mixture of carbonates and silicate sediments),

Fig 108.2 Environmental condition for Carbonate rocks precipitation

Fig 108.3 Three Dimension Facies Model

.

-------------------------